因创新而前进 蜂巢叠片再提速

  日期：2024-08-23 作者: 新闻中心

  11月1日在常州蜂巢能源总部，蜂巢能源发布了最新一代高速叠片技术，在叠片效率方面实现了颠覆性突破，达到0.125s/pcs，完全解决了锂电池叠片工艺最大的短板效率问题，并与蜂巢能源未来主力短刀电池形成最佳拍档，互为促进，相互成就。

  蜂巢能源作为方形叠片电池的引领者，从成立伊始就在叠片工艺的降本增效方面做了不少工作，这次更是亲自下场主导设备的研发。从效果来看，蜂巢能源做到了设备成本一下子就下降，效率翻番，在技术、管理上都有创新。

  在锂电池发展早期，卷绕工艺能够很好的满足市场需求。随着新能源汽车的发展，电池包设计正在向着长薄化的方向发展，高度方向则统一在了100mm左右，卷绕的工艺逐渐难以满足长电池的需求。

  将电芯做大之后，卷绕工艺的弊端开始显现，例如极片上涂层材料不可避免受到较大的弯曲变形，因此导致折弯处形成掉料和死区；卷绕过程中，极片和隔膜所受拉力容易不均匀产生褶皱和对齐度不良等等。

  “化卷成叠”将成为动力电池生产的基本工艺的重要特征，动力电池迈向叠时代是大势所趋。卷绕工艺在经历多年发展后遇到了很大的瓶颈，叠片工艺则拥有很大的先天优势，比如空间利用率提升带来的单位体积内的包含的能量提升、稳定性工艺性兼容性更好、极耳数量多一倍带来更好的功率性能等，所以叠片工艺是非常有前途的。

  数据显示，叠片工艺的电池单位体积内的包含的能量比卷绕工艺的电池高出5%，排气压力方面，叠片在13-20kPa，远大于卷绕的2-3kPa，变形和膨胀力方面，叠片工艺也更稳定，有望成为新一代主流的电池工艺技术。

  这为叠片工艺应用打下了基础。优势多，但叠片工艺的缺点也不少。例如，一直备受诟病的效率低下，占地面积大、设备成本投入高，并且良品率相较卷绕低等问题。

  设备成本和良品率都会随技术成熟而逐渐解决，但是效率低则成为普及和利用的最大难点。

  一般来说，锂电生产供应流程涵盖前、中、后三个阶段，叠片或卷绕是中段工序设备中价值占比最大的一块。根据中银证券的数据，锂电生产线在前、中、后段工序设备在整个设备投资中占比为4:3:3，其中叠片或者卷绕设备在中端工序中的价值占比达到70%左右。叠片工艺也是整个生产工序中的瓶颈环节，效率就低在了这里。

  目前来看，叠片工艺目前路线大致上可以分为四种，主要是Z字型叠片、切叠一体、热复合以及卷叠一体。

  Z字型叠片是最常见的方式，优点在设备成本低、毛刺小，缺点在于隔膜容易变形、堆叠效率低(0.45-0.6s/pcs/工位)。

  切叠一体则是在Z字型叠片的基础上改进，通过切片机与叠片机的集成，减少上下料、转运工序、减少磕碰，提高良率。这两种对优缺点相同，都是有可能对隔膜造成损伤。

  切叠一体机的单位成本已经稍低于传统的切片机加Z字型叠片机，但是稼动率有所降低，在80%左右。

  卷叠一体机的数据相对较少，是LG的专利，主要使用在与3C电池的制造，动力电池已经鲜有应用。

  目前较为先进的是热复合叠片工艺，效率再次大幅度的提高，理论效率能做到0.125s/pcs，但是实际达成率并不理想，同时成本也大幅度的提高，达到了600-800万元。

  蜂巢能源想要的更多，希望成本低、效率高，同时设备供应还要快，以保证其产能扩张速度。蜂巢最新研发出的设备集成了热复合、多片叠等多种技术，能做到效率高于0.125S/pcs，成本500-700万元，设备稼动率高于95%，完全解决隔膜褶皱隐患，并做到在线%全检。

