蜂巢能源的短刀片电芯生产和发展路线

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蜂巢能源近日举办了一次小规模的金坛工厂参观活动,主要介绍短刀电池的智能制造过程,我整理分享一下我看到的内容。

蜂巢能源的短刀电芯产品,首次出现是在2019年4月上海汽车展上,然后在2021年底蜂巢能源发布“领蜂600”全域短刀化后占据了产品序列的C位,这次在蜂巢能源二期短刀电池工厂,“短刀”电池量产线落地,年产能为2.5GWh。

▲图1.短刀磷酸铁锂的生产落地

Part 1

短刀的生产过程

在二期工厂的8GWh产能里,铁锂和三元(含无钴)大概占了一半。预计2022年,在各个电池企业里面铁锂估计占比都在50%以上。

现场可以看到,锂电池的第一道生产工序匀浆也是按这个比例安排的,单个2300L大容量双行星搅拌设备,每罐浆料对应600KWh(纯电动车10辆左右)——这部分其实和电池的最终形态没直接的关系。

▲图2.现场看到的化学体系的比例

比较明显的是第二道的涂布工艺,短刀电池的长度(近600mm)比普通电芯(148mm或者220mm)更长,涂布的宽幅、速度、精度决定了电池极片生产的效率和品质。在现场能看到1400mm超宽幅涂布机,一次出两列,涂布速度也非常高(80m/min)。幅度宽了,为了保证涂布精度,需要在涂布设备上设置三套β射线在线面密度检测系统和两套CCD实时涂宽检测系统,来实现数据实时检测和控制,保证涂布的自动闭环管控(面密度控制在±1.5%以内,正反面错位≤0.5mm)。

▲图3.短刀相比之前的宽幅涂布有很大的变化

在辊压工序中,整体工艺没有很大的差异,由于幅度比较宽,通过正极热辊压,负极双辊连续滚轧,在辊压机上进行电磁加热、红外线在线烘烤、在线激光测厚、废料边去除等技术集成,效率还是有很大的提升。

在模切工序,蜂巢能源应用了激光模切,节省模具投入和设备维护的费用,模切效率也得到40%的提升(30m/min提升至40-50m/min)。

在这里的最大挑战是激光过程产生的毛刺,需要检测层面非常精细化的算法。下一步产线的提升,主要依靠卷对卷模切+切叠一体设备,在工艺层面进行集成。

对于刀片系列的电池而言,某种意义上是从软包进化过来的(叠片工艺的电池生产),叠片速度一直是行业痛点,在这里看到的是双工位叠片效率高达0.4s/片,已研发完成的下一代超高速刀片式电芯极组成型设备,叠片效率可以做到0.125s/片,配合电芯的设计可以在电芯封装层面,对于卷绕极组成形效率形成实质性的挑战。

▲图4.高速叠片机

软包的电芯厚度瓶颈,在刀片设计的理念下,其实突破了。所以这颗磷酸铁锂的电芯,在21mm的厚度下达到了184Ah,还有进一步增长的空间。

▲图5.双卷芯的设计9mm合成21mm的厚度电芯

从生产的过程来看,二期工厂相比于之前看到的一期,在细节上有很多的改进,主要是兼容性方面:二期兼容了VDA、短刀两种不同的设备,在细节方面诸如传输设备方面作了改进,特别是导入了卷芯磁悬浮的物流体系,加上改进的AGV运输物流,极大的提高了节拍和效率。在参观过程中,工厂配置的人员又少了很多,而加入了更多的检测手段,通过强大的软件系统和数据分析来提高工艺直通率,变得更加智能化了。

走低成本,高体积利用率的路线,从VDA电芯一路演化到刀片,整体的卷芯到Pack效率还是非常靠前的。从目前来看,围绕电芯层面的革新,比围绕Pack结构的设计,能够使得电芯在制造层面的成本的降低,在Pack层面也会提高成组效率,降低电池系统的重量(能量密度提高),而且Pack内部的零部件数量减少,特别是相关结构件的减少,有效实现电池系统的成本目标。最终,电池安全性能也会进一步提升——对于方壳而言,薄的电池相对更安全。如果不往宽度方向做文章,往厚度扩展,对于电池安全的影响是很大的(散热面小,热导不出来,内外部的温差大)。

▲图6.刀片电芯的成组率,真的是非常高效的

Part 2

技术发展方向

●围绕全域短刀电芯的迭代

在技术交流环节,比较有意思的话题就是围绕短刀电池的进化。

由于目前磷酸铁锂材料技术的进展,可以在工艺环节和材料环节做进一步迭代。对于电池企业来说,最喜欢的进化方向就是这样:在电池生产线,电芯尺寸、电池系统和整车接口,什么都不需要变,直接能通过多迭代实现能量密度上5%、10%的升级。

