以科技创新对抗内卷-蜂巢能源的实践

导读随着新能源汽车渗透率逐步提高，除了主打智能化、电动化的新造车势力，传统车企也纷纷成立新能源子品牌，押注新能源新品牌，新能源汽车品牌一个接着一个，覆盖从A00级小车到百万豪车所有级别。但随着特斯拉降价引发价格战，新能源汽车业进一步加剧“内卷”，新能源汽车圈的“内卷”很快传导到电池业，电池业在“内卷”的同时还要面对原材料的激烈波动，亚历山大，如何面对“内卷”并胜出呢？笔者亲眼目睹蜂巢能源五年快速发展过程，认为其中的经验科技创新与战略主动值得借鉴，先讲讲科技创新部分，供业内人士参考。蜂巢能源在发展初期就确立了差异化竞争策略和技术领先型策略蜂巢能源刚开始保定研发中心只有0.04GWh的中试线，后来在常州建成第一个生产基地并投产，再于无锡成立全球研发中心，一路快速发展，短短两三年内建设了国内上饶、马鞍山、湖州、盐城、南京、遂宁、达州等生产基地，以及海外德国萨尔州、勃兰登堡州两家工厂。蜂巢能源从最早提出的“无钴”到“蜂云平台”、“短刀”再到“飞叠”技术……所有技术的突破和落地无不体现了“因创新而前进”的企业精神以及主动的战略选择。电池企业的科技创新，包括关键材料、电芯、安全、控制系统及结构、智造体系、新型电池等方面的创新。关键材料蜂巢能源自主研发的层状无钴正极材料和无钴电池填补了国际空白，为世界首创。蜂巢能源经过近百次中试调试和电性能验证，研制出世界首款无钴正极材料并量产装车，成功获得69项中国专利和46项国际专利。在蜂巢能源研发中心内部设有前沿实验室，专门针对前瞻性技术的研究，除了无钴电池外，还有很多的新型结构和材料等，都在做进一步的开发。举例来说，蜂巢能源针对PHEV专用产品开发专有材料体系，正极材料采用4级颗粒复配技术，电解液超快离子通道，实现了电芯内阻降低15%，功率性能提升了5%，循环寿命提升26%，完全超越了目前客户对产品的期望和要求。对应的电池系统也在今年6月份正式量产交付，采用了LCTP2.0的技术，可以做到相邻电芯不失控，相应冷却速度达到1.5分钟，体积利用率提升了10%，模态提升了50%以上。高比能量电池蜂巢能源自主研发的高镍加硅高比能三元方形电池，能量密度超过260wh/kg，处于行业领先水平，打破了日韩企业技术壁垒，实现了关键核心技术的自主掌握，已给长城汽车、吉利汽车、法国PSA、光束汽车等公司批量供货。蜂巢能源推出的纳米网硅负极材料，通过直接在硅颗粒表面进行碳包覆的方式，实现了硅材料膨胀的自约束，不仅是实现了高容量和高首效，还兼顾了长寿命和快充特性，配合中、高镍正极可实现320Wh/kg～350Wh/kg的高能量密度，在高比能电池中有着广泛的应用前景。PHEV专用电池蜂巢能源在第一代短刀电池中就推出了专注PHEV的L400产品，是蜂巢能源在2021年和客户一起，敏锐地观察到电动车用户始终对电车续航存在一定的焦虑，得出了原本被视为过渡产品的PHEV车型，将和BEV车型长期持续存在的结论而开发的。蜂巢能源在PHEV领域电池的布局，目前是行业内最完整、最全面、量产时间最早的。PHEV专用产品经过2年的发展，已经从纯电续航50、100、150到200公里完成全生态布局。两款主力电芯产品分别为60Ah和90Ah，这两款电芯长度、厚度、材料体系完全一致，只是在高度上为了适配不同底盘、离地间隙的轿车与SUV而做了区分，PACK后能量密度做到了177Wh/kg，目前行业领先。电池安全在2020年蜂巢能源首次电池日上，蜂巢能源首次对外发布了热失控系统性解决方案——冷蜂，通过材料、电芯、电池包、监控系统四大层级的原创技术彻底解决电池系统的热失控问题。蜂巢在此基础上再接再厉，于去年12月份的第三次电池日上发布了龙鳞甲的概念，并于今年4月18日的上海车展上首次正式亮相。龙鳞甲出发点来源于蜂巢能源对安全的极致追求，PACK系统想要做到不热失控，首先得做到相邻电芯不热蔓延。基于此根本诉求，蜂巢工程师们分析了以往BV测试中所有数据，总结发现出要想做到这点，第一靶向电芯失控后的温度必须可以快速的、有序排除到电池包之外，避免温度传到相邻电芯产生连锁反应。分析过往实验后发现，单颗电芯温度一旦出现失控，很容易出现短路，电芯失控喷发的导电物质很容易产生拉弧反应，导致整包产生连锁反应。