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蜂巢能源開啟動力電池2.0競爭時代

 
 
 
發布日期:2019-12-18    來源:第一電動大牛作者NE時代    作者:綜合報道    掃描到手機

新能源汽車市場在一段不算漫長的時間里催生出寧德時代、比亞迪電池寡頭,亦摧毀沃特瑪營造的虛假繁榮。整個動力電池市場少了些浮躁,多了些低調和冷靜。

不同的時代背景塑造出不同的人物性格,這同樣適用于企業。選擇當下時間進入動力電池市場的企業應該明白,新能源車企不再是十年前那般無知,針對動力電池性能的要求和測評只會更加嚴格。

小草莓成年直播软件團隊創立六年,企業成立三年,蜂巢一直在思考的是:未來五年,動力電池將是什么樣的面貌,需要開發什么樣的產品,如何布局才能在這個市場存活下來?

選擇獨立之時,蜂巢宣示出答案。

以8系NCM為核心承接過去與未來

“我從1998年開始做鋰電池,從這一時間點到現在的二十年里,材料更替,體系變革,都是依照大眾化應用的目標進行。依照這個目標來講,它是從成本、能量密度考量的問題。”這是蜂巢能源副總經理兼CTO饒忠儒透過二十年電池從業經歷思考所得。

鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸鋰三個體系代表著一元電池首先成為鋰離子電池商業化的正極材料。但是鈷存量有限,鎳熱穩定性不佳,錳難以控制。因此研究人員考慮將不同材料摻雜起來。鎳鈷氧電池、鎳鈷酸鋰電池等二元電池體系正是在此前提下得以開發。

多元材料的摻雜沒有終止于二元。為了創造更穩定的結構,實現良好的熱穩定性,更長久的使用壽命,鋰離子電池走向三元體系。三元分成兩支,分別為NCA、NCM。

小草莓成年直播软件最早期的NCM111,可以有效地將分解溫度提升到240度以上,基本上安全系數高于傳統的鈷酸鋰。1:1:1,前驅體中鎳鈷錳材料構建出結構比例可以用“完美”來形容,但從另一角度解讀也是“中庸”的代名詞。在NCM111對二元體系進行補充后,市場對高比能量電池的需求逐漸加碼,“主容量”的鎳含量增多。

小草莓成年直播软件NCM從442、523、622到現在的811系三元電池,鎳含量越來越多,高鎳電池成為一種趨勢。但錳元素含量減少,難以穩定更多的鎳。高鎳電池顯現出熱穩定性差和循環性能不佳的痛點。

小草莓成年直播软件NCA三元正極材料為鎳、鈷、鋁。鋁與錳在三元體系中發揮著相同的作用,但鋁不易沉淀,因此NCA正極材料在制造工藝上存在門檻。NCA中鎳鈷鋁常見的配比為8:1.5:0.5,鋁的含量非常少。

NCA與NCM811、NCM90相似,鎳含量之高越來越趨近于二元材料。仿佛三元和二元電池陷入了一個怪圈。電池廠自然會避免走入這個怪圈。

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以日本、韓國電池廠為代表的研究團隊將NCM和NCA相結合,即將鋁摻雜到原始NCM電池正極材料中,開發NCMA四元電池,提高結構穩定性。

至此,從高能量密度和成本考慮,鎳含量提高,鈷含量降低,鋰離子電池從一元、二元、三元發展至四元電池,乃至無鈷化。

二三十年來,高鎳三元、四元電池、無鈷電池,基本上是鋰電池發展歷程展現出的可見的終極解決方案。基于此,啟動市場之路的蜂巢直接將重心放在NCM811上,選定NCMA和無鈷材料電池。

小草莓成年直播软件蜂巢能源總經理楊紅新解釋稱:“我們認為未來的競爭就是集中在含不含鈷,在熱穩定性和壽命。NCMA在8系里的安全性和穩定性,也就是壽命、熱穩定性都是非常好的材料。”

小草莓成年直播软件蜂巢能源常州工廠是完全按照生產制造三元811鋰電池的標準建造的,同時可以兼容622、523三元鋰電池的生產。8系三元電池連接著NCM622和NCMA,成為現在和未來的橋梁。

