作者 |王凌方
编辑 | 邱锴俊
(资料图片仅供参考)
动力电池即将进入TWH时代，谁能存活？
关键看谁能更快逼近动力电池制造的极限——谁能最快、最好、成本最低地生产电池，谁就可能胜出。
这是机器之战，具体而言，是叠片机和卷绕机之战。
目前看，叠片机呈现明显上升势头——蜂巢能源研发的叠片机效率已经达到每片0.125秒，几乎追平了卷绕。叠片工艺发展的发展障碍基本消失。
生产优势也在转化为市场优势。
以叠片为主要工艺的蜂巢能源，已经站稳装车量前十。今年1-10月份，蜂巢能源装车5.05GWh，继续稳居全球前十。市场表现方面，蜂巢能源已经获得国内外多家主机厂的定点项目，包括东风、零跑、哪吒等主流车企和造车新势力。
当然，这仍然只是开始。
面对未来的新能源汽车、储能巨大电池需求，叠片技术将助推蜂巢在动力电池生产规模升级战中保持充分的竞争力。
01
叠片迎来“弯道超车”契机
卷绕是电池制造最古老的工艺之一，在还是小型锂离子电池当道的时代，占据绝对的霸主地位。
生活中常见的5号、7号电池都是典型的卷绕工艺电池。
如今随着电动汽车发展，叠片工艺似乎有挑战这一地位的趋势。
先来看看什么是卷绕工艺和叠片工艺。
首先需要说明的是，不论卷绕还是叠片，都是电池整条生产线中的一段工艺，位于整条线的中段位置，价值在中断工序中占比高达70%，属于中端的核心工序。
卷绕采用正极极片、隔膜和负极片整体进行卷绕的方式进行装配，具备自动化程度高,生产效率高,质量稳定等优点。
卷绕电芯示意图
电动汽车需要的电芯尺寸更大，但电芯在做大后，卷绕工艺的短板开始明显，例如极片上涂层材料不可避免受到较大的弯曲变形，折弯处容易发生掉粉、毛刺问题，严重时会造成电池内部短路，引起热失控。而且卷绕过程中，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。
小的圆柱电芯往往是单极耳设计，内阻较大，不能满足大功率充放电的需求。
叠片工艺能够有效避免上述问题，例如极片不存在弯折，也就不存在拐角内应力不均的问题，在电池的循环往复使用中，每层膨胀力相近，叠片电池可保持界面平整。
叠片电芯的每个极片都有极耳,内阻相对较小,适合大电流充放电;同时叠片电芯的空间利用率高。但是叠片工艺相对繁琐,同时存在多层极耳,容易出现虚焊。
此外，卷绕的电芯存在转角,导致方形电池空间利用率低，叠片工艺的电芯空间利用率更高。因此，卷绕电芯通常用于小型常规的方形电池和小型圆柱形电池；叠片电芯通常适用于大型的方形电池,也可用于超薄电池和异形电池。
两种不同工艺的优缺点
正是由于上述特点，在电动汽车快速发展时期，采用叠片工艺的电池企业越来越多。例如，除了率先应用的蜂巢能源（短刀），还有长薄化方形路线的比亚迪（刀片）、中创新航（全极耳叠片电池和 One-stop Bettery）也采用叠片工艺，远景动力的部分方形也选用了叠片工艺。
困守软包一隅的叠片工艺，终于迎来了高速发展期。
02
为什么是蜂巢？
虽然越来越多的企业在用叠片工艺，但从该工艺占比看尚未成为主流。
这是由于叠片工艺在效率、设备成本和良率上，长期以来总体表现尚不如卷绕。
首先是效率低。汽车电子设计朱玉龙的数据，在方形卷绕机在极片长度 6000mm 时，动力电池卷绕的效率为 12PPM；但传统Z字叠片效率仅有 4PPM，效率仅为卷绕的1/3。
二是成本高。卷绕工艺一般一条产线需要10台卷绕机，需要投资绕3000万元左右；叠片工艺，一条产线的需要投资叠片装备为 6000万元，甚至更多。
当然具体的卷绕机和叠片机数量，分别与电芯长度和电池片数有关。
三是良率相对低。由于卷绕工艺更成熟，自动化水平高，一般来说卷绕的良率要高于叠片。
也就是说，叠片电芯整体性能要好于卷绕，问题主要集中在生产端，其短板能否改善呢？
哪里有问题，哪里就是机遇。率先号召行业采用叠片工艺的蜂巢能源，将目光投向了叠片生产工艺的革新。
由于没有历史产线的包袱以及卷绕工艺的退路，蜂巢能源有动力将很大精力都投入到叠片工艺的提高上，甚至可以做到下场参与设备设计。
作为电池企业蜂巢能源优势明显，其非常了解叠片工艺的瓶颈在哪里，可以做到对症下药。
（1）叠片效率不高，蜂巢能源就针对效率低的工艺进行改进。在叠片技术方面，蜂巢采用极片热复合与多片叠融合技术，将隔膜与极片提前粘接、裁切，完美解决了叠片过程隔膜张力释放造成褶皱问题。在效率方面，蜂巢开发多刀切与多片叠技术，效率相比原先提升超过200%。
（2）成本高，蜂巢能源通过创新和改进，实现同等产能下，叠片机设备总价明显降低同时设备单位占地面积同比减少超过40%，兼容性优于卷绕工艺。