为了控制连锁反应和有效的泄压，传统的电池安全系统是增加各种防护和排气空间，来避免热失控，但代价是设计复杂，重量增加。为此，龙鳞甲采用了先进的“热电分离”技术。综合考虑“热”、“电”的因素，通过独立区分热失控泄压区与电源传送区，大幅降低热失控时内部高压拉弧、打火的失效概率，结合电芯防爆设计，有效降低了对排气空间的要求，可以更加有序、定向的排气，排气时长缩短75%以上，循环寿命做到两千五百次以上，热失控实验和传统电芯相比降低了35%的最高温度，真正实现了电池“无热失控蔓延”和76%(三元锂)行业最高成组效率。蜂巢能源与清华大学联合研发的锂电池大数据预警监控系统，是中国唯一一个获得汽车工业科技进步奖的电池预警系统，核心软件算法和机理模型均处于行业领先水平。电池控制系统及结构蜂巢能源在PACK领域的创新最典型的代表就是“龙鳞甲”，其实就是一个电池组结构性的创新和系统上的创新，蜂巢能源作为一家最懂汽车的电池公司，在系统集成和PACK领域深耕多年，对结构领域、系统领域的创新速度，创新的结果，是有目共睹的，成绩是斐然的。在能量密度方面，电芯层面采用了更高能量密度磷酸铁锂电芯；系统层面，提升结构件集成度。通过技术优化，采用磷酸铁锂电芯的龙鳞甲电池系统体积成组效率大幅提升至76%，续航超过800公里，采用高锰铁镍电芯超过900公里，采用三元电芯则超过1000公里。同时使用三合一设计，兼容CTC /CTB，可适配A00~C级车。对应的产品将于今年12月份搭载客户车型，正式批量生产。电芯结构领域，蜂巢能源在2019年4月的上海车展上全球第一家展示了长薄型短刀叠片电芯实物，以高安全性和高成组效率，已经成为电池行业新的趋势，引领行业从欧洲定义的VDA、MEB型号标准，进化到了“短刀”型号，即将在2023年四季度配套欧洲豪华品牌面向全球销售。在储能领域，同样带来零部件减少15%以上，体积利用率提升10%以上，与安全的大幅提升。蜂巢能源更是在2022年作为牵头单位，联同中国汽车动力电池产业创新联盟、中国化学与物理电源行业协会等单位，共同发布《电动车用高速叠片动力电池白皮书2.0》。根据笔者与锂电设备厂家交流，大部分在手订单是长薄型叠片电芯装备，侧面证明了这是电池结构趋势，蜂巢走在了前面。高效智造技术蜂巢能源第一代叠片技术的效率是0.6秒/片，第二代0.45/片，而第三代“飞叠”技术效率已经持平卷绕工艺，达到0.125秒/片的效率，实现了全球叠片技术最高制造效率，并降低了50%的投资，已在盐城、南京基地量产，打破了韩国企业在该领域的技术垄断。自主研发电芯极片翻折检测、焊接缺陷检测、外观六面检测、K值动态筛查等9种AI与大数据检测算法，突破行业难题，AI视觉缺陷检出率接近100%，处于行业领先水平。固态电池、钠电池等2022年7月，蜂巢能源全固态电池实验室研发出国内首批20Ah级硫化物体系全固态原型电芯。该系列电芯能量密度达350-400Wh/kg，现已顺利通过针刺、200℃热箱等实验，一旦量产应用，电动车可实现续航里程1000公里以上，处于行业领先水平。2022年12月，蜂巢能源宣布第一代钠离子电池原型样件已经完成开发，能量密度110Wh/kg。除了第一代钠离子电池原型外，蜂巢能源第二代钠离子电池产品正在开发， 2023 年一季度完成设计定型，能量密度为135Wh/kg；2023四季度计划完成能量密度160Wh/kg的钠离子电池开发，预计循环寿命超过2000周。最后随着全球能源转型的加速和环境保护意识的提高，新能源汽车逐渐成为市场的主流趋势。据乘联会数据预测2023年中国新能源乘用车销量为850万辆，年度新能源车渗透率有望达到36%。这些成绩的取得是国家政策正确引领、行业共同努力的结果，更是中国企业在材料、结构、工艺等方面持续创新迭代，技术力和产品力得到了消费者的认可。从蜂巢能源快速发展的五年来看，得益于持续的研发投入，得益于一直积极践行“以客户为中心，以奋斗者为本，以创新为根，赢在协同”的核心价值观，一直以“因创新而前进”的企业精神在产品和技术领域持续地创新。(本文作者顾国洪为工信部江苏大学新能源汽车专精特新产业学院副院长)