小草莓成年直播软件據饒忠儒介紹,金壇工廠一期將投產兩款VDANCM622和一款VDANCM811。適用于PHEV的51Ah和104AhNCM622電芯在11月份開始投產于金壇工廠。另外NCM811的兩個型號126Ah和運營版86Ah分別在11月份和12月份投產。

以大電芯、CTP技術提升能量密度

蜂巢開發的電芯不止金壇一期工廠投產的四個型號,此外還涵蓋92AhNCM811(VDA1.5倍厚)、117AhNCM811(5901.5倍厚)、156AhNCM811(5902倍厚)、2C快充版106AhNCM811(5901.5倍厚)、1.6C快充版141Ah(5902倍厚),以及120Ah、137Ah、126Ah、175AhNCM811+石墨/硅負極電芯。

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十三種電芯型號展現出,蜂巢選擇切入的是最受矚目的NCM811電池,以及下一個電池形態。電芯的新形態向變長、變厚和變寬發展,模組的新形態則是大模組或無模組,也就是寧德時代、蜂巢均提到的CTP。

小草莓成年直播软件在電芯和模組形態發生改變之前,蜂巢向主機廠提供的355模組和電芯。因此,2019年和2020年階段蜂巢金壇工廠投產的重點在VDA標準電芯和模組。

大電芯、大模組,便于裝配,同時也可以幫助提高能量密度。大電芯的核心訴求是提高能量密度,是簡化模組的基礎。但大電芯存在膨脹造成的內部形變和散熱性能變差兩大問題。

小草莓成年直播软件大模組或無模組的CTP最主要的是取消模組。模組的存在原因有二,一是電池一致性難以做好,電池容量、電壓分布較寬,二是電芯尺寸較小,串并聯較多。若無模組,電芯之間相互影響,電池包容易受到不良電芯缺口的影響。但是模組會在事實上造成電池包體積變化、重量增加。因此車企或電池廠提出CTP的想法,從電芯和模組兩個層級出發進行簡化。

以疊片工藝貫穿三元大電池與固態電池

綜合大電芯和大模組優劣勢的考量,蜂巢認為疊片更適合作為電芯的制作工藝。這是蜂巢方形電芯區別于其他方形電芯的地方。

小草莓成年直播软件饒忠儒指出,蜂巢引入疊片工藝主要基于四種考慮,膨脹率、散熱能力、大電芯量產化、未來的固態電池。

小草莓成年直播软件第一,膨脹率,關系到電芯的穩定性和壽命。電池充電后會發生膨脹收縮,對內部造成很大的壓力。卷繞的彎角位置受到壓力影響,在一定程度上會造成電芯的失效。而疊片本身是一片一片疊加上去,不存在內外壓力不同的問題。更低的變形和膨脹,使疊片電池更加穩定和可靠。

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小草莓成年直播软件第二,散熱能力。疊片電芯是多極耳式,數目是卷繞的兩倍。兩倍的意義在于它散熱速度是卷繞的兩倍。疊片電池可以大大降低內阻,減少充放電循環中產生的熱量。

第三,大電芯量產化。電芯有著持續做大的趨勢。當電芯越大,卷繞時越容易產生褶皺,影響涂布的質量。所以卷繞很難做到500mm長大電芯的量產化,而疊片卻是比較有優勢。

饒忠儒對此解釋稱:“采用疊片工藝還是卷繞工藝,取決于電池設計。電芯無論多大,疊片的速度基本沒有變化。而卷繞的速度則取決于卷軸,電芯越大,速度越慢。因此基本上,電芯越大,疊片工藝越有利。制造VDA和MEB電芯時,疊片速度在0.3s/pcs,就超過卷繞的效率。當制作500mm長大電芯時,0.6s/pcs的疊片效率與卷繞效率相似。從VDA到MEB這個尺寸,目前卷繞還有些優勢,但是再往上走到大電芯的時候,卷繞的優勢就越來越不明顯了,疊片的優勢反之會越來越明顯。”

小草莓成年直播软件第四,動力電池的發展方向之一為固態電池。硫化物、氧化物等無機電解質較為脆弱,只能采用堆疊的方式做。卷繞容易使電解質膜斷裂。按照該趨勢,蜂巢直接采用疊片工藝,即使未來切換到固態電池路線,其電池工廠也無需做大幅度變動。