（3）良品率低，就增加监控，降低精度差。蜂巢能源参与研发的设备，集成了极片放卷、裁切、叠片CCD在线监测、热压功能，缩短了极片卷料到叠片之间的片料转运，降低极片裁切到叠片间的加工精度差，大幅提升了良品率。
叠片部分工艺
高度集成化的第三代叠片技术还通过叠片后及时热压工艺方式，保证热压后极组的极片间处于稳定粘合状态，降低后工序造成错位风险，大幅提升良品率与产品安全风险。同时，增加了叠片CCD在线监测，保证叠片过程中对齐度不良可实时监测、不良剔除，使得产品缺陷检测能力大幅提升，进一步提升了产品安全性。
蜂巢能源在创新方面具备极强的动力，因为其要通过先进的生产工艺建立起属于自己的核心竞争力。
03
自建体系的优势：速度快、安全高、成本低
如何建立自己的核心竞争力？
起码一些重要的知识产权要是自己的。如果与设备供应商合作设计，一是很难掌握核心的知识产权；二是设备商恐怕也没有这个动力，毕竟在国内电池企业疯狂扩张产能的档口，锂电设备商的订单接到手软，对于锂电池企业个性化的需求或许很难做到立即响应。
大胆的蜂巢又做出了惊人之举，引入业外公司联合设计、生产设备。
都没有锂电设备生产经验，他们合作的风险巨大，但同时收益也很高。
令人惊喜的是，蜂巢能源成功了，而且从结果看，效果非常好。
他山之石可以攻玉。蜂巢是从造纸业、饮料业等设备吸收灵感，结合现有量产的叠片技术与机构，形成了创新的解决方案。
根据蜂巢能源相关负责人的介绍，从易拉罐产线得到灵感，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，效率大幅提升。
他们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全新的方案。
根据蜂巢能源的数据显示，通过工艺和设备变革，不仅实现单线产能的提升，同时可降低相当可观的制造费用。
引入外部企业的同时，蜂巢创新了商务模式：自己设计全套图纸和程序，再引入行业外有强大非标设备实力的供应商做代工厂，做到技术保密的同时大幅降低采购成本，也培养了粘性更强的合作伙伴。
这种模式带来了非常大的益处，即通过引入外部力量，建立了自己的供应体系。
根据上述负责人介绍，他们大部分开发团队来自行业外，通过正向开发与逆向开发相结合的方式，经过充分的头脑风暴行成初步方案，再逆向从现有设备的问题出发，最终形成方案。
对于业外的企业来说，蜂巢能源是他们进入锂电设备领域的桥梁。作为第一个客户，蜂巢能源既能帮他们积累经验，又能帮他们打响名号，立足行业。合作顺利的话，蜂巢或许会成为他们的稳定客户，生存得到了保障。
对于蜂巢能源来说，这些业外企业会以其需求为核心，既能够快速响应，又能获得比成熟锂电设备供应商更低的价格，没有品牌就没有溢价。
这样一来，蜂巢能源能够手握核心专利，既有话语权又有安全性。
这样的合作绝对是一次双赢。
04
备战TWH时代
是什么让蜂巢能源敢于放手一搏？
新能源汽车超预期的高速发展，宝贵的发展窗口时间不多了。
在订单爆增的情况下，电池企业竞相扩产，TWh时代正在加速到来。整车厂商而言，他们既需要电池供应商的规模化生产能力和快速交付能力，谁能够快速、稳定地提供产能，谁将是TWH时代的赢家。
TWH时代不能靠低水平工厂的复制，而应该提升单厂、单产线的效率。
这考验的是电池企业大规模交付的能力，对制造能力提出更高的要求，需要通过极简制造、极限制造、智能制造三大抓手来做到降本增效。
极简制造，减少电池的生产工序，降低成本、提高效率；极限制造，不断提升产品的良率，力求做到产品的安全、可靠；智能制造，提高产品的一致性和可靠性，进一步降本、增效。
蜂巢能源的布局
回顾2019年蜂巢发布叠片白皮书，让业内更多企业了解到叠片工艺带来的优势，将叠片工艺更快地在方形电池中流行起来。
蜂巢致力于提升叠片的效率，第一代叠片技术可以实现0.6秒/片的叠片速度；到第二代时速度就可提升到0.45秒/片；直到第三代亲自下场设计设备，速度提升至0.125秒/片。
蜂巢能源仅通过中端核心工序的革新，就将整条产线的效率翻了一番，杠杆效应明显。
搭上新能源汽车这趟快车的蜂巢，显然希望抓住这个机遇攀上高峰，欲剑指全球行业领军位置。
年轻的蜂巢能源富于创新精神，既善于发现行业短板，又敢于打破既有思维，在一系列创新突破下，已经在动力电池产业界占有一席之地。在工艺上的 精益求精，以及坚持不懈的创新，已经为蜂巢能源TWH时代的竞争打下了坚实的基础，未来可期。
