蜂巢能源的短刀片电芯生产和发展路线

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蜂巢能源近日举办了一次小规模的金坛工厂参观活动,主要介绍短刀电池的智能制造过程,我整理分享一下我看到的内容。

蜂巢能源的短刀电芯产品,首次出现是在2019年4月上海汽车展上,然后在2021年底蜂巢能源发布“领蜂600”全域短刀化后占据了产品序列的C位,这次在蜂巢能源二期短刀电池工厂,“短刀”电池量产线落地,年产能为2.5GWh。

▲图1.短刀磷酸铁锂的生产落地

Part 1

短刀的生产过程

在二期工厂的8GWh产能里,铁锂和三元(含无钴)大概占了一半。预计2022年,在各个电池企业里面铁锂估计占比都在50%以上。

现场可以看到,锂电池的第一道生产工序匀浆也是按这个比例安排的,单个2300L大容量双行星搅拌设备,每罐浆料对应600KWh(纯电动车10辆左右)——这部分其实和电池的最终形态没直接的关系。

▲图2.现场看到的化学体系的比例

比较明显的是第二道的涂布工艺,短刀电池的长度(近600mm)比普通电芯(148mm或者220mm)更长,涂布的宽幅、速度、精度决定了电池极片生产的效率和品质。在现场能看到1400mm超宽幅涂布机,一次出两列,涂布速度也非常高(80m/min)。幅度宽了,为了保证涂布精度,需要在涂布设备上设置三套β射线在线面密度检测系统和两套CCD实时涂宽检测系统,来实现数据实时检测和控制,保证涂布的自动闭环管控(面密度控制在±1.5%以内,正反面错位≤0.5mm)。

▲图3.短刀相比之前的宽幅涂布有很大的变化

在辊压工序中,整体工艺没有很大的差异,由于幅度比较宽,通过正极热辊压,负极双辊连续滚轧,在辊压机上进行电磁加热、红外线在线烘烤、在线激光测厚、废料边去除等技术集成,效率还是有很大的提升。

在模切工序,蜂巢能源应用了激光模切,节省模具投入和设备维护的费用,模切效率也得到40%的提升(30m/min提升至40-50m/min)。

在这里的最大挑战是激光过程产生的毛刺,需要检测层面非常精细化的算法。下一步产线的提升,主要依靠卷对卷模切+切叠一体设备,在工艺层面进行集成。

对于刀片系列的电池而言,某种意义上是从软包进化过来的(叠片工艺的电池生产),叠片速度一直是行业痛点,在这里看到的是双工位叠片效率高达0.4s/片,已研发完成的下一代超高速刀片式电芯极组成型设备,叠片效率可以做到0.125s/片,配合电芯的设计可以在电芯封装层面,对于卷绕极组成形效率形成实质性的挑战。

▲图4.高速叠片机

软包的电芯厚度瓶颈,在刀片设计的理念下,其实突破了。所以这颗磷酸铁锂的电芯,在21mm的厚度下达到了184Ah,还有进一步增长的空间。

▲图5.双卷芯的设计9mm合成21mm的厚度电芯

从生产的过程来看,二期工厂相比于之前看到的一期,在细节上有很多的改进,主要是兼容性方面:二期兼容了VDA、短刀两种不同的设备,在细节方面诸如传输设备方面作了改进,特别是导入了卷芯磁悬浮的物流体系,加上改进的AGV运输物流,极大的提高了节拍和效率。在参观过程中,工厂配置的人员又少了很多,而加入了更多的检测手段,通过强大的软件系统和数据分析来提高工艺直通率,变得更加智能化了。

走低成本,高体积利用率的路线,从VDA电芯一路演化到刀片,整体的卷芯到Pack效率还是非常靠前的。从目前来看,围绕电芯层面的革新,比围绕Pack结构的设计,能够使得电芯在制造层面的成本的降低,在Pack层面也会提高成组效率,降低电池系统的重量(能量密度提高),而且Pack内部的零部件数量减少,特别是相关结构件的减少,有效实现电池系统的成本目标。最终,电池安全性能也会进一步提升——对于方壳而言,薄的电池相对更安全。如果不往宽度方向做文章,往厚度扩展,对于电池安全的影响是很大的(散热面小,热导不出来,内外部的温差大)。