小草莓成年直播软件據饒忠儒透露,寧德時代、LG和三星到2025年都將轉用疊片工藝。

以整車為導向打造車規級電池制程標準

動力電池十年間發生的變化不單單在于技術路線,制程革新帶來的設備和標準更迭悄然進行。

這個時期里,國內主機廠缺少電池研發和生產的knowhow,在電池廠面前沒有太多的話語權。除了比亞迪自研自銷外,其他主機廠更像是為電池廠打工。他們使用既有的電池方案進行整車開發,而非從整車角度提出對電芯和PACK的要求。

而寶馬、大眾等主機廠卻是電池方案的制定者。眾所周知,寧德時代的創始團隊來自于消費電池企業ATL,待吸收、消化寶馬的電池技術后成為動力電池企業,技術有成后向國內主機廠或電池廠輸送電池或人才。由此,以寧德時代為代表的電池廠帶火了VDA電池標準。

寧德時代的發家史完整地呈現出一家消費電池廠向動力電池廠轉型的經過:電池方案從寶馬主機廠來,到國內主機廠去。

小草莓成年直播软件在這個階段里,電池廠尋求適應整車的方案。但此時,新能源整車開發也處于探索階段,多數電動汽車改裝自燃油車。于是,動力電池應用中問題頻發,如電芯一致性、可靠性難以得到保證(可能在環境控制、毛刺控制、金屬異物檢測、電池自放電水平檢測等過程出現問題)。

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鋰電池本身是從消費電池市場轉過來,電池廠使用的許多設備、規格和標準都是基于消費電池的參數。而車用電池的單體電容量、串并聯數相比傳統電池均有大幅提高,再結合車輛應用的復雜工況和惡劣環境,對電池安全系數及一致性的要求更高,其嚴苛程度相比傳統電池提高百倍以上,因此必須制定全新的電池制程規范和工藝標準,以達到車輛使用的安全要求。

小草莓成年直播软件饒忠儒指出:“車規級與傳統電池本質上的區別是容錯率。車規級動力電池制造工廠缺陷率要提升到6sigma(3.4PPM)。”

小草莓成年直播软件“我們不是第一家在做車規級電池工廠的。三星SDI提出從十萬級無塵級到現在的1萬級無塵級,寧德時代也拋棄原來的消費電池毛刺標準。從消費電池級標準到車規級標準,這是一個漸進式的進化。但是沒有一家企業提出一個車規級電池工廠的概念。我們在做的是,倡議環境控制、毛刺控制、金屬異物檢出率、電池自放電水平檢出率、制程追溯系統等整個制程的標準化、嚴謹化。全行業將一致性做到最高水平,這才是車規級電池的根本方案。”

這也是長城董事長魏建軍要介入到動力電池產業的原因。國內新能源汽車幾年來陸陸續續受到一些挫折,發生起火事故。蜂巢的建立是“從整車應用端出發,推動供應鏈的升級”。

小草莓成年直播软件將AI能力引入制程管控,也是蜂巢對車規級考量后的做法。AI主要作用于質量檢測的智能化,利用AI智能尋找最佳參數,維護先期預警,降低故障率,提高設備稼動率。例如,在檢測金屬顆粒時,它可以利用AI視覺,結合數據庫,通過特征曲線加強辨別能力;對制程的所有參數進行定位,找出原因,從而快速制定優化措施。

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AI,會在時間和應用中不斷積累數據。數據越充實、完善,系統就會越可靠。這才是AI工廠最大的好處。它將指導后來的工程師、其他地區建設的工廠,減少試錯的時間,加快調試和投產的步伐。成長過程中所犯的錯誤,付出的成本,累積的經驗都將轉化為一筆財富。當體量夠大的時候,它將是蜂巢降本的一大利器。

蜂巢對長城不單單是電池供應商,更豐富著長城的電池Knowhow,使之掌握電池技術開發和制造的經驗,獲取長遠的發展。

在NE時代對饒忠儒專訪期間,他對魏建軍的一句評價吸引到我:“他是做產業的人,不是做生意的人”。因此,蜂巢才會對正極材料、電芯、BMS、PACK整個產業進行縱深布局,與保定研發中心共同探知最先進、最深度的動力電池。

電池廠的競爭能力在于上游材料的布局、技術的把控、產品的質量以及對未來的預測。蜂巢的入局,掀起一場動力電池高質量、新形態的競爭。

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