探秘蜂巢“短刀”電池工廠

蜂巢能源亮相之時，打出“疊時代”旗號，要以疊片工藝打天下。從此，VDA電池，疊；MEB電池，也疊。

2021年蜂巢能源電池日，蜂巢宣佈將其電池全系“短刀”化。所謂“短刀”，是薄長條形方殼電池，最長將近600mm。

這麼長的電芯，疊起來很難對齊。還疊嗎？

還疊。

而且速度還要提升，要能和大多數方殼電池廠的卷繞工藝PK。

真能做出來嗎？

2月25日，我有機會走進蜂巢能源常州工廠二期的“短刀”產線，見證“短刀”生產的過程；此後，又和蜂巢能源董事長楊紅新等高管交流電池的研發和生產。

“‘短刀’的產線和全球其他所有電池產線比，都是非常先進的……我們對產線非常有信心，能造出高質量的電池。”楊紅新說。

在搞定第一代“短刀”的研發、生產之後，蜂巢能源還要在“短刀”上持續做文章：高比能的、高倍率的、材料更豐富的……都有佈局，以應對國內外對手的持續出招。

像蜂巢能源這樣的動力電池企業，很多人以爲就是生產製造，並沒有什麼技術含量。但是，在國家戰略新興產業下，蜂巢能源研發無鈷電池等新產品、研發應用疊片工藝、機器視覺、人工智能等新技術，都是全球科技前沿的拼爭，也面向蓬勃發展的電池市場需求。

無論是研發還是生產，這都是妥妥的硬科技，也是支持蜂巢能源快速增長的核心動力。

01

“短刀”良率近90%

蜂巢能源2018年2月成立。首個工廠落地常州，2019年底一期就建成；2021年三季度，二期又建成投產。速度很快。

二期8GWh產能中，其中有一條是蜂巢能源特別看重的“短刀”產線。蜂巢希望用“短刀”品類，來兼容乘用車、商用車、儲能等市場的需求。

蜂巢能源“短刀”電池

“短刀”絕對是蜂巢能源戰略級別的產品。

和比亞迪的刀片電池相比，蜂巢能源的“短刀”也是長薄型鋁殼電芯，但是長度較短，不到600mm，而比亞迪刀片長度可達960mm。

蜂巢能源認爲，“短刀”有刀片電池的幾乎所有長處：體積能量密度高、可以作爲結構件做CTP，降低成本，易於散熱，安全性好。

此外，由於它的長度還不是太長，能夠適配80%以上的乘用車，包括和大衆系推行的MEB模組相兼容，還適合做儲能。另外，生產工藝也更好實現，做到更高的良品率。

這一切都是理論推導，2018年才成立的蜂巢能源，真的能將長達600mm的電芯做好嗎？

任務落在蜂巢能源常州工廠二期。

2021年三季度，蜂巢能源常州工廠二期投產，可以生產三種規格的電池：VDA、MEB和“短刀”。

無論是哪種電池，生產工藝流程大致類似，分爲勻漿、塗布、輥壓、切片、疊片（或卷繞）、裝配、注液、化成等。

一般的電芯生產流程

就蜂巢能源的“短刀”品類而言，難點在於塗布、輥壓、模切和疊片等工序。因爲長度達到近600mm，塗布的面密度和對齊度就有很大難度；模切過程類似，要切得非常精準；而疊片工序，必須疊得很快，還要疊得很齊。

在塗布工段，我們參觀了正極塗布工序。這一工序中的塗布機，能夠分兩列塗1.4米。蜂巢能源董事、工藝資深總監劉小安介紹，這是業界最寬的塗布機之一。

評價塗布工序的好壞，主要是三個指標，速度、面密度和塗布位置的準確度。蜂巢“短刀”的塗布工序能做到的水平是：塗布速度到80m/min的水平，塗布面密度控制在±1.5%以內，塗布正反面錯位≤0.5mm。

劉小安說，這幾個指標都是業界最好的水平。

“短刀”正極的塗布工序產出物

在塗布之後，需要對極片進行輥壓，以確保正負極和基材緊密貼合，以及實現高能量密度。“短刀”片的極片很長，輥壓難度也大，因爲必須做到整個極片的高度、密度都高度一致。

這一工序段還有一個難點，在輥壓過程中，料區的鋁箔片和無料區的鋁箔片，應力不一樣，容易發生斷帶。

輥壓工藝

這需要鋁箔很好的延展性。鋁箔在被加熱的情況下，會有更好的延展性。業界一般的解決方案是熱輥壓，即輥壓機是加熱過的。蜂巢的輥壓工序特別之處是，提前通過電磁加熱，加大鋁箔延展性，因爲僅僅輥壓時加熱，效果有限。

