龍鱗甲電池:蜂巢能源提供的成本、安全和性能新解法

4月8日,東風(fēng)納米調(diào)整旗下車(chē)型官方指導(dǎo)價(jià),最大降幅為6000元;4月9日,吉利睿藍(lán)9發(fā)布價(jià)格調(diào)整公告,至高下調(diào)2萬(wàn)元;4月10日,長(zhǎng)安深藍(lán)官方指導(dǎo)

3月,燃油車(chē)瘋狂降價(jià);4月,新能源汽車(chē)企開(kāi)啟了真金白銀的降價(jià)和補(bǔ)貼。

4月8日,東風(fēng)納米調(diào)整旗下車(chē)型官方指導(dǎo)價(jià),最大降幅為6000元;4月9日,吉利睿藍(lán)9發(fā)布價(jià)格調(diào)整公告,至高下調(diào)2萬(wàn)元;4月10日,長(zhǎng)安深藍(lán)官方指導(dǎo)價(jià)為16.89萬(wàn)元起的SL03,補(bǔ)貼后起售價(jià)降到了14.99萬(wàn)元,降幅近2萬(wàn)元……


(資料圖片)

2023年,在新能源汽車(chē)全面擠壓燃油車(chē)市場(chǎng)下,燃油車(chē)開(kāi)啟了降價(jià)大戰(zhàn)。低利潤(rùn)、高增長(zhǎng)的新能源汽車(chē)為了守住得來(lái)不易的增長(zhǎng)勢(shì)頭,只能被迫參戰(zhàn)。

獲取不了利潤(rùn),就只能擠壓成本。動(dòng)力電池是汽車(chē)成本占比最高的部件,車(chē)企自然會(huì)提出降本要求,然而其他要求一點(diǎn)也不能低:要足夠安全,還要性能高。

在這個(gè)過(guò)程中,哪個(gè)電池企業(yè)能夠拿出更好的方案,哪個(gè)企業(yè)就會(huì)得到車(chē)企的青睞。作為有車(chē)企背景的電池企業(yè),蜂巢能源對(duì)于主機(jī)廠的需求非常熟悉,最新推出的飛疊技術(shù)和龍鱗甲電池,在成本、安全性以及性能上,就給出了新的解法。

01

龍鱗甲+“飛疊”降本10%左右

蜂巢能源在降低成本這條道路上進(jìn)行了系統(tǒng)思考,產(chǎn)品和工藝同步提升。

(1)產(chǎn)品上增加體積利用率、減少結(jié)構(gòu)件

蜂巢能源從三個(gè)方向提升產(chǎn)品的體積利用率。

第一,通過(guò)底部熱失控泄壓區(qū)域與水冷板集成設(shè)計(jì),不僅可以做到頂部全平,而且在不增加電池包總高度的情況下增加電芯高度8-10mm,增加電池包的能量和體積利用率。

其次,由于底部泄壓,電池包底部防護(hù)空間跟熱空間是共用的,節(jié)省了一部分空間,同時(shí)通過(guò)中央排氣通道設(shè)計(jì),進(jìn)一步為電芯騰出了空間。

第三,底部采用高彈性鋼加彈性支架,提供有力的承載和防護(hù)緩沖,避免碰撞帶來(lái)的電池包故障,同時(shí)實(shí)現(xiàn)底部與防護(hù)空間的緊密結(jié)合,進(jìn)一步提高體積利用率。

通過(guò)提升集成度,龍鱗甲電池與蜂巢第一代矩陣電池包相比,結(jié)構(gòu)件減少20%,整包重量降低10-20kg。基于B級(jí)車(chē)的測(cè)算,采用磷酸鐵鋰電池,成組效率最高可以達(dá)到76%。

兼容性高,可有效節(jié)省開(kāi)發(fā)成本。通過(guò)調(diào)整短刀電芯的厚度和長(zhǎng)度,龍鱗甲電池可以兼容A00到D級(jí)車(chē)。龍鱗甲電池可以覆蓋全部300mm-600mm各尺寸電芯,并與各個(gè)企業(yè)推出的CTC,CTB,CTV結(jié)構(gòu)都可以結(jié)合。