蜂巢能源在短刀电池升级的路径上,不管是磷酸铁锂混磷酸锰铁锂,还是磷酸锰铁锂混三元,都在同时进行开发。今年底到明年还会陆续推出第二代和第三代,能量密度也将进一步提升。

从研发逻辑上来看,原材料的来源非常广泛,是更好的解决方案,为整个行业的进步和电动汽车的竞争力的增强,提供非常大的贡献和价值。磷酸铁锂和铁锰锂的下一步,是开发快充能力,目前的高性价比产品是配置1.6C快充能力,下一步开发2C-2.2C的铁锂,然后往4C方向上开发磷酸铁锂。

●高镍电芯开发

围绕低成本磷酸铁锂技术路线的出现,会逼着三元进一步向上,也会逼着无钴进一步向上,通过提高高镍的克容量和提中镍的电压,2022年上半年量产4.4V高电压产品和2022年年底(或者2023年初)无钴4.4的产品也会推出。这个技术方向上面,首先可以配合快充的设计,实现高性能电池的路线。

▲图7.围绕短刀的设计,主要迭代的是性能

做电池有意思的地方,就是产品一直在进化:产线通过不断的升级,改进效率和良品率。平台化可以适应多数客户的Pack设计,这是产品灵活性所带来的。

随着2021年新能源汽车市场的狂飙突进,2022年电池成本受到上游原材料上涨不断提升,这需要电池厂家和车企一起来承担,而2022年能看到新能源汽车的产品结构可能会有所调整。

目前每个电池公司面临的成本压力都是非常大的,但是这种压力是阶段性的压力,随着天气变暖,上游供给包括盐湖生产供给和矿山的锂的供给会增加,在国内外的共同努力下会得到逐渐的缓解。

在从材料端来看,蜂巢能源从2021年年中开始做了大量的行动,包括上游的一些原材料的锁定(锁量、包销、预付),有铺垫以后,整体材料供应能满足2022年全年的需求量。在成本的控制上要多重并举:除了提早地锁定一些原材料买进之外,还要做技术创新来降低成本——国产原材料的替代,新化学体系的使用,通过调整结构吸收一些成本的上涨。

预计在2022年,相比去年,蜂巢能源的磷酸铁锂比重会增加(超过50%),短刀电芯的比例也会增加。现在全球规模(300GWh)不是很大的情况下,供应链都已经出现了比较大的供应风险和挑战,未来成几倍,十倍的增长,到TWh时代电池材料的供应挑战会更大。从长远来看,蜂巢能源会自制一部分核心的原材料,并对上游原材料端进行一些投资,会对下一代电池技术的原材料进行一些投资。

从设备端来看,电池公司80%的投资是设备,需要以更高的生产效率和更智能化的,少人化的产线的设计,来规避未来人工成本上涨,来规避制造成本高的问题,同时做了柔性化的高效产线设计,短刀产线兼容300-500多毫米。电池制造过程中产生的海量数据如何利用起来,对提升产品质量,缩短制成周期都有非常大的好处。蜂巢能源专门做AI智能制造的落地,在电芯制造精益上做文章。

另外,蜂巢能源很有意思的是人才战略,随着品牌影响力的提升和规模扩大,本身公司开放,具有新势力思维的企业文化,在人才招引说是比较成功的。对于员工的激励,不只是围绕薪水,包括合伙人制度的推进、员工持股等措施其实都能让企业的发展更稳定。

小结:电池做到现在,对一个企业从技术、设备、上游材料和人才全方面提出了要求,随着车企的入局,整个电池产业会呈现出我们之前看不到的多元化色彩。

冯柳:如何研究行业

冯柳:行业有共性与个性的区分,我过去提过,共性行业应选行业最低成本和较高管理能力的龙头企业,个性行业可以接受非龙头和低管理,但必须对其赢利能力和回报前景,以及市场占有率的发展有较高的要求。

双方各有优劣。一般来说,共性行业的防御低进攻性强,比较适合优势企业迅速发展,个性行业防御高进攻性弱,但不容易快速扩大。

所幸的是,白酒业兼具了共性与个性的双重特点,品牌及产品内涵上具备独特的个性,但从生产与流通的角度上又具备比其他消费品更强的共性,比较容易大规模生产和远途奔袭,相对与其他食品领域,白酒单位价值高的特点更适合长途运输,瓶装材料较塑料和纸质包装损耗更少且适合大规模仓储,无保质期的约束,适合多环节和大面积的市场渗透、更方便厂家对渠道的管理、减少营销,或生产失误对市场的冲击和后遗症发生。相对高的销期货期比重,以及更大的渠道空间,更使困扰普通消费品近地周转率高导致的”产地-渠道壁垒”不复存在。

