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方形疊片最有未來(lái)?動(dòng)力電池的下一站

時(shí)間:2019-07-15 08:50來(lái)源:汽車之家 作者:肖瑩
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       “動(dòng)力電池即將進(jìn)入疊片工藝時(shí)代”,說(shuō)這話的人,是蜂巢能源總經(jīng)理?xiàng)罴t新。蜂巢能源脫胎于長(zhǎng)城汽車動(dòng)力電池事業(yè)部,被稱為長(zhǎng)城汽車董事長(zhǎng)魏建軍的“二次創(chuàng)業(yè)”,這家企業(yè)希望成為全球動(dòng)力電池供應(yīng)商。兩天前,蜂巢能源在長(zhǎng)城哈弗技術(shù)中心舉辦了一場(chǎng)聲勢(shì)浩大的戰(zhàn)略及產(chǎn)品發(fā)布會(huì),這對(duì)于車企來(lái)講再尋常不過(guò),但在電池圈還算少數(shù)。
 
       電池疊片工藝是此次發(fā)布會(huì)的主角,蜂巢能源堅(jiān)定的認(rèn)為,以疊片工藝為主導(dǎo)的新工藝、新技術(shù)、新材料、新標(biāo)準(zhǔn),將引領(lǐng)動(dòng)(點(diǎn)擊抽獎(jiǎng))力電池進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)代,他們把這個(gè)時(shí)代稱為“疊時(shí)代”。那么,蜂巢能源如此推崇的疊片工藝究竟是什么?有何優(yōu)勢(shì)和短板?為什么蜂巢能源認(rèn)為,疊片工藝是未來(lái)趨勢(shì)?
 
       60秒快速閱讀:
       1、作為動(dòng)力電池的兩大生產(chǎn)工藝,疊片工藝受制于生產(chǎn)效率和質(zhì)量控制的因素,目前還只在市場(chǎng)份額較小的軟包電池領(lǐng)域應(yīng)用。
       2、蜂巢能源稱,通過(guò)生產(chǎn)設(shè)備的改進(jìn),正在大幅提升疊片工藝生產(chǎn)效率,預(yù)計(jì)2023年可開發(fā)出單工位0.25秒/片的設(shè)備,屆時(shí)將有望與卷繞效率持平。
       3、在電池性能層面,蜂巢能源認(rèn)為,相同條件下,疊片工藝可以使電池能量密度提高5%,循環(huán)壽命提高10%,成本降低5%。從用戶的角度來(lái)看,電池生產(chǎn)工藝的創(chuàng)新突破,將有助于提升電動(dòng)車的使用壽命和續(xù)航里程,從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,也有助于車輛成本下降。
       4、疊片工藝既可以應(yīng)用方形電池上,也可以應(yīng)用在軟包電池上,目前還主要應(yīng)用于軟包領(lǐng)域。蜂巢能源認(rèn)為,從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,方形電池更適合車載。但目前,軟包和方形各有優(yōu)勢(shì),兩種技術(shù)路線還將長(zhǎng)期博弈。
 
       疊片VS卷繞 效率是關(guān)鍵
 
       我們都知道,動(dòng)力電池主要有三種類型,方形、圓柱和軟包,而疊片和卷繞正是生產(chǎn)這些電池的兩種工藝。從發(fā)展歷史來(lái)看,卷繞工藝從消費(fèi)類電池就開始應(yīng)用了,經(jīng)歷了最初期的手動(dòng)式卷繞機(jī)、更新后的迭代半自動(dòng)卷繞機(jī)、再到現(xiàn)在的全自動(dòng)卷繞機(jī)。在這過(guò)程中,卷繞工藝生產(chǎn)效率大幅提升,成為電池領(lǐng)域主流工藝路線。
電動(dòng)汽車,動(dòng)力電池
       也正是因?yàn)榫砝@工藝更成熟、生產(chǎn)效率更高,在消費(fèi)類電池向動(dòng)力電池發(fā)展的過(guò)程中,也沿用了卷繞工藝,成為當(dāng)前動(dòng)力電池主流的生產(chǎn)工藝,廣泛應(yīng)用在方形電池和圓柱電池里。疊片工藝則是伴隨著電動(dòng)車發(fā)展逐漸發(fā)展起來(lái)的,目前只在市場(chǎng)份額較小的軟包電池領(lǐng)域應(yīng)用。
 
