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蜂巢智能制造 蜂巢能源:短刀飞叠电芯生产线揭秘,符合欧洲高标准的创新密码

小编 2024-11-23 工业云 23 0

蜂巢能源:短刀飞叠电芯生产线揭秘,符合欧洲高标准的创新密码

在众多电池企业实行严格的安保措施,如进厂需对手机镜头贴黑膜、收缴电脑、禁止携带U盘等情况下,蜂巢能源秉承开放创新、持续经营的理念,继6月份成功举办江西上饶基地的探厂直播后,7月10日再次与搜狐汽车频道联手,向观众全程公开展示全球最先进的第三代短刀飞叠生产线的直播活动。

本次直播搜狐首席执行官张朝阳还进行回放评论,整体搜狐视频平台直播热度(播放次数+时常综合数据)108W+,点赞5.4W,搜狐新闻、搜狐视频多平台资源直播曝光PV超1000W+。

笔者作为专家身份受邀参加了这次直播,在蜂巢能源盐城大丰基地实地探察了两天,深入各个工序与生产线,将所见所闻所悟整理成文,以供业内人士参考。

蜂巢能源盐城基地简介

蜂巢能源盐城基地位于盐城市大丰区,总规划建设23GWh的动力电池产能,占地873亩,总建筑面积约58万平米,项目分两期进行。

其中,一期工程用地达290亩,建筑面积约16万㎡,改造及新建8条电芯生产线,专注于生产PHEV和EV电池,总产能为3GWh,以及3条模组PACK线,年产能达到17.7万套,目前已开始量产发货。

该项目自2021年11月该项目启动以后,仅用了四个月就完成了试产,创造了令人瞩目的蜂巢速度。

今年1至6月份,蜂巢能源的海外出货量已达5.3万套车用电池包,占公司总出货量的三分之一。

盐城基地正是蜂巢能源出口海外的主力,其生产的磷酸铁锂“短刀飞叠”高品质动力电池,在国内外市场上赢得了广泛认可。

该基地主要向吉利、长城提供PHEV短刀产品、向欧洲Stellantis集团提供 EV短刀产品。

长薄型叠片电芯将成主流

目前在动力电池行业中广泛采用的方形卷绕电芯由于其大容量且制造简单,因此占据主流地位。但随着新能源汽车市场的快速扩展和消费者对电池性能日益增长的需求,传统的方形卷绕电芯因空间使用效率低、电流分布不均以及安全隐患等问题,已难以满足市场的需求。

此外,预期未来的全固态电池仅能通过叠片技术生产。

短刀电池,是蜂巢研发的最具代表性的产品,全球首发于2019年4月的上海车展。这种基于叠片工艺的长薄电芯,相比传统的方型卷绕电池,大幅提升了电池包的空间利用率和能量密度,降低了电池内部电阻,同时便于电池保温和散热,能够大幅提升电动车续航里程、提高电池安全性能,延长电池寿命。

从市场趋势来看,越来越多的电池企业正在加入到长薄型的叠片电池(俗称短刀电池)阵营中共同推动这一技术的发展和普及。蜂巢能源经过了2年多的深耕,也作为叠片技术的全球引领者,历史性的推出了新一代叠片技术3.0版本,即短刀热复合飞叠技术。

这一技术也解决了长期以来国内叠片生产效率低、良品率低的困难。蜂巢能源在业内是率先量产交付具备“高能+快充“的可靠的电池生产企业。

短刀+飞叠可能是锂电池的终极进化形式

据蜂巢能源董事长杨红新介绍,蜂巢第三代短刀飞叠生产线主要负责生产140Ah的L600磷酸铁锂短刀电芯。该电芯能量密度高达188Wh/kg,目前市场主流磷酸铁锂电池能量密度在140Wh/kg-160Wh/kg之间。电芯兼顾2.2C的快充性能,峰值可超过3C,将充电时间缩短至15分钟,达到了“高能量密度+快充”的完美结合,同时循环寿命≥3500次,相较第一代短刀电池提升25%。