▲图6.刀片电芯的成组率,真的是非常高效的

Part 2

技术发展方向

●围绕全域短刀电芯的迭代

在技术交流环节,比较有意思的话题就是围绕短刀电池的进化。

由于目前磷酸铁锂材料技术的进展,可以在工艺环节和材料环节做进一步迭代。对于电池企业来说,最喜欢的进化方向就是这样:在电池生产线,电芯尺寸、电池系统和整车接口,什么都不需要变,直接能通过多迭代实现能量密度上5%、10%的升级。

蜂巢能源在短刀电池升级的路径上,不管是磷酸铁锂混磷酸锰铁锂,还是磷酸锰铁锂混三元,都在同时进行开发。今年底到明年还会陆续推出第二代和第三代,能量密度也将进一步提升。

从研发逻辑上来看,原材料的来源非常广泛,是更好的解决方案,为整个行业的进步和电动汽车的竞争力的增强,提供非常大的贡献和价值。磷酸铁锂和铁锰锂的下一步,是开发快充能力,目前的高性价比产品是配置1.6C快充能力,下一步开发2C-2.2C的铁锂,然后往4C方向上开发磷酸铁锂。

●高镍电芯开发

围绕低成本磷酸铁锂技术路线的出现,会逼着三元进一步向上,也会逼着无钴进一步向上,通过提高高镍的克容量和提中镍的电压,2022年上半年量产4.4V高电压产品和2022年年底(或者2023年初)无钴4.4的产品也会推出。这个技术方向上面,首先可以配合快充的设计,实现高性能电池的路线。

▲图7.围绕短刀的设计,主要迭代的是性能

做电池有意思的地方,就是产品一直在进化:产线通过不断的升级,改进效率和良品率。平台化可以适应多数客户的Pack设计,这是产品灵活性所带来的。

随着2021年新能源汽车市场的狂飙突进,2022年电池成本受到上游原材料上涨不断提升,这需要电池厂家和车企一起来承担,而2022年能看到新能源汽车的产品结构可能会有所调整。

目前每个电池公司面临的成本压力都是非常大的,但是这种压力是阶段性的压力,随着天气变暖,上游供给包括盐湖生产供给和矿山的锂的供给会增加,在国内外的共同努力下会得到逐渐的缓解。

在从材料端来看,蜂巢能源从2021年年中开始做了大量的行动,包括上游的一些原材料的锁定(锁量、包销、预付),有铺垫以后,整体材料供应能满足2022年全年的需求量。在成本的控制上要多重并举:除了提早地锁定一些原材料买进之外,还要做技术创新来降低成本——国产原材料的替代,新化学体系的使用,通过调整结构吸收一些成本的上涨。

预计在2022年,相比去年,蜂巢能源的磷酸铁锂比重会增加(超过50%),短刀电芯的比例也会增加。现在全球规模(300GWh)不是很大的情况下,供应链都已经出现了比较大的供应风险和挑战,未来成几倍,十倍的增长,到TWh时代电池材料的供应挑战会更大。从长远来看,蜂巢能源会自制一部分核心的原材料,并对上游原材料端进行一些投资,会对下一代电池技术的原材料进行一些投资。

从设备端来看,电池公司80%的投资是设备,需要以更高的生产效率和更智能化的,少人化的产线的设计,来规避未来人工成本上涨,来规避制造成本高的问题,同时做了柔性化的高效产线设计,短刀产线兼容300-500多毫米。电池制造过程中产生的海量数据如何利用起来,对提升产品质量,缩短制成周期都有非常大的好处。蜂巢能源专门做AI智能制造的落地,在电芯制造精益上做文章。

另外,蜂巢能源很有意思的是人才战略,随着品牌影响力的提升和规模扩大,本身公司开放,具有新势力思维的企业文化,在人才招引说是比较成功的。对于员工的激励,不只是围绕薪水,包括合伙人制度的推进、员工持股等措施其实都能让企业的发展更稳定。

