方形疊片最有未來？動力電池的下一站
時間:2019-07-15 08:50來源:汽車之家 作者:肖瑩
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“動力電池即將進入疊片工藝時代”，說這話的人，是蜂巢能源總經理楊紅新。蜂巢能源脫胎于長城汽車動力電池事業(yè)部，被稱為長城汽車董事長魏建軍的“二次創(chuàng)業(yè)”，這家企業(yè)希望成為全球動力電池供應商。兩天前，蜂巢能源在長城哈弗技術中心舉辦了一場聲勢浩大的戰(zhàn)略及產品發(fā)布會，這對于車企來講再尋常不過，但在電池圈還算少數(shù)。
電池疊片工藝是此次發(fā)布會的主角，蜂巢能源堅定的認為，以疊片工藝為主導的新工藝、新技術、新材料、新標準，將引領動(點擊抽獎)力電池進入一個新的時代，他們把這個時代稱為“疊時代”。那么，蜂巢能源如此推崇的疊片工藝究竟是什么？有何優(yōu)勢和短板？為什么蜂巢能源認為，疊片工藝是未來趨勢？
60秒快速閱讀：
1、作為動力電池的兩大生產工藝，疊片工藝受制于生產效率和質量控制的因素，目前還只在市場份額較小的軟包電池領域應用。
2、蜂巢能源稱，通過生產設備的改進，正在大幅提升疊片工藝生產效率，預計2023年可開發(fā)出單工位0.25秒/片的設備，屆時將有望與卷繞效率持平。
3、在電池性能層面，蜂巢能源認為，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%。從用戶的角度來看，電池生產工藝的創(chuàng)新突破，將有助于提升電動車的使用壽命和續(xù)航里程，從長遠來看，也有助于車輛成本下降。
4、疊片工藝既可以應用方形電池上，也可以應用在軟包電池上，目前還主要應用于軟包領域。蜂巢能源認為，從長遠來看，方形電池更適合車載。但目前，軟包和方形各有優(yōu)勢，兩種技術路線還將長期博弈。
疊片VS卷繞 效率是關鍵
我們都知道，動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這些電池的兩種工藝。從發(fā)展歷史來看，卷繞工藝從消費類電池就開始應用了，經歷了最初期的手動式卷繞機、更新后的迭代半自動卷繞機、再到現(xiàn)在的全自動卷繞機。在這過程中，卷繞工藝生產效率大幅提升，成為電池領域主流工藝路線。
也正是因為卷繞工藝更成熟、生產效率更高，在消費類電池向動力電池發(fā)展的過程中，也沿用了卷繞工藝，成為當前動力電池主流的生產工藝，廣泛應用在方形電池和圓柱電池里。疊片工藝則是伴隨著電動車發(fā)展逐漸發(fā)展起來的，目前只在市場份額較小的軟包電池領域應用。
從動力電池裝機量來看，2018年，我們新能源汽車方形動力電池裝機總電量約42.25GWh，占整體總裝機電量的74.1%；軟包動力電池裝機總量約7.62GWh，占整體總裝機電量的13.4%；圓柱動力電池裝機總電量約7.11GWh，占整體總裝機電量的12.5%。由此可以粗略推算出，目前85%以上的動力電池采用的都是卷繞工藝。
卷繞工藝受歡迎，主要是生產效率帶來的成本優(yōu)勢。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，但由于疊片工藝生產設備的技術瓶頸難以突破，使得疊片電池比卷繞電池存在生產效率低、工藝復雜度高、品質控制難度大、設備占地面積大、單位瓦時投資比高等明顯劣勢。
具體來看，目前國內疊片機行業(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，疊片工藝才可能與卷繞工藝成本相當。另外，疊片工藝需要將每個極片進行兩次分切，一個電芯則涉及到數(shù)十次分切，而卷繞工藝每個電芯只需要進行正負極各一次分切。每次分切都存在極片的截面產生毛刺的風險，這就增加了電池質量控制的難度。正是因為受制于這兩個主要的短板，疊片工藝目前還遠沒有卷繞“受寵”。
電池尺寸變長 疊片優(yōu)勢凸顯
雖然疊片工藝有明顯的瓶頸，但卻是未來動力電池發(fā)展的大勢所趨。隨著新能源汽車的發(fā)展，企業(yè)已經開始針對電動車開發(fā)底盤，相比此前改款的燃油車底盤，針對電動車專門開發(fā)的底盤，動力電池可以更規(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。