在安全性方面,采用热复合技术的第二代短刀电池通过紧密束缚正负极及隔膜,即使在电芯内部微短路的情况下也能避免隔膜的严重收缩。

针刺测试结果显示,电芯无冒烟或起火现象,表面最高温度未超过30℃,安全性显著提高。

140Ah的L600短刀电芯目前广泛出口应用于DS、欧宝、标志等车企的EV车型上。

盐城基地部署了逾20台自主研制的第三代飞叠设备,服务于四条电芯生产线。第三代飞叠设备生产效率从最初的每片0.6s到第二代的0.45s,再到现在的0.125s/pcs,效率是传统Z叠方法的八倍。该产线集聚了蜂巢能源在工艺优化创新、设备开发、智能化集成等多个领域的创新成果。

下料区域配备了全套智能化设备,整个生产过程采用全自动粉料系统,其下料精度可控制在±1‰。

匀浆区域共有16台匀浆设备,这些设备的匀浆罐容量达到2300L,采用大容量双行星搅拌加高速分散工艺,将匀浆时间缩短了40%。

在涂布设备应用上,蜂巢能源短刀电池正极涂幅宽度达到1120mm,是目前全球单体宽幅涂布宽幅最宽的电极之一,代表着行业最领先水平。

辊分一体机通过辊压、预分切、自动收房卷等步骤,将涂布后的电池极片卷料精准压到所需厚度后,再将其切割成符合标准宽度的多条极片,完成放卷、压后分切以及分切后多条极片的自动收卷。

极卷运输过程采用AGV自动上下料,大大提高了工作效率,降低了成本,减少人员与极卷接触,减少人工运输可能出现的异物以及磕碰导致品质受损,保证极卷高品质传送至每个环节。

为了保障电芯安全性与一致性,每台飞叠设备都配备了检测设备,利用CCD技术和激光测厚仪,能够将厚度控制精度提高到1.5微米。一台飞叠设备合计有66台CCD相机,共250项检测,其中:负极瑕疵13项(4台CCD)、负极热切9项(2台CCD)、负极尺寸36项(4台CCD)、隔膜瑕疵7项(2台CCD)、负极预定位50项(16台CCD)、叠片台纠偏检测51项(16台CCD)、正极瑕疵14项(2台CCD)、正极尺寸20项(4台CCD)、正极预定位50项(16台CCD),确保100%检测极片尺寸的准确性,从而将良品率提升至99.9%,在国内的检测精度方面居于领先地位。

在飞叠最关键的叠片工位,第三代飞叠设备可通过8个机器手一次性抓取到叠片工位,和另外一侧的正极片叠到一起,实现了一次可以生产8个极组、8颗电芯,使电芯的制造从一颗一颗,变成了一批一批,除了效率更高,生产一致性也更好。值得一提的是,在生产过程中,极组全部实现在线做短路测试,如果有短路不良可直接剔除。

在产品检测方面,采用的HI-POT在线监测能够准确检测到每个极组段路的问题,每个极组上的二维码使得产品可以全程追溯至具体批次,从而加强了对同一批次产品的监控,确保不良品的全面检测和剔除,保障了产品的安全性。

同时,在飞叠热复合环节,从上卷到飞切,全部过程已经实现连续自动化。

由于所有产线的操作都是同步进行的,所以从一开始生产效率就已经显著提高。例如,正负极的操作同步进行,并且全程使用一体化设备,确保能够及时交付大量订单。

通过高度集成度化、精简工艺,蜂巢能源成功将制造工艺环节降低18%,移动转移次数降低22%,质量失效点数量降低18%,实现全流程缺陷100%检测。这些改进不仅显著提升了生产良品率,还在空间使用上实现了45%的节省,有效地响应了降低成本、提高效率的战略。

此外,创新的压刀结构和叠片预定位等技术,都旨在精确控制对齐精度,防止电芯错位的风险。

短刀飞叠技术的优势主要在于几个方面

1, 在相同电芯尺寸下,采用薄电极需要更多的叠片层数,传统的叠片技术生产效率较低,而飞叠工艺显著提升了叠片效率,更适合薄电极快充设计;