       從動(dòng)力電池裝機(jī)量來(lái)看,2018年,我們新能源汽車方形動(dòng)力電池裝機(jī)總電量約42.25GWh,占整體總裝機(jī)電量的74.1%;軟包動(dòng)力電池裝機(jī)總量約7.62GWh,占整體總裝機(jī)電量的13.4%;圓柱動(dòng)力電池裝機(jī)總電量約7.11GWh,占整體總裝機(jī)電量的12.5%。由此可以粗略推算出,目前85%以上的動(dòng)力電池采用的都是卷繞工藝。
電動(dòng)汽車,動(dòng)力電池
       卷繞工藝受歡迎,主要是生產(chǎn)效率帶來(lái)的成本優(yōu)勢(shì)。相比之下,疊片工藝雖然在電池性能、完全、空間利用率等方面都更具優(yōu)勢(shì),但由于疊片工藝生產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)瓶頸難以突破,使得疊片電池比卷繞電池存在生產(chǎn)效率低、工藝復(fù)雜度高、品質(zhì)控制難度大、設(shè)備占地面積大、單位瓦時(shí)投資比高等明顯劣勢(shì)。
 
       具體來(lái)看,目前國(guó)內(nèi)疊片機(jī)行業(yè)效率普遍在單工位1-1.2秒/片,而只有效率提升到0.2秒/片左右時(shí),疊片工藝才可能與卷繞工藝成本相當(dāng)。另外,疊片工藝需要將每個(gè)極片進(jìn)行兩次分切,一個(gè)電芯則涉及到數(shù)十次分切,而卷繞工藝每個(gè)電芯只需要進(jìn)行正負(fù)極各一次分切。每次分切都存在極片的截面產(chǎn)生毛刺的風(fēng)險(xiǎn),這就增加了電池質(zhì)量控制的難度。正是因?yàn)槭苤朴谶@兩個(gè)主要的短板,疊片工藝目前還遠(yuǎn)沒有卷繞“受寵”。
       電池尺寸變長(zhǎng) 疊片優(yōu)勢(shì)凸顯
 
       雖然疊片工藝有明顯的瓶頸,但卻是未來(lái)動(dòng)力電池發(fā)展的大勢(shì)所趨。隨著新能源汽車的發(fā)展,企業(yè)已經(jīng)開始針對(duì)電動(dòng)車開發(fā)底盤,相比此前改款的燃油車底盤,針對(duì)電動(dòng)車專門開發(fā)的底盤,動(dòng)力電池可以更規(guī)則的排布,這一方面能有效利用空間,另一方面也有助于電池安全防護(hù)。
 
       目前,最受業(yè)內(nèi)關(guān)注的電動(dòng)車平臺(tái)就是大眾的MEB平臺(tái),從這一平臺(tái)來(lái)看,電池的模組和電芯尺寸都在變大。業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為,大模組、大電芯是未來(lái)動(dòng)力電池發(fā)展趨勢(shì)。而目前大眾發(fā)布的VDA尺寸的電芯已經(jīng)到達(dá)卷繞電池的極限,而基于MEB平臺(tái)的電芯尺寸,電芯長(zhǎng)度大大增加。隨著電池越來(lái)越長(zhǎng),卷繞工藝將越來(lái)越難實(shí)現(xiàn)。
電動(dòng)汽車,動(dòng)力電池
       而從性能上來(lái)看,疊片工藝也有明顯優(yōu)勢(shì)。楊紅新介紹,相同條件下,疊片工藝可以使電池能量密度提高5%,循環(huán)壽命提高10%,成本降低5%。
 
       與此同時(shí),疊片工藝生產(chǎn)設(shè)備也有所突破。據(jù)蜂巢能源介紹,目前已完成45度旋轉(zhuǎn)式高速疊片機(jī)的開發(fā)與導(dǎo)入,疊片效率可達(dá)單工位0.6秒/片。同時(shí),蜂巢已完成單工位0.45秒/片的速度驗(yàn)證與樣機(jī)的開發(fā)制作,2023年預(yù)計(jì)可實(shí)現(xiàn)單工位0.25秒/片的疊片設(shè)備開發(fā)。
『蜂巢能源0.6秒高度疊片機(jī)』
 
       楊紅新介紹,蜂巢能源在常州金壇工廠的一期產(chǎn)線已提升至單工位0.6秒/片生產(chǎn)效率,2020年的產(chǎn)能將達(dá)到4GWh;二期便可實(shí)現(xiàn)0.45秒高速疊片,2022年達(dá)到8GWh產(chǎn)能。而到2023年實(shí)現(xiàn)0.25秒的超高速疊片工藝,將有效解決疊片工藝的效率問題,有望超越卷繞工藝效率。
 
