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「汇眼独具」饶忠儒:蜂巢能源四元电池重构原材料体系

电车汇消息:“我们将于2025年在全球实现约100GWh电池产能布局,其中中国工厂为76GWh、欧洲工厂为24GWh。”7月9日,蜂巢能源总经理杨红新在接受媒体的访问时如是说道。100GWh究竟意味着什么?

根据中国汽车工业协会统计,2018年,我国动力电池装机量为56.9GWh,同期我国新能源汽车的产销规模分别为127万辆和125.6万辆,动力电池产能亦达到260GWh;照此推算,若蜂巢能源2025年实现全球既定产能,仅中国工厂即可满足150万辆新能源汽车的配套需求,而这个装机规模,恰恰与长城汽车目前的年产销规模相当。

事实上,在新能源早期发展的十年中,主打SUV的长城汽车并未急于向市场推产品,拿补贴(新能源汽车购车补贴),赚积分(新能源汽车积分),而是从成立事业部做起,专注于汽车动力电池材料、电芯、模组、PACK、BMS、储能、太阳能的研发和技术积累。直到2018年长城汽车旗下欧拉品牌推出,原有的事业部亦成为了一家专注于整车上游产业链的新能源科技公司。

“不独立根本就做不大。” 长城汽车董事长魏建军曾这样说道。作为继长城汽车之后的第二次创业,蜂巢能源目前已从长城汽车剥离完毕,归属至保定市长城控股集团有限公司(简称“长城控股”)下属全资子公司保定市瑞茂企业管理咨询有限公司(以下简称保定瑞茂),以积极开发外部客户,而不只是为长城汽车一家客户服务。据了解,目前蜂巢能源已经为国内5家企业送样并做了测评,给海外顶级车企的样品将于下个月开始做测评。

 

另据杨红新透露,从今年7月初开始,蜂巢能源已经启动了面向未来发展的股权融资工作。长城控股短期内不会给予蜂巢能源太多的资金支持,而是要求蜂巢能源自己控制成本、积极“造血”并做好上市规划。

“四元电池”究竟是个什么玩意儿?

 显然,如此庞大的产能规划背后,一定程度从侧面反映了长城汽车的产能规划。在电车汇看来,魏建军规划蜂巢能源,表面看是打造产业链,事实上,则是从原材料端,即对动力电池及相关产品的成本和品质实现管控,从源头整合长城汽车、乃至目前新能源汽车行业的供应链体系。而这样的规划亦得到了蜂巢能源副总经理兼CTO饶忠儒的证实。

根据饶忠儒所述,以动力电池组的单体电芯为例,目前蜂巢能源已在江苏金坛规划了电芯正极材料配套工厂。而除了正极材料外,蜂巢能源未来将把产业延伸至正极材料的原材料,亦可称之为前驱体(材料)的研发与生产,并在全球范围内规划生产,而这些都与蜂巢能源目前推广的四元材料方案密切相关。

简单理解三元电池,即由“镍钴锰”或“镍钴铝”三种化学元素,按照一定比例混合烧结后,作为正极材料的电池,电离子通过电池隔膜,在正负极之间的反复流动亦构成了电池充放电的化学反应。以“镍钴锰”NCM811三元电池为例,锰元素为了增强安全性、钴元素为了增强晶体结构稳定性,镍元素则是为了提高电池容量。镍含量越高材料比容量越大,但热稳定性亦同步下降,不同化学元素按不同比例混合烧结成相后,电化学特性亦各自不同,是以NCM由最早期的111进化到532,至622至目前的811=, 性能亦各自有所差异。然而过度追求高能量密度(降低单位电池重量)和循环寿命的背景下,NCM811电池至今还存在着安全性差及循环寿命衰减较快的致命缺陷。因此,虽然三元电池的循环寿命和能量密度都极为优秀,但基于安全考虑,至今都没有大规模应用在巴士、卡车等商用车领域。