目前，最受業(yè)內關注的電動車平臺就是大眾的MEB平臺，從這一平臺來看，電池的模組和電芯尺寸都在變大。業(yè)內普遍認為，大模組、大電芯是未來動力電池發(fā)展趨勢。而目前大眾發(fā)布的VDA尺寸的電芯已經到達卷繞電池的極限，而基于MEB平臺的電芯尺寸，電芯長度大大增加。隨著電池越來越長，卷繞工藝將越來越難實現(xiàn)。
而從性能上來看，疊片工藝也有明顯優(yōu)勢。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，疊片工藝生產設備也有所突破。據(jù)蜂巢能源介紹，目前已完成45度旋轉式高速疊片機的開發(fā)與導入，疊片效率可達單工位0.6秒/片。同時，蜂巢已完成單工位0.45秒/片的速度驗證與樣機的開發(fā)制作，2023年預計可實現(xiàn)單工位0.25秒/片的疊片設備開發(fā)。
『蜂巢能源0.6秒高度疊片機』
楊紅新介紹，蜂巢能源在常州金壇工廠的一期產線已提升至單工位0.6秒/片生產效率，2020年的產能將達到4GWh；二期便可實現(xiàn)0.45秒高速疊片，2022年達到8GWh產能。而到2023年實現(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設備是與國外設備供應商合作生產的，0.45秒的設備則是蜂巢能源獨自設計，已申請相關專利10余項，未來將與兩家設備供應商共同開發(fā)。
在解決生產效率的同時，如何解決疊片工藝多次沖切帶來的產品質量隱患？金正賢表示，產品質量主要是控制層面的問題，蜂巢能源將對電芯生產線的在產線建設、環(huán)境控制、制程關鍵產品參數(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。
『蜂巢能源電池測試實驗室』
長期來看 方形疊片是趨勢
目前，國內做方殼疊片電池的企業(yè)并非蜂巢一家，青島力神動力電池有限公司在2018年實現(xiàn)了方形疊片電池的量產，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效率低、技術及投資門檻較高等特點，疊片電池技術還沒有大規(guī)模應用在方形電池領域應用。
根據(jù)蜂巢調研，LG化學、三星SDI、松下等國際電池巨頭都將疊片技術納入下一階段布局目標。這也給蜂巢能源一定信心，楊紅新表示，作為動力電池領域的“闖入者”，蜂巢能源沒有其他電池廠的產能、設備包袱，可以直接從最適合未來趨勢的技術切入。
除了圓柱電池受制于形狀限制較難采用疊片工藝生產，軟包和方形都可以應用疊片工藝。那么問題就來了，軟包疊片和方形疊片到底哪個更好？中國汽車動力電池產業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟副秘書長王子冬告訴汽車之家，從長期來看，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，對電芯的保護作用優(yōu)于軟包電池。除此之外，方形電池還有電池內阻小、壽命長、空間利用率高，以及成組后的能量密度下降小等優(yōu)點。
但軟包電池也有可取的優(yōu)點，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，軟包電池一般會鼓氣裂開，不會爆炸。另外，鋁塑膜包裝也帶來了重量輕、設計靈活等優(yōu)點。從2018年裝機量來看，軟包電池雖然市場分額不大，但增長速度同比增長60.73%。目前來看，兩種技術路線還將長期并存，將在實際生產應用中不斷探索和改善。
編輯有話說：
從2009年算起，我國推廣應用新能源汽車剛剛10年，整體來看，動力電池的發(fā)展尚在摸索中前行。盡管我們能夠通過科學的理論邏輯、前期的研發(fā)試驗論證一種技術路線的前景，但還不能完全預判其在規(guī)模量產、實際應用中遇到的問題。因此，面對新技術、新工藝的改進，我們既要持開放的態(tài)度去研究，也要沉淀下來持續(xù)測試、評估和改進，在提升動力電池性能的同時，更要把安全置于首位。
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