       蜂巢能源工藝設(shè)備總監(jiān)金正賢告訴汽車之家,蜂巢能源的0.6秒高速疊片工藝生產(chǎn)設(shè)備是與國(guó)外設(shè)備供應(yīng)商合作生產(chǎn)的,0.45秒的設(shè)備則是蜂巢能源獨(dú)自設(shè)計(jì),已申請(qǐng)相關(guān)專利10余項(xiàng),未來(lái)將與兩家設(shè)備供應(yīng)商共同開發(fā)。
 
       在解決生產(chǎn)效率的同時(shí),如何解決疊片工藝多次沖切帶來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量隱患?金正賢表示,產(chǎn)品質(zhì)量主要是控制層面的問題,蜂巢能源將對(duì)電芯生產(chǎn)線的在產(chǎn)線建設(shè)、環(huán)境控制、制程關(guān)鍵產(chǎn)品參數(shù)控制、制程工程能力控制、在線SPC管控等方面全面提升控制水平。
『蜂巢能源電池測(cè)試實(shí)驗(yàn)室』
 
       長(zhǎng)期來(lái)看 方形疊片是趨勢(shì)
 
       目前,國(guó)內(nèi)做方殼疊片電池的企業(yè)并非蜂巢一家,青島力神動(dòng)力電池有限公司在2018年實(shí)現(xiàn)了方形疊片電池的量產(chǎn),單片位疊片效率在1.0秒/片左右。但受制于疊片電池的生產(chǎn)效率低、技術(shù)及投資門檻較高等特點(diǎn),疊片電池技術(shù)還沒有大規(guī)模應(yīng)用在方形電池領(lǐng)域應(yīng)用。
 
       根據(jù)蜂巢調(diào)研,LG化學(xué)、三星SDI、松下等國(guó)際電池巨頭都將疊片技術(shù)納入下一階段布局目標(biāo)。這也給蜂巢能源一定信心,楊紅新表示,作為動(dòng)力電池領(lǐng)域的“闖入者”,蜂巢能源沒有其他電池廠的產(chǎn)能、設(shè)備包袱,可以直接從最適合未來(lái)趨勢(shì)的技術(shù)切入。
       除了圓柱電池受制于形狀限制較難采用疊片工藝生產(chǎn),軟包和方形都可以應(yīng)用疊片工藝。那么問題就來(lái)了,軟包疊片和方形疊片到底哪個(gè)更好?中國(guó)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟副秘書長(zhǎng)王子冬告訴汽車之家,從長(zhǎng)期來(lái)看,方形電池更適合車載。
 
       他解釋道,方形電池殼體多為鋁合金、不銹鋼等材料,對(duì)電芯的保護(hù)作用優(yōu)于軟包電池。除此之外,方形電池還有電池內(nèi)阻小、壽命長(zhǎng)、空間利用率高,以及成組后的能量密度下降小等優(yōu)點(diǎn)。
 
       但軟包電池也有可取的優(yōu)點(diǎn),王子冬指出,軟包電池一般采用鋁塑膜包裝,發(fā)生安全問題時(shí),軟包電池一般會(huì)鼓氣裂開,不會(huì)爆炸。另外,鋁塑膜包裝也帶來(lái)了重量輕、設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)。從2018年裝機(jī)量來(lái)看,軟包電池雖然市場(chǎng)分額不大,但增長(zhǎng)速度同比增長(zhǎng)60.73%。目前來(lái)看,兩種技術(shù)路線還將長(zhǎng)期并存,將在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中不斷探索和改善。
 
       編輯有話說(shuō):
 
       從2009年算起,我國(guó)推廣應(yīng)用新能源汽車剛剛10年,整體來(lái)看,動(dòng)力電池的發(fā)展尚在摸索中前行。盡管我們能夠通過(guò)科學(xué)的理論邏輯、前期的研發(fā)試驗(yàn)論證一種技術(shù)路線的前景,但還不能完全預(yù)判其在規(guī)模量產(chǎn)、實(shí)際應(yīng)用中遇到的問題。因此,面對(duì)新技術(shù)、新工藝的改進(jìn),我們既要持開放的態(tài)度去研究,也要沉淀下來(lái)持續(xù)測(cè)試、評(píng)估和改進(jìn),在提升動(dòng)力電池性能的同時(shí),更要把安全置于首位。
 
(責(zé)任編輯:子蕊)
文章標(biāo)簽: 動(dòng)力電池 方形疊片
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