小结:电池做到现在,对一个企业从技术、设备、上游材料和人才全方面提出了要求,随着车企的入局,整个电池产业会呈现出我们之前看不到的多元化色彩。

篮下制霸!CBA最强双塔一一广厦队
2月23号CBA官宣,广厦大外奥卡福已注册成功,3月1日正式开始新赛季第三阶段比赛奥卡福就可以代表广厦参战,广厦目前排名第3,比排名第1的辽宁队少3个胜场劣势,比排名第2的上海少2个胜场劣势
广厦签下强力大外,目标看似很明确,不但要保住目前排名第3,也望排名再往前挤一挤
奥卡福身高2.10米(也有报道2.11米)是2015年NBA一年一度的选秀大会探花秀(第三顺位)被76人选中,他是典型的出道就巅峰,第一个赛季平均场得分17.5分7板,随后数据有所下降,效力过NBA鹈鹕,老鹰,篮网等多支球队
广厦在中锋位置上有本土国家队球员胡金秋+大外奥卡福(还有许钟豪和外援琼斯)真可以CBA所有双塔最强双塔,不为过吧?大家认为呢?从新赛季广厦有两大外的投入来看,是最近几个赛季少有的舍得花钱投入,看样子广厦并不满足排名第3,紧盯目标就第一,就是冠军。加油,强队都有争冠的决心和行动,才能真正推动CBA前行,总冠军也更有份量
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#同花顺要闻# 【新能源行业日报:特斯拉4680电池取得实质性进展】

近日新能源行业呈现出较为分化的格局。从板块强弱来看,锂电>风电>光伏。而锂电里面也分化较为严重,中游目前仍然受困于上下游整体价格压制的预期,迟迟无法展开酣畅淋漓的行情。而下游电池厂则会面对4680电池的冲击。

上游目前是格局较好的,根据多数研报测算,锂矿的供需在1-2年还无法平衡,供不应求的格局被进一步深化。诸如中矿资源(002738)、永兴材料(002756)等自身ALPHA较强的个股已率先新高或接近新高。

从整个产业链来看,锂电产业链上游价格涨势仍然不减,对应的是相关企业的低库存以及中下游企业的高需求,这是本轮锂电上游价格上涨的核心因素,以需求带动价格。而非单纯的供需错配导致。而从价格传导来看,前几日宁德时代(300750)的电话会议中承认了价格在中短期内预计仍将维持在高位,但有相应的成本传导策略,所以整体的价格传导也较为顺利。

相对于锂电来说,光伏产业链上游价格则进入下降通道,有望在后期需求得到充分的释放,但是因为春节备货以及节日停产等问题,导致目前上游硅料以及硅片价格在一月底反而调涨。

目前光伏受到产业链价格博弈较为严重的问题,存在滞涨,但是今年光伏增速的高增长是毋庸置疑的,等待估值消化以及整体行情回暖。风电中海风格局最好,虽然总体增速不如光伏。但是估值较低,普遍在20倍左右的估值。锂电中,上游的确定性被加强。而下游则可以通过技术更新和迭代来降本增效。中游受到的上下压力较大。

部分新能源上游价格:

『锂电』
据上海钢联(300226)发布数据显示,部分锂电材料报价今日继续上涨,金属锂涨28万元/吨;碳酸锂涨9000元/吨;氢氧化锂涨8500-10000元/吨;电解钴涨8000-9000元/吨。

『光伏』
光伏硅料指数2月14日相较前一周下降20个点,目前处于高位震荡,机构预计后续随着春节后开工以及备货完成等情况,迎来下降通道。

行业动态

1.关于特斯拉的4680电池

据美国汽车媒体Electrek报道,第100万块4680电池由特斯拉位于加利福尼亚州的试点工厂生产。特斯拉此前定下将在该工厂生产10GWh电池的目标。

特斯拉发照庆祝之时,装载4680电池的Model Y交付在即。特斯拉此前表示,特斯拉得克萨斯州超级工厂产出的Model Y将搭载4680电池,本季度末将开启交付,预计到2022年年底,特斯拉4680电池产能将达到每年100GWh,满足130万辆电动汽车使用。

光大证券在研报中指出,4680 电芯采用无极耳技术,去除了电池的主要发热部件从而减小了内阻,提高了电池的热稳定性。4680 新电池(46mm 直径,80mm 长度)实现了多项技术指标提升:续航里程提升16%,充放电功率是21700 电池6倍、能量是21700电池5倍,而成本可以下降14%。