  蜂巢能源通过完全自主的研发，并充分结合供应商的大规模制造能力，从易拉罐生产线找到灵感，将原来“一个流”的设备理念转变为批量处理的理念，实现一台设备上多片同时切、同时叠，在单机设备成本几乎不变的情况下，效率提升一倍，实现了更简单机构的高效产出，极大的提升了单机效率的天花板。

  蜂巢能源通过对中端核心工序的创新，将核心的卡脖子工序解决，实现了整条生产线的效率翻番，极具性价比。

  而基于高速叠片工艺制成的短刀叠片电池，在空间效率和安全性上更有优势，将有望成为电动汽车规模化发展的主流需求产品。高速叠片工艺结合蜂巢能源主推的短刀电池这种围绕电芯卷芯利用最大化的技术，更能突显出叠片工艺带来的电池性能提升，实现串并联方案灵活变化，以高标准化、高成组效率、灵活性的特点最大化提升电池包能量密度。

  1. 短刀电池最适合的就是叠片工艺，叠片的瓶颈就是效率，因此集中优势资源突破效率问题是大势所趋，也是必须达成的目标。高速叠片机完成后，效率已经与卷绕工艺持平，达到每片0.125秒的效率，短刀电池的技术优势和制造成本更加明显。

  2. 从易拉罐生产线得到灵感，把原来“一个流”的设备理念转变为批量处理的理念，实现一台设备上多片同时切、同时叠，实现了更简单机构的高效产出，单机设备成本几乎不变的情况下，效率提升一倍。同时在类似的平台上能轻松实现更高的效率，极大的提升了单机效率天花板。

  3. 引入跨行业技术，从造纸业、饮料业等设备吸收灵感，再结合现有量产的叠片技术与机构，充分融合，大部分小机构并不是完全创新的，但是组合在一起就形成了组合创新方案。

  4. 围绕整机方案，在制袋、裁断、热压、叠片等核心工序的设备与产品申请了大量专利，形成高速叠片的专利攻防体系，建立护城河。

  1. 实现正向开发与逆向开发的结合，大部分开发团队来自行业外，通过充分的头脑风暴行成初步方案，然后再逆向从现有设备的问题出发，最终形成方案。

  2. 完全从产线经济性和产品成本出发，为设备开发团队设定一个成本合理但是技术几乎不可行的目标，倒逼团队不破不立，无法在现有设备和技术基础上做简单延展和工位堆积，必须依靠创新方案才能实现目标。谋乎其上，得乎其中。

  3. 开发新的商务模式，自己设计全套图纸和程序，同时引入行业外有强大非标设备实力的供应商代工，做到技术保密的同时大幅度降低采购成本，也培养了粘性更强的合作伙伴。

  有意思的是，蜂巢能源没有仅通过锂电设备生产商来完成这一开发工作，而是还与很多业外企业通力合作。例如，3C行业的设备企业、饮料行业的设备企业等。

  在笔者看来，蜂巢能源的这一策略非常好，一举解决了效率、成本问题，同时扶植起了自己的设备供应商。

  要知道，这两年锂电池生产企业的产能扩张十分迅速，头部和主流的设备生产商的订单已经供不应求。以先导智能为例，它在2021年年报中指出，2022年锂电池扩张将继续增加，锂电设备行业订单进一步增加，产能将保持较为紧张的态势。这就让订单饱满的头部企业，很难进一步拿出余力帮助电池企业优化产品和开发新技术。锂电池生产设备是专业自动化设备制造设备，产品之间差异较大，应该要依据客户的特定需求来做个性化设计、定制。因此设备商必须充分了解客户的生产的基本工艺和相关生产设备的技术参数及自动化要求。从立项、项目管理、研发、设计、试验、工艺开发在内的多项工作，必须落实节点，才有机会完成电池企业的需求。