該系統(tǒng)通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu),提升電芯空間占比,可將磷酸鐵鋰乘用車(chē)?yán)m(xù)駛里程推高至800公里,高錳鐵鎳電池可以做到900公里,三元電池則可以做到1000公里。

(2)工藝上提升效率和良品率

蜂巢能源的疊片工藝已經(jīng)進(jìn)化至第三代。相較于蜂巢能源上一代疊片機(jī),“飛疊”工藝有三方面提升。

一是生產(chǎn)效率提高,蜂巢飛疊技術(shù)開(kāi)發(fā)“多刀切”與“多片疊”技術(shù),替代原有的單片切、單片疊工藝,疊片效率在第二代技術(shù)基礎(chǔ)上提升了一倍,達(dá)到0.125s/片的效率,效率直追卷繞工藝。

蜂巢高速疊片機(jī)

二是,良品率提升,第三代“飛疊”技術(shù)集成了極片放卷、裁切、疊片CCD在線監(jiān)測(cè)、熱壓功能,縮短了極片卷料到疊片之間的片料轉(zhuǎn)運(yùn),降低極片裁切到疊片間的加工精度差,大幅度提升電池的良品率與產(chǎn)品安全性,從而降低了生產(chǎn)成本。

三是,設(shè)備投入降低,第三代“飛疊”設(shè)備,單位占地節(jié)省45%以上,每GWh投資成本節(jié)省53%以上,大幅降低產(chǎn)線設(shè)備成本。

當(dāng)然,蜂巢能源并沒(méi)有止步于此,蜂巢能源還在開(kāi)發(fā)第四代技術(shù),今年下半年有望開(kāi)發(fā)出樣機(jī),今年年底完成樣機(jī)的原型驗(yàn)證。根據(jù)蜂巢方面透露,下一代技術(shù)在第三代的基礎(chǔ)上讓制造效率再提高一倍,占地面積將再次減少。

龍鱗甲+“飛疊”組合在一起,提質(zhì)、增效、降本效果顯著。根據(jù)蜂巢能源方面的測(cè)算,可以給客戶帶來(lái)10%左右的成本降低,10%左右的能量密度的提升,以及可以做到電池包永不起火,生產(chǎn)線的占地面積減少45%,單片的生產(chǎn)效率提高了200%

02

安全程度再提升

解決成本問(wèn)題后,還得提升安全性。

電芯短路后的熱蔓延是電池最大的安全隱患,通常業(yè)內(nèi)的解決方法就是隔離和導(dǎo)熱。例如通過(guò)三維熱防護(hù)材料、隔熱阻熱、耐火燒、冷卻等方式隔離和疏導(dǎo)。

不過(guò)業(yè)內(nèi)普遍忽略了噴發(fā)物帶來(lái)的隱患。電芯的噴發(fā)物一般都是含可燃?xì)怏w和導(dǎo)電的,一旦釋放到電池包里面,會(huì)產(chǎn)生絕緣短路,例如電弧(擊穿金屬板、燒熔金屬板等)、短路、絕緣失效等,從而產(chǎn)生連鎖的熱失控,其他的電芯也會(huì)短路起火,整包就會(huì)劇烈燃燒。

龍鱗甲電池的思路是,通過(guò)優(yōu)化防爆閥泄壓、熱防護(hù)、冷卻抑制等技術(shù)的設(shè)計(jì)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

首先,蜂巢能源優(yōu)化了電芯防爆閥的位置,解決了熱電分離的問(wèn)題。

業(yè)內(nèi)通常的方式,是將電芯防爆閥在頂部,這就要預(yù)留泄壓通道,將電池?zé)崾Э貒姲l(fā)物引導(dǎo)到側(cè)面或者底部排出。這一過(guò)程中這些高溫噴發(fā)物極易蔓延,引燃相鄰電芯或者電氣單元。

龍鱗甲電池系統(tǒng),則是將短刀電芯防爆閥創(chuàng)新設(shè)計(jì)在底部,電氣連接區(qū)位于電池包側(cè)部。一旦某個(gè)電芯發(fā)生熱失控時(shí),可快速實(shí)現(xiàn)定向泄壓,噴發(fā)物可按指定方向、通過(guò)最優(yōu)的通道迅速排出,不會(huì)蔓延至周邊電芯。

