龙鳞甲电池:蜂巢能源提供的成本、安全和性能新解法

4月8日,东风纳米调整旗下车型官方指导价,最大降幅为6000元;4月9日,吉利睿蓝9发布价格调整公告,至高下调2万元;4月10日,长安深蓝官方指导

3月,燃油车疯狂降价;4月,新能源汽车企开启了真金白银的降价和补贴。

4月8日,东风纳米调整旗下车型官方指导价,最大降幅为6000元;4月9日,吉利睿蓝9发布价格调整公告,至高下调2万元;4月10日,长安深蓝官方指导价为16.89万元起的SL03,补贴后起售价降到了14.99万元,降幅近2万元……


(资料图片)

2023年,在新能源汽车全面挤压燃油车市场下,燃油车开启了降价大战。低利润、高增长的新能源汽车为了守住得来不易的增长势头,只能被迫参战。

获取不了利润,就只能挤压成本。动力电池是汽车成本占比最高的部件,车企自然会提出降本要求,然而其他要求一点也不能低:要足够安全,还要性能高。

在这个过程中,哪个电池企业能够拿出更好的方案,哪个企业就会得到车企的青睐。作为有车企背景的电池企业,蜂巢能源对于主机厂的需求非常熟悉,最新推出的飞叠技术和龙鳞甲电池,在成本、安全性以及性能上,就给出了新的解法。

01

龙鳞甲+“飞叠”降本10%左右

蜂巢能源在降低成本这条道路上进行了系统思考,产品和工艺同步提升。

(1)产品上增加体积利用率、减少结构件

蜂巢能源从三个方向提升产品的体积利用率。

第一,通过底部热失控泄压区域与水冷板集成设计,不仅可以做到顶部全平,而且在不增加电池包总高度的情况下增加电芯高度8-10mm,增加电池包的能量和体积利用率。

其次,由于底部泄压,电池包底部防护空间跟热空间是共用的,节省了一部分空间,同时通过中央排气通道设计,进一步为电芯腾出了空间。

第三,底部采用高弹性钢加弹性支架,提供有力的承载和防护缓冲,避免碰撞带来的电池包故障,同时实现底部与防护空间的紧密结合,进一步提高体积利用率。

通过提升集成度,龙鳞甲电池与蜂巢第一代矩阵电池包相比,结构件减少20%,整包重量降低10-20kg。基于B级车的测算,采用磷酸铁锂电池,成组效率最高可以达到76%。

兼容性高,可有效节省开发成本。通过调整短刀电芯的厚度和长度,龙鳞甲电池可以兼容A00到D级车。龙鳞甲电池可以覆盖全部300mm-600mm各尺寸电芯,并与各个企业推出的CTC,CTB,CTV结构都可以结合。

该系统通过优化结构,提升电芯空间占比,可将磷酸铁锂乘用车续驶里程推高至800公里,高锰铁镍电池可以做到900公里,三元电池则可以做到1000公里。

(2)工艺上提升效率和良品率

蜂巢能源的叠片工艺已经进化至第三代。相较于蜂巢能源上一代叠片机,“飞叠”工艺有三方面提升。

一是生产效率提高,蜂巢飞叠技术开发“多刀切”与“多片叠”技术,替代原有的单片切、单片叠工艺,叠片效率在第二代技术基础上提升了一倍,达到0.125s/片的效率,效率直追卷绕工艺。

蜂巢高速叠片机

二是,良品率提升,第三代“飞叠”技术集成了极片放卷、裁切、叠片CCD在线监测、热压功能,缩短了极片卷料到叠片之间的片料转运,降低极片裁切到叠片间的加工精度差,大幅度提升电池的良品率与产品安全性,从而降低了生产成本。

三是,设备投入降低,第三代“飞叠”设备,单位占地节省45%以上,每GWh投资成本节省53%以上,大幅降低产线设备成本。

当然,蜂巢能源并没有止步于此,蜂巢能源还在开发第四代技术,今年下半年有望开发出样机,今年年底完成样机的原型验证。根据蜂巢方面透露,下一代技术在第三代的基础上让制造效率再提高一倍,占地面积将再次减少。