在輥壓環節，蜂巢能源“短刀”的CPK做到大於1.33（相當於該工序段產品的理論合格率=99.993%）。

在模切環節，和蜂巢能源一期產線不同，二期蜂巢都採用了激光模切工序。激光模切精準度更高，產生毛刺小，也不用模具，速度也更快。這一模切線相比一期，從每分鐘切30米，提升至40-50米。

切片之後，就到了蜂巢最核心、也最有競爭力的疊片工序了。在國內，方形鋁殼技術路線的企業，一般都採取卷繞工序，因爲速度快，設備也較爲簡單。疊片工序原來一般用於軟包電池。

但是，疊片電池的安全性更好，能量密度也更高。因此蜂巢剛剛亮相，就確定以疊片爲技術路線，併成爲高速疊片工藝的引領者。

在一期，蜂巢能源已經實現了業界最快的0.6秒/片的疊片速度。在二期，蜂巢Z字形疊片機，已經實現了0.4秒/片。另外，在二期產線一個被圍擋起來工序上，蜂巢再進一步，實現了0.125秒/片的疊片速度。

劉小安說，0.125秒/片的疊片速度已經可以叫板卷繞工藝。一般卷繞的速度是0.2秒/片。

疊得快的同時，還得疊得準。劉小安介紹，現在“短刀”疊片工序的對齊度精度是±0.3mm，達到了業內最好的水平。

疊片工藝

在疊片工序之後，疊好的極組要送去裝配。在這兩個工序銜接的物流段，蜂巢能源採用了業界首創的磁懸浮物流線。和傳統的皮帶物流線相比，磁懸浮物流線速度快達到3米/秒的速度，是業界一般水平——0.3米/秒的十倍，而且異物抑制率提升了80%。

磁懸浮物流線

一方面是磁懸浮物流線沒有傳送摩擦，不會帶來粉塵污染；另一方面，是蜂巢還採用了AI技術，來設置磁懸浮托盤的加速、減速，防止撞擊。

疊片之後的極組，再經過熱壓、裝配、注液、活化、老化、檢測等環節就宣告完成。

“短刀”也就此誕生。

目前，方形電池越做越大已經成爲潮流，因爲能夠提升能量密度，並且和底盤結合，部分作爲結構件使用。很多企業也採用長薄形電芯，但是要麼做不了那麼長，要麼良品率上不去。

蜂巢能源常州工廠二期的“短刀”產線，不僅能夠將長達600mm的“短刀”生產出來，而且良品率也不錯。

楊紅新介紹，現在“短刀”產線還處在爬坡階段，但良品率已經到85-90%的水平。“我們的目標是能夠做到和傳統的產品一樣的水平——95%以上。”

02

硬科技成就智能製造

蜂巢能源“短刀”產線，不僅是全球最先進的電池生產線，也是智能製造的典範。

首先，這個產線應用了很多電池生產所需的高端裝備。

最典型的就是超高速疊片機。在蜂巢能源一開始打出“疊時代”口號時，還是從韓國尋找先進的疊片技術和設備。但是二期即將啓用的超高速刀片式電芯疊片機，就是蜂巢能源自己研發設計，委託設備廠加工的。

前面提到，這個疊片機疊片效率可以做到0.125s/片，超越普通卷繞工藝的效率，引領了全球疊片工藝的進步。

此外，在勻漿工序中，蜂巢採用了2300L大容量雙行星攪拌設備。劉小安介紹，這個設備的單體容量在行業裡是最大的，每罐漿料可生產純電動車約10輛左右。

其次，這個產線大量應用了機器視覺，幫助實現工業自動化和智能化。

“短刀”產線主要用了三種機器視覺設備：β射線檢測系統、激光檢測和CCD（影像）檢測。

β射線檢測和激光檢測是對檢測對象發出β射線或者激光，通過檢測β射線衰減情況或者是激光反射數據，來分析、測量檢測對象的厚度、大小、位置等數據。

而CCD檢測，就如同給被檢測對象拍了一張照片，然後將圖像信號轉換爲數字信號，再通過系統對信號進行運算，來判別被檢測對象的特徵。

蜂巢能源大量應用這些設備，來監測監測電芯生產品質。

比如在塗布工序上，蜂巢採用3套β射線在線面密度檢測系統和2項CCD實時塗寬檢測系統，來確保面密度的一致，以及塗布位置的準確性。

再比如，在輥壓工序，蜂巢採用了實時在線激光測厚技術，幫助輥壓厚度控制在±3微米以內。

還有，在模切工序上，蜂巢採用2套CCD檢測極片的白點、黑點、劃痕，以及尺寸是否符合要求。

對於人眼不能看出來的問題，機器的視覺可以做到無論鉅細，都一覽無遺，幫助把控產品質量。

疊片之前採用激光預定位

第三，蜂巢能源“短刀”產線大量採用了人工智能（AI）技術。

在蜂巢能源開始規劃建廠時，就以建設車規級動力電池爲標準，而要做到車規級，就必須大量採用AI技術。

AI要發揮作用，參照人類的智能，首先它要像人一樣，能有感官來獲取信息，因此，產線必須實現高度數字化，讓人工智能充分掌握產線的信息。

蜂巢能源在這一方面，通過人、機、料、法、環、測、時間等7維製程管控，實現過程超過2500個因子的監控，並可追溯到單電芯每個製程的過程數據。這些數據在手，AI對產線就一覽無遺了。