也就是说,大部分的消费品是明处竞争激烈、暗处步步为营导致的毛利不高、费用高,攻城难、守城更难的话,白酒正好全部反了过来、这种在消费者识别上的个性与生产营销上的共性结合起来,就成就了白酒业完美的商业属性。

在行业选择中,我最重视的就是“体量大小”与“集中度高低”了,因为这意味着其潜在发展空间和安全边际。体量决定企业未来的发展空间,而食品饮料业最大分支就是白酒,数干亿的收入规模足以支撑巨型公司的形成。低集中度则令行业内的优势企业不容易受景气和宏观经济与行业政策的影响,对行业影响的任何因素,都有可能演变为优势企业的利好,因为坏的因素总是最早作用于强势企业使之进一步丧失与优势企业的抗衡能力。

当然,还需特别提出的是,行业特点并不代表所有子类。比如高端酒这块的集中度倒可能是快销品中最高的,体量规模也相对较小,或许不久就会进入到拼刺刀阶段。因为这个高端白酒子类,整体只有5万吨的需求,而茅台一家的远景规划就高达4万吨乃至以上。这也是我之前从茅台转换到汾酒上的主要原因。

对大部分上市公司来说,股东支付的价格往往比看上去的高很多,因为企业的价值是由未来现金流贴现决定的。我们知道,债权人有着比股东有更优先的索取权。所以,我们看到的市值,并不是你实际支付的价格,要完全拥有它还必须进行债务扣减和相应息税的调整。也就是说,有的票看上去是15倍实际上或许都超过25倍了,当然,也许有人会说,我只管自己能得到多少回报就好了,但要知道,没有发生不代表没有风险和相应的支付,所以,大部分白酒的零生息负债使其成为最干净估值的板块。

另外,很多伟大企业的诞生并不伴随的伟大投资机遇,就是因为它们的发展机遇被许多新增股东分享了但是,白酒行业近乎没有的增发(圈钱),确保机遇留在了自己手中。对大部分人来说,自己权益的增长远比公司的伟大更具实际意义吧。

以上我们可以看出,从整体上,白酒业仍然是食品饮料里最适合资本投资的领域,过去是,未来仍旧是。仅从集中度,赢利性和安全性角度上看,乳业、啤酒乃至红酒从整体上都不具备与白酒抗衡的优势,这也是我多年来最关注这个领域的原因所在。

冯柳:当然,有朋友可能会说,汽车业低估值不光由于国际市场,更是从它的行业特性来进,这是个比较难回报股东的产业,相对于食品饮料、医药、零售等行业来说,目前(2006年4月)给予的估值并不太低。

怎么讲呢,从整个行业来说,这个看法有道理,我也非常认同,但投资不能有偏见,对特别好的企业,我们也需要具有个体估值的自信心。像电脑业、航空业,都是公认的毁损价值的行业,但其中仍旧出现了曾经的戴尔、西南航空这样的超级牛股。

所以说,认清行业特性,把握企业个性才是中肯之道。

冯柳:我是机会驱动(传承福格书院贾阳阳:基于对市场大量真实交易行为反馈出的对基本面思考的理解之后发现的机会)而非研究驱动,所以不存在我偏好与不偏好哪个行业,当然,会有熟悉与不熟悉之分,它决定我进入这个领域的方式和姿势。如果对某个行业不熟悉,我就只守正不出奇,只选择大家有共识,并且都祖对认可的企业标的,不会去挑选自己觉得好的标的。而在我熟悉的领域就会去出奇,可能会挑选一些市场有分歧的标的。

在某个股票上你赚过钱,持仓时间长了自然就会熟悉,但是做哪个股票不是由熟悉与不熟悉决定的,是由机会决定的。

我2015年底成立产品时花时间研究最多的是豪车4S店与博彩,都是很不熟悉的领域。虽然事后顾虑太多没有做好,但选题还是对的。

可能对一些领域我不熟悉,但我也会去做,前提是你得知道自己不熟悉,所以要借鉴其他人的看法,入界宜缓。

像今年新关注的那些行业,其实严格意义上都是我以前没做过的。能源、化工、公用事业、零售、医药、汽车、设备制造、原料中间体、互联网等今年都关注过,当然医药以前也经常做,但分支领域很多,生意模式也不尽相同。

之所以这么做,主要原因是我熟悉的行业从去年(2017年)开始就处于中高位,市场已经演经过了,我比较喜欢没有演绎过的品种,演绎过的品种我可能会持有但不会去开仓,哪怕后面还有很大的空间,我也不会去买。

因为我觉得,相对于原来持有的人,我没有优势,毕竟别人早你一两年持有。我不会因为一个股票后面还有大机会就会去做,我更多的去想会不会吃亏。我在选择标的的时候,会比较多地从博弈的角度去思考,但是我持有的时候,是没有博套心态的,就是纯投资角度的持有。#投资##价值投资日志[超话]#

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