  对于蜂巢能源来说，产能扩张是有窗口期的，时间意味着所有。此时与行业外的企业合作，不仅能带来新的知识和灵感，而且主观能动性强、配合度高，效率自然也高。此外，作为借由蜂巢能源进入到锂电设备行业的企业，其对蜂巢能源的依赖度高，研发成本自然就低。

  深入到上游设备领域的蜂巢能源，也围绕核心机构、整机方案、叠片工艺等申请了大量专利，建立护城河。同时蜂巢能源成立子公司章鱼博士智能技术(上海)有限公司，针对核心软硬件和生产线底层的工业OS系统做了更加深入的研发，与集成商配合，逐步推进生产线真正的标准化和智能化。

  这些争取来的时间、成本、规模和技术，都会迅速转化为自身的竞争优势。这对蜂巢能源来说是极其划算的事情。

  蜂巢能源自2016年成立起，就坚定了叠片铝壳动力电池发展趋势，聘请了国内外资深叠片设备与工艺专家，迅速实现了高速叠片工艺电池量产。

  根据蜂巢官网，叠片速度从2019年的0.6s/pcs提升到2020年的0.45s/pcs，现在进一步实现了0.125s/pcs的超高速叠片工艺，叠片效率的提升是取代卷绕工艺的关键。该技术创新让蜂巢能源一举进入叠片技术的全球领先水平。

  蜂巢能源是电池生产企业，毕竟不是专业的锂电设备商，向上游进入到设备行业意味着较大的投资、从零开始的艰辛，甚至完全失败的可能性。

  作为电池领域的新势力企业，或许最不缺的就是勇气，从零开始的蜂巢能源没给自己手下留情。在设计的具体方案之初，就定下了一个几乎不可能完成的目标。

  蜂巢能源设备开发的负责人告诉笔者，这个目标就成本合理，但技术几乎不可行。“目的是倒逼团队不破不立，无法在现有设备和技术基础上做简单延展和工位堆积，必须依靠创新方案才能实现。”

  为什么蜂巢能源能做到？回顾这段历程，蜂巢能源董事长兼CEO杨红新总结了三个经验：第一，战略要清晰；第二，投入节奏要把握住；第三，就不可以给自己留退路。

  “动力电池你不破釜沉舟是做不成的，因为是跨界，从汽车行业跨界到电池行业还是有很大的差别。”杨红新说，而且一旦战略清晰，目标确定，就要大胆投入。

  在叠片工艺效率达到甚至超越卷绕工艺后，传统电池巨头也会关注到这“化卷成叠”的趋势，但主动投资意愿不强。这些规模庞大的企业，普遍在行业耕耘多年，保持着固有的技术优势和庞大的固有资产，这将成为他们投身新产业革命的巨大包袱。正如大众福特们不到万不得已不愿转身新能源汽车一样，他们在传统技术领域有着太多的成本、专利、地位不愿放弃。而蜂巢能源这样的锂电新势力直接站在巨人肩上登高望远，轻松上阵，以最新理念、最高标准直接杀入，甚至直接开创一个时代。

  此外，采用叠片工艺的锂电新势力均有较大规模扩产规划，将带动叠片设备需求，蜂巢能源也能够使用授权专利方式获利。

  在新能源产业加快速度进行发展的当下，动力电池行业面临品质安全、降本增效、产能交付等诸多挑战。这次高速叠片与短刀形成最佳拍档的方式，将加快蜂巢能源向前奔跑的速度。在“因创新而前进”的企业精神指引下，不排除后续蜂巢能源还会对锂电池生产组织方式做更大的创新。

  10月25日，章鱼博士基地在上海嘉定落成，蜂巢能源董事长兼CEO杨红新对外表示：作为一家以创新为基因的动力电池企业，蜂巢能源将积极拥抱变革，向着全球领先的能源互联科技公司快速前进。（本文作者系吉林大学青岛汽车研究院副院长、《电车商业研究》创始人顾国洪）

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