進(jìn)入酷暑以來，蜂巢能源這家脫胎于“長(zhǎng)城汽車動(dòng)力電池事業(yè)部”的明星企業(yè)頻繁刷屏，路透社、法新社、紐約時(shí)報(bào)、美聯(lián)社、美通社、新華網(wǎng)、新浪等諸多媒體先后報(bào)道了這家中國(guó)的高科技企業(yè)。其中，美通社對(duì)蜂巢能源的介紹是“全球首家高速疊片方形電池制造商”，而美聯(lián)社則稱“疊時(shí)代是以疊片工藝為特征的新技術(shù)、新材料、新工藝、新標(biāo)準(zhǔn)大量涌現(xiàn)的、專門為電動(dòng)汽車而生的時(shí)代”。

那么，何謂方形電池疊片工藝？“疊時(shí)代”是否已經(jīng)到來？蜂巢能源的核心技術(shù)又是什么？今天小編結(jié)合鋰電池電芯的生產(chǎn)，對(duì)比卷料與疊料差異，一探蜂巢能源爆紅的究竟。

電芯生產(chǎn)中的卷料與疊料對(duì)比

目前，電動(dòng)汽車用的鋰電池，主要分為軟包形、圓柱形和方殼形。它們的工作原理都一樣，依靠鋰離子的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)充放電，內(nèi)部由正極、負(fù)極、電解液和隔膜組成。

正極是用活性物質(zhì)（例如鎳鈷錳三元材料粉末）、石墨粉與黏結(jié)劑混合涂布在鋁箔上，再經(jīng)過干燥壓制而成。負(fù)極則是將石墨粉、黏結(jié)劑混合涂布在銅箔上，再經(jīng)過干燥壓制而成剛生產(chǎn)出來的正負(fù)極片，是一大卷連續(xù)的長(zhǎng)條，由聚乙烯、聚丙烯等高分子材料制成的隔膜（當(dāng)然，還有陶瓷涂覆隔膜）也是如此。

圖1 正負(fù)極材料廠生產(chǎn)的成品，是制作電芯的原材料，在卷料或者疊片前需要將其展開，圖中，紫紅色的就是銅箔，黑色的是涂布在銅箔上的石墨粉、黏結(jié)劑

由于方形硬殼電池在空間效率和安全性上比圓柱和軟包電池更有優(yōu)勢(shì)，使之極有可能會(huì)成為電動(dòng)汽車規(guī)模化發(fā)展的主流需求產(chǎn)品，因而被廣泛關(guān)注，目前國(guó)內(nèi)方形殼電池在總量上相對(duì)圓柱和軟包都具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，代表性廠商包括寧德時(shí)代、比亞迪和國(guó)軒高科等領(lǐng)先企業(yè)。

圖2 鋰電池隔膜一般采用高分子聚合物材料，作用是將正負(fù)極分隔開，防止正負(fù)極接觸短路，可在傳統(tǒng)隔膜表面涂覆高純氧化鋁，使之具備更好的耐高溫性能，圖中白色卷料就是隔膜

過去，方形電池的正負(fù)極片一般采用卷料的方式進(jìn)行生產(chǎn)。如圖3中的左邊，可以發(fā)現(xiàn)由于卷料的特點(diǎn)，會(huì)不可避免出現(xiàn)孔隙。然而，疊片工藝由于是將沖裁后的極片、隔膜進(jìn)行堆疊，可以很好避免孔隙，這對(duì)于越大的方形電池，意味著在相同體積內(nèi)，可以放入更多的極片。根據(jù)蜂巢能源的試驗(yàn)，對(duì)于相同尺寸的方形電池殼，疊片工藝可以將能量密度提高5％左右。

圖3 卷繞工藝電芯（左）邊角不可避免會(huì)有孔隙，疊片工藝（右）可以很好避免，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，能量密度可以提高5％左右

除了電池殼空間效率的提升帶來能量密度的提高，疊片工藝生產(chǎn)的方形電池還具有更高的安全性，由于鋰電池在使用一段時(shí)間之后，正負(fù)極片會(huì)發(fā)生膨脹，卷料后的極片發(fā)生了一定的彎曲，呈線波浪狀變形，在膨脹的應(yīng)力作用下可能會(huì)發(fā)生斷裂，這為電池的長(zhǎng)期使用帶來隱患。然后，疊片工藝生產(chǎn)的電池，其極片膨脹的方式是在堆疊的豎直方向上，僅會(huì)將力作用在高強(qiáng)的鋁合金電池殼上，因而不存在斷裂的隱患，鋰電池變形的概率也會(huì)大幅度下降。根據(jù)蜂巢能源的試驗(yàn)，疊片工藝生產(chǎn)的方形電池循環(huán)壽命可以提高10-20％。

此外，卷料法生產(chǎn)的方形電池內(nèi)，箔片是一個(gè)連續(xù)的整體，由于工藝簡(jiǎn)化的需要，僅在部分極片間裝有極耳，而疊片工藝生產(chǎn)的電池由于極片層之間空間上的隔絕，是在每個(gè)極片間裝有正負(fù)極耳（充當(dāng)導(dǎo)線的作用），因而其電池內(nèi)部的電阻更低，在電流通過發(fā)熱的時(shí)候，產(chǎn)生的熱量更小，因而熱膨脹減少，安全性提高。

因此，可以說疊片式方形電池的確在能量密度和安全性兩方面均優(yōu)于傳統(tǒng)的卷料式方形電池。那么既然疊片工藝那么優(yōu)秀，為什么一直以來都未大規(guī)模應(yīng)用在方形電池生產(chǎn)呢？

