长城之外 蜂巢能源踏上“叠”变之路

2019-07-10    类型:行业    来源:买车网    作者:买车网

【摘要】长城之所以能够快速摆脱“双积分”之困,其更多体现的是长城背后存在着一个有备而来的新能源汽车产业链,而在这其中蜂巢能源功不可没。

近日,2018年度中国乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分“成绩单”出炉。在这其中,作为SUV大户的长城引人关注,因为其仅用了一年的时间就摆脱了“双积分”之困,实现了由负转正。有业内人士指出,之所以能够快速摆脱“双积分”之困,长城绝非依靠的是某款车型的出现,其更多体现的是长城背后存在着一个有备而来的新能源汽车产业链,而在这其中蜂巢能源功不可没。

蜂巢能源是谁?

蜂巢能源前身是长城汽车动力电池事业部。其从2012年就开始开展电芯的预研工作,并在2018年2月独立为蜂巢能源。据悉,蜂巢能源经营范围主要为锂离子动力电池及其正极材料、储能电池等方面的开发和销售,以及新能源汽车充电桩、电池利用回收等方面的研发和运营。

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2018年10月27日,长城汽车发布公告,其以7.9亿元的价格将蜂巢能源100%股权转让给保定瑞茂。后者是长城控股的全资子公司,而长城汽车董事长魏建军持有长城控股99%股份。12月28日,长城又宣布将相关专利及非专利技术资产转让给蜂巢能源保定分公司。

据悉,蜂巢能源在全球布局了七大研发中心,目前保定、韩国、上海和印度的研发中心已经投入使用,美国、日本和无锡的研发中心处于在建。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于在建状态,于2019年年底实现SOP。

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值得一提的是,蜂巢能源总经理杨红新介绍到,2019年5月蜂巢能源PACK装机量为207.9MWh,环比增长了1305%。装车量为6078辆,其不仅为长城汽车提供配套的服务,同时还与宝马和PSA进行业务方面的合作。

不同场景下的针对性开发

目前,蜂巢能源根据电动汽车不同的用途,开发了一个电池技术开发平台,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了针对性的开发。

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,可保证网约车这一的运营车型的续航里程在400km以上。同时还可以实现2C快充、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。

买车网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。而方形电芯则采用VDA两倍厚度电芯104Ah,采用622体系,循环寿命可实现2000次以上。 

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杨红新介绍到,这两款电芯及模组主要针对市内代步短里程A00车型,续驶里程达300-400km。据悉,这两款电芯及模组将用于欧拉R1、R2等车型。

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。

在高端PHEV车型上,蜂巢能源采用51Ah PHEV电芯,模组可使插混车型纯电续驶里程从50km提升至80km,同时,基于叠片电芯的高功率特性及循环寿命确保在加速、低温等更好的体验。未来,该产品将使用在WEY P8等车型中。

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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。而在高端豪华车型上,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,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方面,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。

解决安全与成本问题的新材料

此外,蜂巢能源为了解决当前动力电池的安全与成本这两大难题,还推出了四元及无钴电池。

首先来看四元电池。所谓四元电池,其指的是在三元锂电池原有的NCM体系基础上掺杂Mx。需要注意的是,NCM是指正极材料,其由镍、钴、锰三种材料由一定比例进行组合。随着Mx的加入,四元正极材料也就应运而生,而基于该材料则打造出四元材料电芯。

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根据杨红新介绍,Mx的掺杂会使晶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,而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。

据悉,该四元材料电芯项目已经于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12月实现材料SOP,将在2022年11月实现基于四元材料的电芯SOP。

再来看无钴电池。杨红新称蜂巢能源的无钴电池的性能可以达到NCM811水平,但由于没有钴的存在,材料成本会降低5~15%。需要注意的是,之所以材料成本会有波动,主要原因是因为钴材料价格的波动。而在材料成本降低后,电芯BOM成本可以降低约5%。同时,无钴材料电池还避免了材料受战略资源影响情况的出现。

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此外,杨红新还介绍到,无钴化关键技术有两个,首先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。其次是掺杂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。

值得一提的是,蜂巢能源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),而这也意味着动力电池提供相同电压的情况下,所需的无钴电池的数量要少一些。

据悉,蜂巢能源的无钴电芯产品于2018年3月正式立项。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。

AI工厂助力“叠”变

值得一提的是,无论是针对不同场景下的动力电池,还是四元及无钴电池,其都是基于叠片工艺打造而来。在被问及为何选择叠片工艺进行动力电池的制造,杨红新解释道,当前电动车纯电平台的使用使得动力电池的形态正在向着长度更长的方向发展。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。同时,由于电池的长度越来越长,卷绕方式下的负极材料也会随之变长,从而导致成本升高。

因此,蜂巢能源决定采用叠片工艺来打造电芯。杨红新介绍到,由于叠片电芯尺寸灵活,不受卷绕卷针结构的限制。采用层叠方式生产,极片的界面平整度高,由叠片工艺来打造电芯在车规级动力电芯领域将得到广泛应用。

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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。杨红新介绍,在这其中,最为直接的问题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/pcs/单工位,单工位效率低,制造成本高。而为了解决此问题,蜂巢能源采取了45度旋转式高速叠片开发与导入的方式,将叠片效率提升到0.6s/pcs/单工位,同时也使辅助时间从原来的10秒缩短到7.5秒。此外,目前蜂巢能源还完成了0.45s/pcs/单工位叠片速度验证与样机的开发制作。同时,在2023年预计可实现0.25s/pcs/单工位叠片设备开发。

与此同时,为了提升电芯的控制水平,确保产品质量。蜂巢能源计划在分别位于中国、欧洲、北美的全球六大生产制造基地全面导入AI工厂建设规划,来提升控制水平,确保产品质量。据悉,蜂巢能源AI工厂的核心功能包括设备健康管理、工艺设计改善、质量智能检测、内部物流优化等功能。

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杨红新介绍到,蜂巢能源将斥资20亿欧元在欧洲建设24GWH大型动力电池工厂、配套正极材料工厂和电池技术中心。此外,杨红新还称,蜂巢能源欧洲电池工厂的电池制作采用先进高速叠片工艺,具备快速换型的能力,配置AI智能检测及质量预测、分析等智能系统。园区总用地400亩(27公顷),厂房采取多层结构,项目分二期实施,一期建设2020年度启动,2022年度建成投产。

与此同时,蜂巢能源还将在中国的京津冀、长江三角洲、西部地区以及美国的西南部或者墨西哥的蒙特雷进行工厂的建设。

在产能规划上,蜂巢能源位于常州金坛的项目一期规划产能为4GWh,预计2019年10月份量产。二期项目规划8GWh,同时还和捷威动力合资在盐城规划建设3GWh的软包电池项目。同时,杨红新还称,到2022年,蜂巢能源将登录科创板,全球工厂建设到2025年投入大于260亿元,2025年国内规划产能达到76GWh,在全球达到100GWh。

综上不难看出,无论是从技术、还是从材料以及产品层面,蜂巢能源确实与众不同,而能否得到消费者的认可,还需要市场的检验。但同时需要注意的是,在目前成本压缩空间有限、安全性还有待提高的动力电池市场,蜂巢能源的出现让行业明确还要另外一个方向可以发展,而其他企业此后是否会选择跟进,我们拭目以待。

(责任编辑:孙磊)