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以科学技术创新对抗内卷-蜂巢能源的实践

  随着全球能源转型的加速和环境保护意识的提高,新能源汽车慢慢的变成为市场的主要流行趋势。据乘联会数据预测2023年中国新能源乘用车销量为850万辆,年度新能源车渗透率有望达到36%。这些成绩的取得是国家政策正确引领、行业一起努力的结果,更是中国企业在材料、结构、工艺等方面持续创新迭代,技术力和产品力得到了消费者的认可。

  随着新能源汽车渗透率慢慢地提高,除了主打智能化、电动化的新造车势力,传统车企也纷纷成立新能源子品牌,押注新能源新品牌,新能源汽车品牌一个接着一个,覆盖从A00级小车到百万豪车所有级别。

  但随着特斯拉降价引发价格战,新能源汽车业进一步加剧“内卷”,新能源汽车圈的“内卷”很快传导到电池业,电池业在“内卷”的同时还需要面对原材料的激烈波动,亚历山大,怎么来面对“内卷”并胜出呢?

  笔者亲眼目睹蜂巢能源五年快速发展过程,认为其中的经验科学技术创新与战略主动值得借鉴,先讲讲科学技术创新部分,供业内人士参考。

  蜂巢能源刚开始保定研发中心只有0.04GWh的中试线,后来在常州建成第一个生产基地并投产,再于无锡成立全球研发中心,一路加快速度进行发展,短短两三年内建设了国内上饶、马鞍山、湖州、盐城、南京、遂宁、达州等生产基地,以及海外德国萨尔州、勃兰登堡州两家工厂。

  蜂巢能源从最早提出的“无钴”到“蜂云平台”、“短刀”再到“飞叠”技术……所有技术的突破和落地无不体现了“因创新而前进”的企业精神以及主动的战略选择。电池企业的科学技术创新,包括关键材料、电芯、安全、控制管理系统及结构、智造体系、新型电池等方面的创新。

  蜂巢能源自主研发的层状无钴正极材料和无钴电池填补了国际空白,为世界首创。蜂巢能源经过近百次中试调试和电性能验证,研制出世界首款无钴正极材料并量产装车,成功获得69项中国专利和46项国际专利。在蜂巢能源研发中心内部设有前沿实验室,专对于前瞻性技术的研究,除了无钴电池外,还有很多的新型结构和材料等,都在做进一步的开发。

  举例来说,蜂巢能源针对PHEV专用产品开发专有材料体系,正极材料采取使用4级颗粒复配技术,电解液超快离子通道,实现了电芯内阻降低15%,功率性能提升了5%,循环寿命提升26%,完全超越了目前客户对产品的期望和要求。对应的电池系统也在今年6月份正式量产交付,采用了LCTP2.0的技术,能做到相邻电芯不失控,相应冷却速度达到1.5分钟,体积利用率提升了10%,模态提升了50%以上。

  蜂巢能源自主研发的高镍加硅高比能三元方形电池,单位体积内的包含的能量超过260wh/kg,处于行业领先水平,打破了日韩企业技术壁垒,实现了关键核心技术的自主掌握,已给长城汽车、吉利汽车、法国PSA、光束汽车等公司批量供货。

  蜂巢能源推出的纳米网硅负极材料,通过直接在硅颗粒表明上进行碳包覆的方式,实现了硅材料膨胀的自约束,不仅是实现了高容量和高首效,还兼顾了长寿命和快充特性,配合中、高镍正极可实现320Wh/kg~350Wh/kg的高单位体积内的包含的能量,在高比能电池中存在广泛的应用前景。

  蜂巢能源在第一代短刀电池中就推出了专注PHEV的L400产品,是蜂巢能源在2021年和客户一起,敏锐地观察到电动车用户始终对电车续航存在一定的焦虑,得出了原本被视为过渡产品的PHEV车型,将和BEV车型长期持续存在的结论而开发的。

  蜂巢能源在PHEV领域电池的布局,目前是行业内最完整、最全面、量产时间最早的。PHEV专用产品经过2年的发展,已经从纯电续航50、100、150到200公里完成全生态布局。两款主力电芯产品分别为60Ah和90Ah,这两款电芯长度、厚度、材料体系完全一致,只是在高度上为了适配不同底盘、离地间隙的轿车与SUV而做了区分,PACK后单位体积内的包含的能量做到了177Wh/kg,目前行业领先。

  在2020年蜂巢能源首次电池日上,蜂巢能源首次对外发布了热失控系统性解决方案——冷蜂,通过材料、电芯、电池包、监控系统四大层级的原创技术完全解决电池系统的热失控问题。

  蜂巢在此基础上再接再厉,于去年12月份的第三次电池日上发布了龙鳞甲的概念,并于今年4月18日的上海车展上首次正式亮相。龙鳞甲出发点来源于蜂巢能源对安全的极致追求,PACK系统想要做到不热失控,首先得做到相邻电芯不热蔓延。基于此根本诉求,蜂巢工程师们分析了以往BV测试中所有数据,总结发现出要想做到这点,第一靶向电芯失控后的温度必须可以快速的、有序排除到电池包之外,避免温度传到相邻电芯产生连锁反应。