4680 电池和高镍三元+硅基负极体系相得益彰,更适配高能量密度路线,快充性能大幅提高。由于标准化程度高,4680 电池可作为一种“结构电池”,灵活运用于各车型的 CTC 设计,还可通过一体化压铸协同降低制造成本,实现“极限”制造。

相关标的:

1、电池:头部电池厂商纷纷加码 4680 电池阵营,未来有望成为圆柱电池主流型号。包括松下、LG 新能源、三星 SDI、宁德时代、亿纬锂能(300014)、StoreDot、比克电池均已经深度布局 4680 电池,2022 年有望成为 4680 正式量产的“元年”。建议关注宁德时代、亿纬锂能。

2、结构件:国内结构件厂商积极布局 4680 电池壳,易拉罐设备生产厂商将大批量自动化产线和超薄金属成形技术运用于电池壳产线,或带来技术升级、降本增效的机会。建议关注科达利(002850)、斯莱克(300382)、昇兴股份(002752)。

3、正极:4680 电池设计的初衷是提升电池能量密度,高镍正极更能够达到高能量密度,但 4680 电池并不是三元锂电池独有技术,它同样可以兼容磷酸铁锂的电池体系,通过改善4680 电池结构,磷酸铁锂体系的电池同样能够达到提升电芯能量密度的目的。当前时点来看,4680 电池技术主要由特斯拉、松下引领,化学体系由 NCA、高镍三元主导。建议关注芳源股份、当升科技(300073)、中伟股份(300919)、容百科技等。

4、负极:4680 电池为提升能量密度,将导入更多的硅基负极用量比例,硅基材料可以突破现有锂电材料能量密度的瓶颈。建议关注贝特瑞、璞泰来(603659)、杉杉股份(600884)。

5、电解液:由于硅基负极掺杂比例提升,需要搭配有较好的热稳定性、电化学稳定性、更高电导率的LiFSI,电解液中的新型锂盐 LiFSI 用量增加,建议关注天赐材料(002709)等。

6、添加剂:硅基负极本身的导电性能差,因此需要增加单壁碳纳米管的使用。建议关注天奈科技。

解读:特斯拉4680电池在电池能量密度,技术应用的创新程度上有一个较为明显的进步,对于一些增量需求的供应商无疑是较大利好。但是目前还处于概念阶段,从概念到最终量产以及业绩产生还需要一定的时间。

2.“东电西算”为绿电带来增长引擎

国家提出东数西算战略,东数西算概念掀起涨停潮。但是提出东数西算背后的深层次逻辑是什么?

是因为数据行业是耗电大户,但是我国电力资源分布不均匀,东部电力资源匮乏,西部电力资源特别是绿电资源十分丰富。实施东数西算战略,就是为了西部新能源电力就地消纳。

所以,东数西算战略最利好的还是西部地区特别是西部四大枢纽的新能源电力。

西部四大枢纽,甘肃对应的甘肃电投(000791),贵州对应的黔源电力(002039),宁夏对应的银星能源(000862),内蒙对应内蒙华电(600863)。

3.软件“背锅”三花指控否认其产品与特斯拉此次召回原因有关

近日,特斯拉大规模召回事件与采用三花智控(002050)膨胀阀有关的消息,将这家热管理龙头公司推上舆论的风口浪尖。

中国国家市场监管总局发布的召回公告显示,召回范围内部分车辆的热泵电子膨胀阀定位时会有微小移动,因软件(2021.44至2021.44.30.6版本)没有纠正功能,长期可能造成阀门部分开启,热泵压缩机停止工作,车内制热功能失效。

在上述状态下,尤其是车外气温低于零下10摄氏度时,挡风玻璃除霜系统运行达不到国家相关法规规定的除霜效果,除霜功能下降对驾驶员视野造成不良影响,从而增加车辆在寒冷天气行驶时发生碰撞风险的可能,存在安全隐患。

2月20日晚间,三花智控披露澄清公告称,截至目前,本公司未收到过特斯拉关于电子膨胀阀本身与该问题相关的质量抱怨,此次召回事件与本公司提供的电子膨胀阀无关。

公告显示,经确认,该问题是由于控制器通信中断所致,当热泵车型运行软件(2021.44至2021.44.30.6版本)受到控制器通信中断时,车辆软件无法关闭电子膨胀阀。也就是说,问题车辆召回是软件的“锅”。


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