聚焦丨制造工艺重大突破，两款新动力电池中国诞生，再不担心安全和成本
文字丨刘志向
图片丨网络
2019世界新能源汽车大会达成共识，全球力争2035年实现新能源汽车市场份额达到50%，全球汽车产业基本实现电动化转型。然而动力电池的安全控制和成本瓶颈始终制约新能源汽车产业前行。近日，来自中国保定的蜂巢能源宣布，他们在制造工艺方面取得了巨大突破，并且正式对外公布了全球首款无钴材料电池和全球首款四元材料电池。
他们自信满满地宣布，一切问题，似乎迎刃而解了。
全球首款无钴电池意义何在？
动力电池产业中，目前应用最广的三元体系锂离子动力电池中，电芯的正极材料的成本占比达到30%~45%。以 523体系为例，钴在其中的占比达20%，作为战略性的资源，钴的价格波动将会直接影响到最终电芯的成本。
中国是贫钴国家，几乎全部的钴原料都来自非洲的刚果。该国的钴矿资源也几乎全部供应全球电池原料市场，绝大部分是中国买家。从战略上来说，动力电池用钴的原材料来源非常单一且脆弱。
作为世界动力电池主要供应商，日本松下、韩国LG和中国宁德时代等都在想法设法降低对钴的依赖，并研发试制无钴化电池。
蜂巢能源这家来自保定的中国企业，同时也是长城汽车董事长魏建军“二次创业”的战略型企业，抢在了动力电池巨头的前面，率先发布了自己的无钴材料电池。
据介绍，这款无钴材料性能可以达到NCM811同等水平，减结构稳定，循环寿命和安全性都得到了提高。而且，材料成本降低5~15%，相应带来的电芯物料成本可以降低约5%，且会让材料不受战略资源影响。
蜂巢能源的无钴电芯产品于2018年3月正式立项。通过掺杂技术改进了无钴材料在充放电的可逆性和结构稳定性，电压平台达3.87V，比811高出0.04V（3.83V）。
根据规划，这款电池将2020年8月体系定型，2021年11月将实现标准化生产。
全球首款四元电池解决了什么？
对于动力电池而言，提高能量密度与解决电池安全存在一个平衡点。清华大学教授、中国科学院院士欧阳明高明确指出，目前最为紧迫的一项任务就是如何把安全的平衡点提升到300Wh/kg的能量密度。
由于动力电池在工作中发热和产生气体，容易造成内部构件的稳定先缺失，诱发短路进而自燃。最近频频爆发的纯电车自燃对整个新能源汽车产业带来了不良影响。而这些问题如何解决，电芯的稳定是重中之重。
据了解，蜂巢能源开发的四元材料使用特殊工艺和配方，使其循环性能优于NCM811材料，同时具有耐热更好、产气少、安全性更高的特点。最终呈现在动力电池上就是容量更高、寿命更长、安全性更好。
蜂巢能源介绍，其四元材料电芯项目于2018年9月立项，预计2020年12月实现材料标准化生产，2022年11月实现基于四元材料的电芯标准化生产。
动力电池为何要进入“叠时代”？
不论是软包还是方形铝壳动力电池，由于受新能源汽车电池包设计的影响，其形态正在向着长度更长的方向发展，高度方向则统一在了100mm左右。传统的卷绕式电芯已经不能满足动力电芯的形态要求，取而代之的是叠片工艺生产出来的电芯。
事实上，松下、三星SDI、宁德时代等行业头部企业都有在2022年之后导入叠片工艺的计划。而卷绕式电芯的弊端也被业界诟病，存在安全隐患和充放电不足问题。
尽管叠片工艺对于动力电池性能的提升优势明显，但受制于设备、工艺、制造、效率等的瓶颈，叠片工艺在实际的产业化应用同样面临成本问题。
蜂巢能源聘请了国内外资深叠片设备与工艺专家重点攻关，目前已完成行业首例45度旋转式高速叠片的开发，叠片效率可达0.6s/pcs/单工位，叠片效率超出行业传统叠片设备单工位效率的40%，辅助时间从原来的10秒缩短到7.5秒。
目前，蜂巢能源已完成0.45s/pcs/单工位叠片速度验证机与样机的开发制作，2023年预计可实现0.25s/pcs/单工位叠片设备开发。
20亿欧元建设AI工厂为了啥？
蜂巢能源将斥资20亿欧元在欧洲建设24GWH大型动力电池工厂、配套正极材料工厂和电池技术中心。采用先进高速叠片工艺，配置AI智能检测及质量预测、分析等智能系统。园区总用地400亩，厂房采取多层结构，项目分二期实施，一期建设2020年度启动，2022年度建成投产。核心功能包括设备健康管理、工艺设计改善、质量智能检测、内部物流优化等功能。
中国工厂建设方面，保定现已建设完成的PACK线已实现量产，江苏常州工厂处于在建状态，于2019年年底实现标准化生产。在全球七大研发中心中，保定、韩国、上海和印度的研发中心已经投入使用，美国、日本和无锡的研发中心处于在建。
截至 2019年5月，蜂巢能源PACK装机量为207.9MWh，环比增长了1305%，行业内排名第6位 。装车量为6078辆，为长城汽车提供配套。此外，蜂巢能源还与宝马和PSA以及主流自主品牌主机厂进行合作。
写在最后：全球新能源汽车产业发展以中国市场为风向标，国际车企巨头在动力电池方面投入并没有中国企业这么义无反顾。蜂巢能源从长城汽车内部一个事业部成长为准备独立IPO的企业，目标是与松下、LG、宁德时代等电池行业领军者共同推进新能源产业的进步。不论是在投入上还是技术方向上，蜂巢能源都具有一定的前瞻性。也许，在开放、融合的战略之下，中国自主品牌动力电池企业，能够占据全球新能源车供应链的尖端。
