探秘蜂巢能源“短刀”电池工厂
探秘蜂巢能源“短刀”电池工厂蜂巢能源亮相之时,打出“叠时代”旗号,要以叠片工艺打天下。从此,VDA电池,叠;MEB电池,也叠。2021年蜂巢能源电池日,蜂巢宣布将其电池全系“短刀”
蜂巢能源亮相之时,打出“叠时代”旗号,要以叠片工艺打天下。从此,VDA电池,叠;MEB电池,也叠。
2021年蜂巢能源电池日,蜂巢宣布将其电池全系“短刀”化。所谓“短刀”,是薄长条形方壳电池,最长将近600mm。
这么长的电芯,叠起来很难对齐。还叠吗?
还叠。
而且速度还要提升,要能和大多数方壳电池厂的卷绕工艺PK。
真能做出来吗?
2月25日,我有机会走进蜂巢能源常州工厂二期的“短刀”产线,见证“短刀”生产的过程;此后,又和蜂巢能源董事长杨红新等高管交流电池的研发和生产。
“‘短刀’的产线和全球其他所有电池产线比,都是非常先进的……我们对产线非常有信心,能造出高质量的电池。”杨红新说。
在搞定第一代“短刀”的研发、生产之后,蜂巢能源还要在“短刀”上持续做文章:高比能的、高倍率的、材料更丰富的……都有布局,以应对国内外对手的持续出招。
像蜂巢能源这样的动力电池企业,很多人以为就是生产制造,并没有什么技术含量。但是,在国家战略新兴产业下,蜂巢能源研发无钴电池等新产品、研发应用叠片工艺、机器视觉、人工智能等新技术,都是全球科技前沿的拼争,也面向蓬勃发展的电池市场需求。
无论是研发还是生产,这都是妥妥的硬科技,也是支持蜂巢能源快速增长的核心动力。
01
“短刀”良率近90%
蜂巢能源2018年2月成立。首个工厂落地常州,2019年底一期就建成;2021年三季度,二期又建成投产。速度很快。
二期8GWh产能中,其中有一条是蜂巢能源特别看重的“短刀”产线。蜂巢希望用“短刀”品类,来兼容乘用车、商用车、储能等市场的需求。
蜂巢能源“短刀”电池
“短刀”绝对是蜂巢能源战略级别的产品。
和比亚迪的刀片电池相比,蜂巢能源的“短刀”也是长薄型铝壳电芯,但是长度较短,不到600mm,而比亚迪刀片长度可达960mm。
蜂巢能源认为,“短刀”有刀片电池的几乎所有长处:体积能量密度高、可以作为结构件做CTP,降低成本,易于散热,安全性好。
此外,由于它的长度还不是太长,能够适配80%以上的乘用车,包括和大众系推行的MEB模组相兼容,还适合做储能。另外,生产工艺也更好实现,做到更高的良品率。
这一切都是理论推导,2018年才成立的蜂巢能源,真的能将长达600mm的电芯做好吗?
任务落在蜂巢能源常州工厂二期。
2021年三季度,蜂巢能源常州工厂二期投产,可以生产三种规格的电池:VDA、MEB和“短刀”。
无论是哪种电池,生产工艺流程大致类似,分为匀浆、涂布、辊压、切片、叠片(或卷绕)、装配、注液、化成等。
一般的电芯生产流程
就蜂巢能源的“短刀”品类而言,难点在于涂布、辊压、模切和叠片等工序。因为长度达到近600mm,涂布的面密度和对齐度就有很大难度;模切过程类似,要切得非常精准;而叠片工序,必须叠得很快,还要叠得很齐。
在涂布工段,我们参观了正极涂布工序。这一工序中的涂布机,能够分两列涂1.4米。蜂巢能源董事、工艺资深总监刘小安介绍,这是业界最宽的涂布机之一。
评价涂布工序的好坏,主要是三个指标,速度、面密度和涂布位置的准确度。蜂巢“短刀”的涂布工序能做到的水平是:涂布速度到80m/min的水平,涂布面密度控制在±1.5%以内,涂布正反面错位≤0.5mm。
刘小安说,这几个指标都是业界最好的水平。
“短刀”正极的涂布工序产出物
在涂布之后,需要对极片进行辊压,以确保正负极和基材紧密贴合,以及实现高能量密度。“短刀”片的极片很长,辊压难度也大,因为必须做到整个极片的高度、密度都高度一致。
这一工序段还有一个难点,在辊压过程中,料区的铝箔片和无料区的铝箔片,应力不一样,容易发生断带。
辊压工艺
这需要铝箔很好的延展性。铝箔在被加热的情况下,会有更好的延展性。业界一般的解决方案是热辊压,即辊压机是加热过的。蜂巢的辊压工序特别之处是,提前通过电磁加热,加大铝箔延展性,因为仅仅辊压时加热,效果有限。
在辊压环节,蜂巢能源“短刀”的CPK做到大于1.33(相当于该工序段产品的理论合格率=99.993%)。
在模切环节,和蜂巢能源一期产线不同,二期蜂巢都采用了激光模切工序。激光模切精准度更高,产生毛刺小,也不用模具,速度也更快。这一模切线相比一期,从每分钟切30米,提升至40-50米。
切片之后,就到了蜂巢最核心、也最有竞争力的叠片工序了。在国内,方形铝壳技术路线的企业,一般都采取卷绕工序,因为速度快,设备也较为简单。叠片工序原来一般用于软包电池。
但是,叠片电池的安全性更好,能量密度也更高。因此蜂巢刚刚亮相,就确定以叠片为技术路线,并成为高速叠片工艺的引领者。
在一期,蜂巢能源已经实现了业界最快的0.6秒/片的叠片速度。在二期,蜂巢Z字形叠片机,已经实现了0.4秒/片。另外,在二期产线一个被围挡起来工序上,蜂巢再进一步,实现了0.125秒/片的叠片速度。
刘小安说,0.125秒/片的叠片速度已经可以叫板卷绕工艺。一般卷绕的速度是0.2秒/片。
叠得快的同时,还得叠得准。刘小安介绍,现在“短刀”叠片工序的对齐度精度是±0.3mm,达到了业内最好的水平。
叠片工艺
在叠片工序之后,叠好的极组要送去装配。在这两个工序衔接的物流段,蜂巢能源采用了业界首创的磁悬浮物流线。和传统的皮带物流线相比,磁悬浮物流线速度快达到3米/秒的速度,是业界一般水平——0.3米/秒的十倍,而且异物抑制率提升了80%。
磁悬浮物流线
一方面是磁悬浮物流线没有传送摩擦,不会带来粉尘污染;另一方面,是蜂巢还采用了AI技术,来设置磁悬浮托盘的加速、减速,防止撞击。
叠片之后的极组,再经过热压、装配、注液、活化、老化、检测等环节就宣告完成。
“短刀”也就此诞生。
目前,方形电池越做越大已经成为潮流,因为能够提升能量密度,并且和底盘结合,部分作为结构件使用。很多企业也采用长薄形电芯,但是要么做不了那么长,要么良品率上不去。
蜂巢能源常州工厂二期的“短刀”产线,不仅能够将长达600mm的“短刀”生产出来,而且良品率也不错。
杨红新介绍,现在“短刀”产线还处在爬坡阶段,但良品率已经到85-90%的水平。“我们的目标是能够做到和传统的产品一样的水平——95%以上。”
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