三元电池

不过,即便正极材料的结构稳定性和锂电池内部的寄生反应也严重影响着锂电池的安全性和循环寿命,但以特斯拉为首的部分企业却异常崇尚三元电池。充放电过程中活物质急剧的结构变化并不是电池循环寿命衰减的主要原因。反而是,在电解液和脱锂状态下高活性活物质颗粒界面间的寄生反应才是高电压循环下电池寿命缩短的主要原因。如何解决NCM811电池寿命衰减过快的问题?一是通过对NCM811的颗粒表面进行改性处理,提高其性能。二是采用能够降低两者寄生反应的电解液,从而提高其循环寿命和安全性。四元材料体系由此产生。

顾名思义,四元材料,即在电池材料中降低或祛除钴元素,而以第四种金属元素替代或部份取代原本的钴元素,以提升安全性和循环寿命的新型正极材料,用以防止高比例镍带来的氧化反应。

“为了克服三元材料的既有问题,Mx掺杂会使一次颗粒之间的边界强度增强,因此会减少在有害相变过程中微隙的形成。而这就是四元电池的关键性突破。”7月9日,在蜂巢能源的发布活动之后,主管技术的蜂巢能源副总经理饶忠儒对电车汇做出了如下陈述。顾名思义,在提升循环寿命层面,MX掺杂形成的二维材料,为锂离子运动提供了更多的通道,大幅度提升了锂离子运动速度,进而提升了电池导电性;而在四元无钴元素的特性材料体系下,通过掺杂技术改进无钴化后材料在充放电的可逆性和结构稳定性上亦得到了长足进步。“此外,因为四元材料剔除了钴元素,可使得电池成本较现有价格再下降5- 15%(根据金属钴不同价格)。” 饶忠儒如是说道。

坚定叠片路线,形成电池pack模块化

除了四元材料的材料技术路线,在7月9日的发布会中,杨红新提出,锂电池经历了1.0的3C品质时代和2.0的传统动力电池时代,正在向3.0的叠时代迈进。杨红新的判断是,1.0和2.0时代的卷绕方式已经不能满足车规级动力电芯的形态要求,取而代之的将会是高速叠片工艺,该工艺技术会为电芯带来内阻低、容量衰减慢、不易短路和被击穿、充放电倍率高、能量密度高等一系列优势,因此将在车规级动力电池领域广泛应用。

而蜂巢能源正在做的,就是通过新技术、新材料、新工艺、新标准来推动叠片工艺的快速成熟和应用,并以此为突破口建立在自身在动力电池市场角逐中的竞争壁垒。根据蜂巢能源规划,先基于营运类,非营运类的使用场景划分,在基于城市代步和城际出行的使用用途划分,蜂巢能源总计规划了51Ah、56 Ah、86 Ah、92 Ah、112 Ah 、117 Ah、126 Ah、137 Ah、156 Ah、172 Ah、184 Ah共计11款电池pack产品,以应对不同场景和不同用途下的全出行领域。另据蜂巢能源全球营销副总裁严博瑞介绍,蜂巢能源电池pack在适配VDA标准尺寸模组后,将与整车底盘高度集成化,通过水冷散热实现整车上更安全的布置位置,以提供更高的车身保护。由此,整车空间利用率大幅提高,舒适度明显提升,整车智能化水平显著提高。

此外,据饶忠儒介绍,虽然目前蜂巢的产品还包括部分软包电芯,但未来蜂巢的电芯生产会更多的聚焦在方形。虽然在电芯成本上面软包比较便宜,但是软包电芯由于采用了铝塑膜,首先缺乏刚性,因此必须在外部加装塑料外壳,导致机械强度比较差,其次,软包的极耳焊接异常脆弱,模组装配一旦把控不好,将很容易产生安全隐患。也正是基于这些技术判断,蜂巢能源将逐步聚焦在大容量的方形铝壳电池上,并陆续朝整个模组pack极简化来的方向发展。

文章摘自 电车汇 20190719 发自北京

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