龙鳞甲+“飞叠”组合在一起,提质、增效、降本效果显著。根据蜂巢能源方面的测算,可以给客户带来10%左右的成本降低,10%左右的能量密度的提升,以及可以做到电池包永不起火,生产线的占地面积减少45%,单片的生产效率提高了200%

02

安全程度再提升

解决成本问题后,还得提升安全性。

电芯短路后的热蔓延是电池最大的安全隐患,通常业内的解决方法就是隔离和导热。例如通过三维热防护材料、隔热阻热、耐火烧、冷却等方式隔离和疏导。

不过业内普遍忽略了喷发物带来的隐患。电芯的喷发物一般都是含可燃气体和导电的,一旦释放到电池包里面,会产生绝缘短路,例如电弧(击穿金属板、烧熔金属板等)、短路、绝缘失效等,从而产生连锁的热失控,其他的电芯也会短路起火,整包就会剧烈燃烧。

龙鳞甲电池的思路是,通过优化防爆阀泄压、热防护、冷却抑制等技术的设计来解决这个问题。

首先,蜂巢能源优化了电芯防爆阀的位置,解决了热电分离的问题。

业内通常的方式,是将电芯防爆阀在顶部,这就要预留泄压通道,将电池热失控喷发物引导到侧面或者底部排出。这一过程中这些高温喷发物极易蔓延,引燃相邻电芯或者电气单元。

龙鳞甲电池系统,则是将短刀电芯防爆阀创新设计在底部,电气连接区位于电池包侧部。一旦某个电芯发生热失控时,可快速实现定向泄压,喷发物可按指定方向、通过最优的通道迅速排出,不会蔓延至周边电芯。

其次,蜂巢能源加大了电芯防爆阀的面积和数量,就会使得泄压速度更快,高温喷发物快速流动,热积累减少,从传导的角度减少了连锁反应。与此相对的是,传统电芯顶端泄压阀的设计,会导致泄压速度较慢,从而导致热量聚集的时间长和集中,容易诱发热蔓延。

热电分离完全隔离以后,就彻底杜绝了这个问题,还可以降低成本。

此外,龙鳞甲电池的热管理效力非常好,因为它上下两面是纯平的,极柱在两侧,这种设计更容易进行热管理,可以做到成本低、效率高,冷却效果更好。

03

持续推进结构化降本

要实现“油电”同价,瓶颈还是在电池,因此蜂巢能源还在不断挖掘降本空间。

例如,蜂巢能源认为在电池生产阶段还有进步空间。

一是,叠片生产效率还能提升,包括质量、包括缺陷检测。2019年,蜂巢能源第一代高速叠片可以做到0.6s/片;2020年,第二代叠片工艺进化到0.45s/片,第三代更是做到了0.125s/片的效率。时至今日,“飞叠”技术还在持续的优化阶段,更高速度的第四代也在开发中,效率会进一步提升。

二是装配线效率再提升。电芯形状长薄化发展后,对电芯前段电极、模切、包括叠片校对要求都非常高。由于业内在长薄电芯生产工艺经验不足,装备线的效率不能满足需求。目前业内普遍的是16PPM的装备线,蜂巢能源目前正在开发32PPM更高效率的装备线,预计产量能够提高一倍。

三是注液环节可优化。长电芯注液速度也是一个瓶颈。蜂巢能源正在开发新型的注液设备、注液工艺,以及吸液速度更快的材料,来减少注液时间。

除了工艺以外,在产品端,蜂巢能源还在寻找更具性价比的材料,比如磷酸锰铁锂,能量密度比磷酸铁锂更高;再比如高锰铁镍电池,不含钴,成本可控。

磷酸铁锂、磷酸锰铁锂、三元等体系,都可用于龙鳞甲系统中,来进一步解决成本问题。

至此,蜂巢能源的龙鳞甲电池,不但能做到300—1000公里续航里程的全覆盖,可以满足车企400V平台2C充电倍率,又能满足800V平台4C双面冷却超能快充的能力。可以说,龙鳞甲电池是满足车企安全性、成本以及性能需求的最佳选择之一。

通过龙鳞甲电池可以看出,蜂巢能源不是采用头疼医头,脚疼医脚的策略,而是给出了更加多元化的解题思路,他们擅于用第一性原则从根源解决问题,不仅从产品设计出发,更从工艺,甚至管理角度解决瓶颈问题,为车企客户不断提供更加优质的产品。

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