2, 内阻是实现快充的重要因素,内阻越低,快充性能越好。飞叠技术采用多极耳并联结构,相比卷绕电芯内阻降低7%,同工况下快充温升下降2-3℃,有效提升了快充性能;

3,飞叠工艺使极片更平整,相比卷绕两侧受力及散热一致性更好,有利于提升电芯能量密度、循环寿命、安全性及快充能力;

4,飞叠工艺特有的隔膜封边技术可增加2%电解液储液空间,快充电芯电解液消耗快,增加储液空间有助于快充电芯实现长循环寿命。

亲身感受与思考

面对欧洲电动化进程中对高品质动力电池需求的急剧攀升,欧洲本土供应商却频频遭遇技术与产能瓶颈,无法按时满足宝马等车企的供应需求。

在蜂巢能源盐城基地的实地考察中,我深刻体会到以中国供应商蜂巢能源为代表的企业所展现出的多重优势,这些优势不仅体现在技术与产能、产业链整合以及市场响应速度上,还深刻烙印在中国工业门类齐全与工程师红利等更广泛的层面上:

1、技术与产能优势:蜂巢能源拥有先进的短刀飞叠技术,这项技术不仅提高了生产效率,还保证了电池的高品质。盐城基地作为蜂巢能源全球首个飞叠3.0量产应用基地,已经实现了大规模量产,其生产效率和产品质量均处于行业领先地位。公司具备强大的产能基础,能够满足欧洲市场日益增长的动力电池需求。采用智能制造模式和严格的质量控制体系,确保每一块电池都能达到高标准要求。

2、产业链整合能力:蜂巢能源能够熟练应用中国完善的动力电池上下游产业链,从原材料供应到电池制造再到回收处理,形成了闭环的产业链体系。这种整合能力使得蜂巢能源在成本控制、供应链稳定性和产品创新能力方面具备显著优势。

3、市场响应速度与灵活性:面对快速变化的市场需求,蜂巢能源能够快速调整生产计划,灵活应对客户的紧急需求。这种高度的市场适应性和灵活性,使得蜂巢能源在欧洲市场中能够迅速抢占先机,赢得客户的信赖和支持。

4、中国工业门类齐全:中国作为全球制造业大国,工业门类齐全,为动力电池产业的发展提供了坚实的基础。从原材料加工到高端制造,中国工业体系的完整性和协同性为动力电池产业提供了全方位的支持和保障。蜂巢能源作为中国动力电池产业的佼佼者,充分受益于这一优势,能够在全球市场中保持领先地位。

5、工程师红利:中国拥有丰富的工程师资源,为动力电池产业的创新发展提供了强大的人才支撑。蜂巢能源拥有一支2500人高素质的研发团队,他们凭借深厚的专业知识和丰富的实践经验,不断推动动力电池技术的突破和创新。工程师红利不仅降低了企业的研发成本,还提高了企业的创新能力和核心竞争力。

最后

在蜂巢能源盐城基地的探厂之旅结束时,这家企业在企业经营上的开放、创新思维,在动力电池领域的技术实力、生产效率、质量控制以及市场响应能力都给我留下了深刻的印象。

期待蜂巢能源在未来的发展中再创辉煌,为全球客户提供更加优质、可靠的动力、储能电池产品。

期待下次蜂巢能源成都基地储能叠片大电芯生产线的探秘之旅!

(本文作者顾国洪,现任江苏大学新能源汽车专精特新产业学院副院长,中国汽车工程学会汽车经济发展分会副主任委员。)

国内动力电池企业“疯狂”扩产:蜂巢能源发布领蜂“600”战略,2025年规划产能600GWh

21世纪经济报道记者杜巧梅 北京、常州报道 12月10日,中国汽车工业协会发布最新统计数据显示,11月,我国新能源汽车月产销量再创历史新高,当月产销分别完成45.7万辆和45万辆,同比分别增长1.3倍和1.2倍。11月新能源汽车市场渗透率17.8%,继续高于上月,其中新能源乘用车市场渗透率达到19.5%。

“1—11月,新能源汽车产销分别完成302.3万辆和299万辆,同比均增长1.7倍。”中汽协负责人指出,我国新能源汽车销量2021年逐月快速提升,新能源汽车市场进入爆发式增长新阶段。

