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部，被稱為長城汽車董事長魏建軍的“二次創業”，這家企業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略及產品發布會，這對于車企來講再尋常不過，但在電池圈還算少數。
電池疊片工藝是此次發布會的主角，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，電池生產工藝的創新突破，將有助于提升電動車的使用壽命和續航里程，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展逐漸發展起來的，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展的大勢所趨。隨著新能源汽車的發展，企業已經開始針對電動車開發底盤，相比此前改款的燃油車底盤，針對電動車專門開發的底盤，動力電池可以更規則的排布，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。業內普遍認為，大模組、大電芯是未來動力電池發展趨勢。而目前大眾發布的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。
而從性能上來看，疊片工藝也有明顯優勢。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。據蜂巢能源介紹，目前已完成45度旋轉式高速疊片機的開發與導入，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制作，2023年預計可實現單工位0.25秒/片的疊片設備開發。
『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0.45秒高速疊片，2022年達到8GWh產能。而到2023年實現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。
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、環境控制、制程關鍵產品參數控制、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并非蜂巢一家，青島力神動力電池有限公司在2018年實現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模應用在方形電池領域應用。
根據蜂巢調研，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創新聯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點。
但軟包電池也有可取的優點，王子冬指出，軟包電池一般采用鋁塑膜包裝，發生安全問題時，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、前期的研發試驗論證一種技術路線的前景，但還不能完全預判其在規模量產、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度去研究，也要沉淀下來持續測試、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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