  分析过往实验后发现,单颗电芯温度如果出现失控,很容易出现短路,电芯失控喷发的导电物质很容易产生拉弧反应,导致整包产生连锁反应。为了控制连锁反应和有效的泄压,传统的电池安全系统是增加各种防护和排气空间,来避免热失控,但代价是设计复杂,重量增加。

  为此,龙鳞甲采用了先进的“热电分离”技术。考虑“热”、“电”的因素,通过独立区分热失控泄压区与电源传送区,大幅度降低热失控时内部高压拉弧、打火的失效概率,结合电芯防爆设计,大大降低了对排气空间的要求,能更加有序、定向的排气,排气时长缩短75%以上,循环寿命做到两千五百次以上,热失控实验和传统电芯相比降低了35%的最高温度,真正的完成了电池“无热失控蔓延”和76%(三元锂)行业最高成组效率。

  蜂巢能源与清华大学联合研发的锂电池大数据预警监控系统,是中国唯一一个获得汽车工业科技进步奖的电池预警系统,核心软件算法和机理模型均处于行业领先水平。

  蜂巢能源在PACK领域的创新最典型的代表就是“龙鳞甲”,其实就是一个电池组结构性的创新和系统上的创新,蜂巢能源作为一家最懂汽车的电池公司,在系统集成和PACK领域深耕多年,对结构领域、系统领域的创新速度,创新的结果,是有目共睹的,成绩是斐然的。在单位体积内的包含的能量方面,电芯层面采用了更高单位体积内的包含的能量磷酸铁锂电芯;系统层面,提升结构件集成度。通过技术优化,采用磷酸铁锂电芯的龙鳞甲电池系统体积成组效率大幅度的提高至76%,续航超过800公里,采用高锰铁镍电芯超过900公里,采用三元电芯则超过1000公里。同时使用三合一设计,兼容CTC /CTB,可适配A00~C级车。对应的产品将于今年12月份搭载客户车型,正式批量生产。

  电芯结构领域,蜂巢能源在2019年4月的上海车展上全球第一家展示了长薄型短刀叠片电芯实物,以高安全性和高成组效率,慢慢的变成了电池行业新的趋势,引领行业从欧洲定义的VDA、MEB型号标准,进化到了“短刀”型号,即将在2023年四季度配套欧洲豪华品牌面向全球销售。在储能领域,同样带来零部件减少15%以上,体积利用率提升10%以上,与安全的大幅度的提高。蜂巢能源更是在2022年作为牵头单位,联同中国汽车动力电池产业创新联盟、中国化学与物理电源行业协会等单位,共同发布《电动车用高速叠片动力电池白皮书2.0》。根据笔者与锂电设备厂家交流,大部分在手订单是长薄型叠片电芯装备,侧面证明了这是电池结构趋势,蜂巢走在了前面。

  蜂巢能源第一代叠片技术的效率是0.6秒/片,第二代0.45/片,而第三代“飞叠”技术效率已经持平卷绕工艺,达到0.125秒/片的效率,实现了全球叠片技术最高制造效率,并降低了50%的投资,已在盐城、南京基地量产,打破了韩国企业在该领域的技术垄断。

  自主研发电芯极片翻折检测、焊接缺陷检验测试、外观六面检测、K值动态筛查等9种AI与大数据检测算法,突破行业难题,AI视觉缺陷检出率接近100%,处于行业领先水平。

  2022年7月,蜂巢能源全固态电池实验室研发出国内首批20Ah级硫化物体系全固态原型电芯。该系列电芯单位体积内的包含的能量达350-400Wh/kg,现已顺利通过针刺、200℃热箱等实验,一旦量产应用,电动车可实现续航里程1000公里以上,处于行业领先水平。

  2022年12月,蜂巢能源宣布第一代钠离子电池原型样件已完成开发,单位体积内的包含的能量110Wh/kg。

  除了第一代钠离子电池原型外,蜂巢能源第二代钠离子电池产品正在开发, 2023 年一季度完成设计定型,单位体积内的包含的能量为135Wh/kg;2023四季度计划完成单位体积内的包含的能量160Wh/kg的钠离子电池开发,预计循环寿命超过2000周。

  随着全球能源转型的加速和环境保护意识的提高,新能源汽车慢慢的变成为市场的主要流行趋势。据乘联会数据预测2023年中国新能源乘用车销量为850万辆,年度新能源车渗透率有望达到36%。这些成绩的取得是国家政策正确引领、行业一起努力的结果,更是中国企业在材料、结构、工艺等方面持续创新迭代,技术力和产品力得到了消费者的认可。

  从蜂巢能源加快速度进行发展的五年来看,得益于持续的研发投入,得益于一直积极践行“以客户为中心,以奋斗者为本,以创新为根,赢在协同”的核心价值观,一直以“因创新而前进”的企业精神在产品和技术领域持续地创新。

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