在这一态势下,国内动力电池装车量不断提升。

中汽协发布的11月国内动力电池企业装车量数据显示,11月,我国动力电池装车量20.8GWh,同比上升96.2%。值得关注的是,蜂巢能源以0.56GWh的装车量在国内动力电池中排名第五,仅次于宁德时代(11.45GWh )、比亚迪(3.46GWh )、中航锂电(1.09GWh )、国轩高科(1.08GWh )。

窗口期时间有限,抢夺市场“唯快不破”。为提前锚定未来新能源汽车市场份额,国内、国际动力电池企业加速“扩产”。

“面对欧美行业巨头的强力反扑,未来2到3年是我们实现持续领先的重要窗口期。”12月8日,在蜂巢能源第二届电池日上,蜂巢能源科技有限公司董事长兼CEO杨红新表示,未来5~10年,得电动化供应链者得天下,而在动力电池为核心的三电系统中,中国已经占据先机,取得起跑优势,面向新周期,中国企业必须持续保持领先优势,技术要持续创新,产能则要快速提升。

当天,蜂巢能源正式发布了面向2025年的领蜂“600”战略及四大支撑战略,宣布公司2025年全球产能规划目标提升至600GWh,同时在产品方面推出系列短刀电池新品类,未来将推行电动全域短刀化。

“激进”扩产,全球25%的市场份额如何实现?

“行业机构预测,到2025年,全球交通领域的电动化及电力领域储能对锂电池的总需求量将超过1.8TWh。蜂巢能源的目标是要占据全球25%的市场份额,按照75%产能利用率来计算,要挑战600GWh的全球产能目标。”杨红新在发布会上表示。

据了解,截至目前,蜂巢能源在建产能已经达到287GWh。其中,国内257GWh,分布在成都、遂宁、常州、湖州、马鞍山、盐城、南京、上海等8个城市;在海外,德国在建产能30GWh。

“围绕600GWh的目标,蜂巢能源将在2023-2025年年均新增100GWh。”杨红新在发布会上透露,其中包括西北扩建储能基地20GWh,西南基地(成都、遂宁)扩建87GWh,北方区域(山东、河南)扩建80GWh,长三角区域扩建38GWh;海外除欧洲30GWh的产能,拟在南美/印度/东盟规划建设20GWh。

12月10日,蜂巢能源科技股份有限公司投资100亿建设16GWh动力电池项目正式签约落户上饶经开区。

不过,中汽协数据显示,今年1-11月,蜂巢能源的动力电池装机量为2.61GWh,市占率为2%左右。

与当前总装机量相比,蜂巢能源2025年规划产能600GWh的目标似乎过于“激进”。

对此,杨红新在发布会上表示,目前蜂巢能源收到的乘用车订单量已经超过400GWh,但到今年年底蜂巢能源的实际产能仅为5GWh。

“到2030年,交通领域的电动化及电力领域储能对锂电池的总需求量将超过7TWh。巨大需求之下,全球头部动力电池企业都在全力以赴。对于中国动力电池企业而言,需要在研发创新、智造能力、组织管理、商业模式等各方面做好充分准备。”

为确保产能战略目标实现,蜂巢能源同步提出了品类创新、AI智能制造、蜂链生态伙伴、资本共创等四大支撑战略。

其中,短刀电池是蜂巢能源紧跟行业趋势推出的全新电池品类。杨红新表示,蜂巢能源将重点布局电动全域短刀化,涵盖从L300-L600的全尺寸短刀电池产品,覆盖从1.6-4C全域充电范围,覆盖从乘用车到储能、商用车、工程机械、非高速电车等全域使用场景,覆盖从无钴、三元到磷酸铁锂全域化学体系。

在乘用车BEV领域,蜂巢能源将推出L600和L300两大系列产品,L600 LFP体系可覆盖主流500~600km续航车型;L300产品则主打2.2~4C快充体系,适配800V高端车型,未来通过低镍高锰5V尖晶石体系能有效提高安全性同时降低成本。在乘用车PHEV领域,蜂巢能源将推出L400系列产品,主打PHEV长续航低成本。

