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魏建军的二次创业,蜂巢能源首发四元及无钴电池

2019-07-10来源: 盖世汽车关键字:蜂巢能源  动力电池  电芯  四元  无钴电池

续航、安全、寿命、价格,是电动汽车与传统燃油车正面交锋必须翻越的四座大山,如何通过电池环节的技术攻关与产品升级,来快速提升产品性能,是主机厂和动力电池供应商一直努力的方向。


做为长城控股旗下的新能源业务板块,蜂巢能源从设立起就目标明确:以方形电池高速叠片工艺和车规级开发标准来做动力电池,率先将高速叠片工艺创新应用于方形铝壳电芯。


7月9日,蜂巢能源在河北保定召开品牌战略规划及产品发布会,对外发布针对不同应用场景的叠片工艺系列动力电池产品,同时还发布了无钴材料和四元材料电芯产品,并宣布将斥资20亿欧元在欧洲建设电池工厂。


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电池也可以“无钴”


动力电池作为电动汽车的核心三电之一,安全和成本问题是当下汽车电动化亟待解决的产业痛点,安全是电动汽车发展的底线,也是消费者关切的头等大事,而成本能否下降,直接影响着电动汽车能否与燃油车未来真正的PK。因此在双重压力下,倒逼动力电池及产业链企业在现有材料体系的基础上不断探寻新的方向。 


现有三元体系的锂离子动力电池中,正极材料的成本占比达到30%-45%,以523体系为例,钴在其中的占比达20%,作为战略性资源,钴的价格波动将会直接影响到最终电芯的成本。 


在以高镍体系为共识的前提下,包括松下、LG、宁德时代等国际主流动力电池企业都在将低钴及无钴化电池作为下一代动力电池的研发方向。


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蜂巢能源总经理杨红新


因此,蜂巢能源研发出基于无钴材料的电芯产品。蜂巢能源总经理杨红新介绍,无钴材料性能可以达到NCM811同等水平,材料成本降低5-15%,相应带来的电芯BOM成本可以降低约5%,且会让材料不受战略资源影响。 


无钴化关键技术有两个,一是掺杂无未成对的电子自旋的特定元素,减弱电子超交换的现象,降低Li/Ni混排,提高电性能;二是掺杂M-O键能大的元素,减缓晶体在充放电过程的体积变化,稳定结构,提高循环寿命和安全性。 


围绕上述两大关键技术,蜂巢能源已经完成了研发攻关,据悉,蜂巢能源的无钴电芯产品于2018年3月正式立项。通过掺杂技术改进了无钴材料在充放电的可逆性和结构稳定性,电压平台达3.87V,比811高出0.04V(3.83V)。


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在产品规划上,预计将在年底前完成材料开发,在2020年3月完成材料体系的进一步优化,4月实现材料中试,8月体系定型,2021年11月将实现无钴电芯的SOP。


四元电池兼顾能量密度与安全 


对于电动汽车更高续航的追求,让动力电池的高镍化已经成为行业共识,但如何平衡能量密度提升之后的安全性能,是当下必须正视的问题。 


清华大学教授、中国科学院院士欧阳明高在2019世界新能源大会上曾指出,目前最为紧迫的一项任务就是如何把安全的平衡点提升到300Wh/kg的能量密度。


杨红新表示,基于此,蜂巢能源率先开发出四元正极材料,并基于该材料发布全球首款四元材料电芯。


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据了解,蜂巢能源开发的四元材料,在NCM体系的基础上掺杂Mx,Mx掺杂会使一次颗粒之间的边界强度增强,因此会减少在有害的相转变过程中微隙的形成。使其循环性能优于NCM811材料,同时能实现耐热更好、产气少、安全性更高的特点。最终呈现在动力电池上就是容量更高、寿命更长、安全性更好。 


蜂巢能源四元材料电芯项目于2018年9月立项,将在今年年底前完成材料开发,预计将于2020年实现材料SOP,将在2022年11月实现基于四元材料的电芯SOP。


赋能三大应用场景


根据电动汽车不同的用途,蜂巢能源还开发了一个电池技术平台,针对包括营运共享、短途代步、城际出行等不同应用场景下的车型做有针对性的开发。


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1、在运营场景下,蜂巢能源开发了86Ah电芯和172Ah模组,模组能量密度达210Wh/kg,可保证运营车型里程在400km以上,实现2C快充,实现充电时长在 30min以内,电芯寿命超2300次,整车质保达到5年50万km的要求,符合出租网约车日常使用场景。 


2、对于短途市内代步场景,蜂巢能源选择以软包与方形电池共同布局,其中软包电芯产线与复星集团旗下捷威动力共同组建,打造低成本高能量密度三元软包56Ah电芯,电芯能量密度可达260wh/kg,同时兼顾快充性能,适配VDA标准尺寸模组;方形电芯采用VDA两倍厚度电芯104Ah,采用622体系,循环寿命可实现2000次以上 


