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。
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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。
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