速度是制約疊片工藝發(fā)展的關(guān)鍵

事實(shí)上，制約疊片工藝應(yīng)用的很大問題就是傳統(tǒng)疊片速度在每片1-1.2秒，生產(chǎn)效率為卷料工藝的一半，而蜂巢科技的殺手锏正是其45度旋轉(zhuǎn)式高速疊片工藝及設(shè)備的開發(fā)，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了0.6秒每片的堆疊速度，輔助時(shí)間由10s降至7.5s。

圖4 蜂巢能源已經(jīng)完成單工位0.45秒/片高速疊片工藝驗(yàn)證和樣機(jī)開發(fā)，根據(jù)其規(guī)劃，在2023年實(shí)現(xiàn)0.25秒疊片速度，這一速度將直接快于卷繞法（圖片來源：蜂巢能源）

得益于疊片工藝進(jìn)行的開發(fā)和制造，蜂巢能源開發(fā)了高端PHEV疊片電池，采用51Ah PHEV電芯，模組可使插電式混合動(dòng)力車型純電續(xù)駛里程從50km提升至80km，同時(shí)，基于疊片電芯超高的功率特性及循環(huán)壽命確保在加速、低溫等更加優(yōu)異的用戶體驗(yàn)。未來，該產(chǎn)品將配套長(zhǎng)城旗下WEY P8等車型。

圖5 蜂巢能源發(fā)布的高端PHEV疊片電池

最后，除了引人關(guān)注的蜂巢能源的新聞，值得注意的是，今年7月，中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)和國(guó)際自動(dòng)機(jī)工程師學(xué)會(huì)(SAE)聯(lián)合舉辦的首屆中國(guó)國(guó)際電動(dòng)汽車安全技術(shù)創(chuàng)新大會(huì)上，發(fā)布了《中國(guó)車規(guī)級(jí)動(dòng)力高速疊片電池發(fā)展白皮書》。白皮書的發(fā)布，一方面通過縱向回顧鋰電技術(shù)的演進(jìn)，向行業(yè)指明疊時(shí)代是動(dòng)力電池工藝革新的必由之路；另一方面，通過橫向?qū)Ρ券B片工藝和卷繞工藝的差異，提出了車規(guī)級(jí)電池需要滿足的安全、續(xù)航、壽命、尺寸、容量、價(jià)格等條件，從而為電池產(chǎn)業(yè)鏈上的各方制造工藝創(chuàng)新提供了明確的標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)。

如此看來，若蜂巢能源常州工廠順利投產(chǎn)，表明其至少比主流電池廠商領(lǐng)先三年進(jìn)入了電池的“疊時(shí)代”（因?yàn)楦鶕?jù)CATL、松下、三星SDI、孚能科技、萬向A123、微宏動(dòng)力等鋰電池行業(yè)新舊勢(shì)力都有在2022年之后導(dǎo)入疊片工藝的計(jì)劃）。

圖6 2019年上半年動(dòng)力電池單體供應(yīng)商累計(jì)出貨量TOP10排名（GWh）

不過，動(dòng)力電池的生產(chǎn)涉及電化學(xué)基礎(chǔ)、關(guān)鍵原材料、電芯設(shè)計(jì)、模組與電池包設(shè)計(jì)等諸多方面內(nèi)容，單靠疊片法的高速生產(chǎn)肯定無法決勝殘酷的鋰電市場(chǎng)。從公開的信息來看，蜂巢能源除了引以為傲的疊片工藝之外，在今年還先后發(fā)布了無鈷電池、四元電池，并宣稱其無鈷材料性能可以達(dá)到NCM811同等水平。

綜合而言，蜂巢能源在前沿技術(shù)材料、先進(jìn)工藝開發(fā)上與行業(yè)主流龍頭吻合，目前取得的技術(shù)進(jìn)展可圈可點(diǎn)，其技術(shù)創(chuàng)新極大推動(dòng)著鋰電池“疊時(shí)代”的到來。在蜂巢能源1750人的團(tuán)隊(duì)規(guī)模中，研發(fā)團(tuán)隊(duì)人數(shù)達(dá)到1030人，光外聘/外籍專家就有350人，可見其對(duì)研發(fā)的重視。但是，從2018年裝機(jī)量來看，寧德時(shí)代裝機(jī)量23.4GWh，而蜂巢年化裝機(jī)量不到2.5GWh，這之間有將近十倍的產(chǎn)能差距，隨著企業(yè)的擴(kuò)張，供應(yīng)鏈管理、成本控制、研究成果轉(zhuǎn)化等諸多問題又會(huì)出現(xiàn)。蜂巢能源在技術(shù)上的前瞻性投入能否維持，以小博大，攻克商業(yè)化道路上的困難，我們拭目以待。

參考文獻(xiàn)

對(duì)疊片式鋰離子電池極耳彎折的研究，多氟多新能源有限公司，楊豪亮，韓廣欣，劉興丹，牛猛衛(wèi)。

方形疊片+NCM811-蜂巢能源的“技術(shù)牌”，蜂巢能源。

萬鋼視察蜂巢能源，鼓勵(lì)疊片方形電池創(chuàng)新思路，蜂巢能源。

蜂巢能源即將量產(chǎn)NCM811配硅負(fù)極方形電池能量密度高達(dá)265Wh/kg，蜂巢能源。

蜂巢能源首秀上海車展開啟高端動(dòng)力電池“疊時(shí)代”，蜂巢能源。

By：火宣