以上两款电芯及模组主要针对市内代步短里程A00车型,续驶里程覆盖300-400km,降低整车能耗,目前主要配套欧拉R1、R2等车型。 


3、针对城际出行,蜂巢能源基于不同的产品定位又做了进一步细分,对于高端PHEV车型、A级家用车和高端豪华车三个细分领域做了产品开发。 


4、在高端PHEV车型上,蜂巢能源采用51Ah PHEV电芯,模组可使插电式混合动力车型纯电续驶里程从50km提升至80km,同时,基于叠片电芯超高的功率特性及循环寿命确保在加速、低温等更加优异的用户体验。未来,该产品将配套长城旗下WEY P8等车型。 


5、对于城际出行场景下的A级家用车,蜂巢能源采用了与运营版相同尺寸的92Ah 811三元材料体系电芯,可使主流A级车型将续驶里程从400km提升至500km,大大降低用户 “里程焦虑”,接近传统燃油车使用场景。 


6、在高端豪华车型上,蜂巢能源开发了正极811体系、负极硅/碳体系的电芯产品,单体能量密度可以达到265wh/kg,搭配柔性化大模组,可适配B级以上高端豪华性能车型,续驶里程可达到500-600km。 


此外,杨红新介绍,针对纯电动平台化的需求,蜂巢能源开发了156Ah和117Ah全新标准尺寸电芯及大模组,单体能量密度达245Wh/kg,在pack上,可根据车型轴调整模组用量,拓展性极强,整车可覆盖A0~D级轿车、SUV、MPV等,续驶里程覆盖400-600km。目前,该产品已经开始与国际国内主流车企接触,未来将实现批量化供货。 


“叠片工艺”的“黑科技” 


蜂巢能源发布的动力电池产品,全都是基于叠片工艺而进行的开发和制造。对此,杨红新表示,蜂巢能源的判断是,动力电池技术方向将全面开启“叠时代”,“得出这样的判断,并非蜂巢能源一家企业的特立独行,行业内的一致共识是,不论是软包还是方形铝壳动力电池,由于受新能源汽车电池包设计的影响,其形态正在向着长度更长的方向发展,高度方向则统一在了100mm左右。” 


“在此趋势之下,传统的卷绕方式电芯已经不能满足车规级动力电芯的形态要求,取而代之的是叠片工艺生产出来的电芯”,他表示,由于叠片电芯尺寸灵活,不受卷绕卷针结构的限制,层叠方式生产,极片的界面平整度高,在车规级动力电芯领域将得到广泛应用。


包括松下、三星SDI、CATL等国内外头部企业都有在2022年之后导入叠片工艺的计划,而此次蜂巢能源的产品发布,表明其已经突破了叠片工艺在实际生产制造过程中面临的瓶颈。


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尽管叠片工艺对于动力电池性能的提升优势明显,但摆在产业链企业面前的现实问题是,受制于设备、工艺、制造、效率等的瓶颈,叠片工艺在实际的产业化应用中还面临着诸多难题。 


首当其冲的就是叠片工艺的生产效率,目前国产动力用叠片机行业效率普遍在1-1.2s/片/单工位,单工位效率低,制造成本高。在动力电池大规模生产制造的背景下,这成为制约叠片工艺大批量应用最大的阻碍。


针对此痛点,蜂巢能源聘请了国内外资深叠片设备与工艺专家,在该领域进行了持续的投入和攻关,目前已完成行业首例45度旋转式高速叠片的开发与导入,叠片效率可达0.6s/pcs/单工位,叠片效率超出行业传统叠片设备单工位效率的40%,辅助时间从原来的10秒缩短到7.5秒。


同时,蜂巢叠片设备开发技术团队也在联合国内外优秀叠片设备供应商,研发更高速叠片设备,截至现在,已完成0.45s/pcs/单工位叠片速度验证与样机的开发制作, 2023年预计可实现0.25s/pcs/单工位叠片设备开发。


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此外,车用动力电池的使用为多支电芯串并联使用,对单体电芯的一致性要求更高,因此在制程控制方面要更加严格。


对此,蜂巢能源电芯生产线在产线建设、环境控制、制程关键产品参数控制、制程工程能力控制、在线SPC管控等方面全面的提升控制水平,确保产品质量。


杨红新介绍,“通过工艺技术的升级,生产过程的高要求,生产工艺过程的严格控制,蜂巢能源让叠片技术效率已经不再成为瓶颈,让高速叠片工艺的率先量产变成了现实。”


蜂巢能源启动欧洲建厂计划


蜂巢能源前身是长城汽车动力电池事业部,自2012年起开展电芯的预研工作,2018年2月独立为蜂巢能源,定位是第三方的动力电池企业,面向国内和全球的整车企业开放。 


2019年5月蜂巢能源PACK装机量为207.9MWh,环比增长1305%,排名第6位 。装车量为6078辆,为长城汽车提供配套。此外,蜂巢能源还在与宝马和PSA进行业务洽谈。 


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中国工厂建设方面,在北部保定现已建设完成的PACK线,目前已实现量产,在东部江苏常州工厂处

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编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/ic467355.html
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