AI發揮作用的第二步，是學習。通過大數據的分析，AI逐步建立2500個因子的參數，和產品質量、數量的關係。這一過程中，蜂巢並不依賴它的供應商西門子，而是建立了自己的算法團隊，通過構築各種模型，來訓練AI。

AI發揮作用的第三步，是智能反饋、持續調優。在找到各個因子和產品質量、數量關係之後，AI就能尋找最佳參數組合，來提升質量或者效率。

舉例而言，在塗布工序中，β射線檢測系統和CCD塗寬檢測系統與塗布機是實時互動的。一旦檢測設備發現了面密度和位置的異常，就會自動調整塗布參數，讓塗布機執行，使其達到生產的要求。

當前，電池生產也已經成爲不同企業、甚至不同國家爭相佈局的業務。設備的先進水平、智能化水平，則是判斷電池工廠的兩大標準。目前，蜂巢“短刀”工廠，智能製造水平是領先的。

特別是人工智能。先進的設備可以購置或者模仿學習，但是人工智能的佈置和進化，需要時間和積累。

03

持續進化的“短刀”

蜂巢能源現在的“短刀”產線，生產的是磷酸鐵鋰電池，能量密度達到175Wh/kg。第二代“短刀”，能量密度能做到190Wh/kg。

能量密度的競爭，只是電池競爭的一項。伴隨電動汽車等應用場景的需求，電池還需要在快充倍率、材料供應的穩定和經濟、高安全性等許多方面展開競爭。

蜂巢能源的“短刀”如何應對呢？

蜂巢能源的策略是，在堅持“短刀”這一規格體系的基礎上，不斷研發、應用新的材料技術，以應對不同的需求。

在能量密度提升方面，蜂巢既有和同行類似的方案，也有自己堅持的方案。

“不管是磷酸鐵鋰混磷酸錳鐵鋰，還是磷酸錳鐵鋰混三元，我們也都在做。” 楊紅新說。

他介紹，採用類似技術，蜂巢2023年就會推出第三代“短刀”，能量密度會進一步提升。

楊紅新介紹，磷酸鐵錳鋰等技術實現了較高能量密度，對三元電池和無鈷電池也提出挑戰。

蜂巢的應對方案是，三元電池仍然堅持中鎳路線，但是提升中鎳的克容量和電壓。“我們2022年上半年就會量產4.4V中鎳高電壓產品。無鈷4.4V的產品也會在今年年底、或2023年的年初量產。”

楊紅新說，通過提升電壓、提升材料整體克容量，三元“短刀”能量密度有望達到250wh/kg，可以鐵錳鋰、鐵鋰拉開一定的差距。

在快充性能方面，蜂巢能源的提升路線圖是：“我們接下來所有的‘短刀’，1.6C是標配，我們正在開發2C-2.2C的鐵鋰，我們也在預研4C的磷酸鐵鋰。”

除此之外，楊紅新透露，蜂巢能源在研究硅負極，也在開發固態電池技術、鈉離子電池正極、負極、電解液等等。

蜂巢能源將有不同尺寸、不同快充能力、適合不同場景、覆蓋全域化學體系的“短刀”產品

對於電池材料的創新和進化，楊紅新認爲，“這就是做電池有意思的地方，但是小企業會跟不上，因爲要同時開發五代、六代產品，十幾種體系配合到一起。龐大的投入，資源的需求，人才的需求，未來幾年以後纔會見效益，只有像我們這樣重視研發，有一定資源的公司才能夠堅持下去，很多小企業是沒有辦法全面開花做這件事情的。”

確實，當前的電池產業，早已不是資源密集型產業，也是技術密集型產業。無論研發和生產，都需要鉅額的研發投入，生產設備、工藝創新和應用的投資。這使得電池企業的存活門檻，會越來越高。

2022年，蜂巢能源的“短刀”電池，出貨量有望超過2GWh，爲其全系“短刀”化打開局面。

“短刀”能夠揮舞多久？要看蜂巢能源持續研發和生產創新。

研發方面，蜂巢能源第二代、第三代“短刀”的研發已經進行。生產方面，首個“短刀”產線建成投產後，蜂巢能源已經積攢了經驗。下一個“短刀”產線，良率會更高、效率也會更高。

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