其次,蜂巢能源加大了電芯防爆閥的面積和數(shù)量,就會(huì)使得泄壓速度更快,高溫噴發(fā)物快速流動(dòng),熱積累減少,從傳導(dǎo)的角度減少了連鎖反應(yīng)。與此相對(duì)的是,傳統(tǒng)電芯頂端泄壓閥的設(shè)計(jì),會(huì)導(dǎo)致泄壓速度較慢,從而導(dǎo)致熱量聚集的時(shí)間長(zhǎng)和集中,容易誘發(fā)熱蔓延。

熱電分離完全隔離以后,就徹底杜絕了這個(gè)問(wèn)題,還可以降低成本。

此外,龍鱗甲電池的熱管理效力非常好,因?yàn)?strong>它上下兩面是純平的,極柱在兩側(cè),這種設(shè)計(jì)更容易進(jìn)行熱管理,可以做到成本低、效率高,冷卻效果更好。

03

持續(xù)推進(jìn)結(jié)構(gòu)化降本

要實(shí)現(xiàn)“油電”同價(jià),瓶頸還是在電池,因此蜂巢能源還在不斷挖掘降本空間。

例如,蜂巢能源認(rèn)為在電池生產(chǎn)階段還有進(jìn)步空間。

一是,疊片生產(chǎn)效率還能提升,包括質(zhì)量、包括缺陷檢測(cè)。2019年,蜂巢能源第一代高速疊片可以做到0.6s/片;2020年,第二代疊片工藝進(jìn)化到0.45s/片,第三代更是做到了0.125s/片的效率。時(shí)至今日,“飛疊”技術(shù)還在持續(xù)的優(yōu)化階段,更高速度的第四代也在開(kāi)發(fā)中,效率會(huì)進(jìn)一步提升。

二是裝配線效率再提升。電芯形狀長(zhǎng)薄化發(fā)展后,對(duì)電芯前段電極、模切、包括疊片校對(duì)要求都非常高。由于業(yè)內(nèi)在長(zhǎng)薄電芯生產(chǎn)工藝經(jīng)驗(yàn)不足,裝備線的效率不能滿足需求。目前業(yè)內(nèi)普遍的是16PPM的裝備線,蜂巢能源目前正在開(kāi)發(fā)32PPM更高效率的裝備線,預(yù)計(jì)產(chǎn)量能夠提高一倍。

三是注液環(huán)節(jié)可優(yōu)化。長(zhǎng)電芯注液速度也是一個(gè)瓶頸。蜂巢能源正在開(kāi)發(fā)新型的注液設(shè)備、注液工藝,以及吸液速度更快的材料,來(lái)減少注液時(shí)間。

除了工藝以外,在產(chǎn)品端,蜂巢能源還在尋找更具性價(jià)比的材料,比如磷酸錳鐵鋰,能量密度比磷酸鐵鋰更高;再比如高錳鐵鎳電池,不含鈷,成本可控。

磷酸鐵鋰、磷酸錳鐵鋰、三元等體系,都可用于龍鱗甲系統(tǒng)中,來(lái)進(jìn)一步解決成本問(wèn)題。

至此,蜂巢能源的龍鱗甲電池,不但能做到300—1000公里續(xù)航里程的全覆蓋,可以滿足車(chē)企400V平臺(tái)2C充電倍率,又能滿足800V平臺(tái)4C雙面冷卻超能快充的能力。可以說(shuō),龍鱗甲電池是滿足車(chē)企安全性、成本以及性能需求的最佳選擇之一。

通過(guò)龍鱗甲電池可以看出,蜂巢能源不是采用頭疼醫(yī)頭,腳疼醫(yī)腳的策略,而是給出了更加多元化的解題思路,他們擅于用第一性原則從根源解決問(wèn)題,不僅從產(chǎn)品設(shè)計(jì)出發(fā),更從工藝,甚至管理角度解決瓶頸問(wèn)題,為車(chē)企客戶不斷提供更加優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。

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