在商用车领域,蜂巢能源将推出L500系列产品,与储能产品兼容,同时兼容VDA电芯标准箱;在非高速车领域,蜂巢能源将推出L300和L400,共享乘用车LFP和无钴E平台体系。

为保障产品生产效率,在AI智能制造方面,蜂巢能源成立AI智造生态联盟“AI蜂能联盟”,整合AI领域、工业领域领军和独角兽资源,打造产业生态圈,为能源互联全产业链服务,推动产业链智造模式升级和转型升级。

而在资本共创领域,蜂巢资本将在2022年将成立百亿基金规模支持蜂巢能源产业链的协同发展。其中专项/盲池基金60亿元,产能落地基金35亿元,创新基金5亿元。未来五年,蜂巢能源还将投资超过250亿元用于产品研发和产能扩建。

值得一提的是,今年7月,蜂巢能源宣布完成B轮融资,融资总额达102.8亿元人民币,由中银投领投,国家科技成果转化引导基金子基金、碧桂园创投、深创投、建信投资、IDG、三一重工、小米集团、湖州海松、华兴资本等,国投招商、九智资本等跟投。

目前,蜂巢能源已经完成了三轮融资。三次融资之后,蜂巢能源估值大约为362.8亿元,股东增至50个,长城控股所持股比已从64.8%下降至46%。

据悉,蜂巢能源还将启动IPO工作,计划2022年科创板上市。

新能源汽车进入爆发期,动力电池企业产能竞速

“估计在2025年我国新能源汽车销量会在700万到900万之间。2030年,大致是在1700万到1900万。从保有量的情况看,2025年会超过3000万辆,2030年大概接近1亿辆,2035年大概接近2亿辆,2040年接近3亿辆。”日前,在中国电动汽车百人会媒体沟通会上,中国科学院院士欧阳明高表示,我国新能源汽车市场进入爆发式增长新阶段。

从供应链看,我国动力电池产业链完整,全球70%的电池产能在中国,未来几年,动力电池装机量将随着电动汽车市场的快速增长而爆发。

“预计2025年动力电池装机量在6亿千瓦(TWh)时左右,并在2030年达到15~20亿千瓦时之间。国外机构基于2030年全球5500万辆电动汽车年销量的激进预测,全球2030年汽车动力电池的年装车量为50亿千瓦时,而保守的预测结果是30亿千瓦时。”欧阳明高指出,据统计,中国动力电池规划产能2023年达10亿千瓦时,2025年接近25亿千瓦时。

电动汽车市场火爆以及行业内动力电池供应紧缺的现状刺激上游电池产业快速扩产,不仅仅是蜂巢能源,包括宁德时代、比亚迪、中航锂电在内的动力电池企业纷纷加快扩产步伐。

宁德时代在近期回复深交所问询函时表示,公司按当前市占率测算,到2025年设计产能至少应达到520GWh;国轩高科(002074)则在半年报中表示,努力实现2025年产能规模达到300GWh;中航锂电近期宣布,到2025年规划产能500GWh,2030年达1亿千瓦时。

不过,面对当下动力电池企业的“疯狂”扩张,有业内人士认为,需要警惕扩产带来的产能过剩。

据东吴证券电新团队测算,2025年动力电池供给将达1966.4GWh,而动力和储能两个市场需求共1878GWh,将产生轻微过剩。

值得注意的是,为引导锂电池行业优化布局,工信部近日下发《锂离子电池行业规范条件(2021年本)》(征求意见稿)和《锂离子电池行业规范公告管理办法(2021年本)》(征求意见稿),建议企业应减少单纯扩大产能的制造项目,加强技术创新、提高产品质量、降低生产成本。研发经费不低于当年企业主营业务收入的3%,申报新建产能时上一年实际产量不低于当年实际产能的50%。

此外,上述文件还提出“能量型动力电池能量密度不小于180Wh/kg、电池组能量密度不小于120Wh/kg、循环寿命不小于1000次且容量保持率不小于80%”等多项技术指标要求。

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