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。

苹果同学的2022新年第一场微博官方带货直播来啦[打call]

刚开年没多久,这期算预热!除了口碑好大家日常刚需返场的,新品不算多,但我选出来的一定是自己觉得好想推荐给大家的[虎爪比心],总第28场图文预告奉上⬇️:

1、筠子园广西武鸣甜弯弯沃柑:全国最大沃柑种植基地,素有“中国沃柑看广西,广西沃柑看武鸣”之称。皮薄肉厚,汁水多,糖酸比在16°-19°之间,酸甜适中特别好吃,是沃柑中的上等精品。虽然沃柑有籽,但好剥又甜,我的爱!!

2、山东雀斑维奈施苹果:黄金维纳斯表面有星星点点的果锈,也是它的专属特点。经过山东的雪冻和有机肥的滋养,大量甜分外涌,甜过市面98%苹果同胞。7年老树,零污染,零添加,被评“果王”,连获金奖。怎么形容它呢,不硬又不沙,很甜,孩子喜欢!

3、善品公社江西石城白莲:助农品,试吃推荐!我家煮杂粮粥必备,和普通的干莲子不同,特别软糯。江西的石城县种植白莲有一千多年的历史,是“中国白莲之乡”,颗大粒圆,肉厚,炖煮易烂,医用价值高,煮粥随便加点,或者清炖成莲子汤,有清心降火、降血压的功效。

4、逮虾记大户人家虾滑:本期超级推荐的一个新品,以我的口感评价,真的很好吃很好吃!来自于中国四大渔场之一的北部湾渔场生产的北海大虾,虾青素是正常虾的2倍。首创3:1:1配比,每一口都是弹牙、紧实、肉厚。2斤鲜虾才能产出1斤虾滑。每150g中有35-40只虾。品牌搭建了国家级检测中心,每批次都会通过微生物检验。质量有保障。对了,不止可以烫火锅吃,因为带了不同的汤料,可以做各种虾丸汤。

5、开鑫豆乳:几次直播返场,收到太多太多同学的好评,几乎每天都有晒单,铁粉群总是有晒单和推荐。如果你和我一样热爱豆制品,强烈强烈强烈推荐!!!也一定会持续购买。因为技术太牛,口感太好!每次直播都有介绍品牌背后的故事,日本纯进口做豆乳的生产线一条2000多万人民币,那口感绝对只能在日本喝到。我超喜欢!早餐喝了几个月了。推荐给办公室姑娘们都说味道很纯天然。是国内第一条全豆豆乳产线。全豆仁工艺,二次高温杀菌釜灭菌,没有豆腥味,口感丝滑,豆乳浓厚。配料简单到你不敢相信:只有东北黑土地的非转基因大豆和饮用水。

6、秋田满满卡通奶香小馒头:卡通小馒头这次升级了,是专做孩子辅食零食的“秋田满满”,这次的豆沙的格外好吃!!这个收到别给孩子看到,放冰箱藏起来,早餐蒸上可以冒充妈妈做的爱心包,超好吃又好看啊!可以增进母子感情的,特别推荐!手工制作,不添加白砂糖、盐、色素、香精、泡打粉、防腐剂。

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19、Oneaday抗糖美肤丸:我已经吃光一瓶,我吃保健品并不按顿准时,很多都交叉着吃,也会担心吃多。但只要这几天水果多了,奶茶多了,我就会吃个抗糖,说实话,吃个心安我就吃!500强企业德国拜耳集团旗下品牌。平常防晒不够,饮食不规律,熬夜和碳水等都会导致肌肤胶原蛋白糖化。添加4大核心成分,阻断自由基,促进新陈代谢,抑制糖化,淡化黑色素。持续6周后,可改善肌肤老化问题,提亮肤色。但这款,真的似乎有效!

20、Nutrileya口服防晒胶囊:夏天来了!你觉得这款必须试试,内服的防晒试过吗??!意大利创新精准植物疗法品牌。添加水龙骨提取物,以及维生素E 、β-胡萝卜素等整套防晒抗氧化体系,临床证实能够给肌肤提供防晒保护,抵御紫外线伤害,减少红斑和黑色素沉淀过度,预防皮肤光老化,黄褐斑。

21、MT防晒乳液:✅返场,防晒内外兼修,夏天才不怕。很多人要求补仓的,日本湘南美容指定的专业院系品牌,找品牌让再返场的,已经是我心目中和法尔曼、CPB并列的好防晒了!并且因为完全的无刺激超温和和极度轻薄,还有0搓泥!!妆前、妆后、医美后,都毫无负担!上次买过超多好评。

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23、未读《冬奥简史》:冬奥会刚刚结束,正是普及兴趣学科的好时候,所以选了未读的这本书。主要围绕冬季奥林匹克的历史脉络展开,对1924-2018年已举办过的23届冬奥会的办赛理念、组织模式、赛事概况、文化影响进行了全面细致的梳理和阐述。冬季奥林匹克是怎样构成的,哪些是时代背景、自然条件赋予的,哪些是冬季奥林匹克自己生成的特性?

24、未读《DK基因大百科》《DK微生物大百科》:从小小的种子到身边的人,DNA存在于每一种动植物中。为什么我们的眼睛颜色不同?为什么长得像爸妈?DNA证据如何帮助抓获犯罪分子?丰富的插图、清晰的图表,让孩子深入了解DNA及其在所有生物中的作用,以及它是如何塑造我们的生活的。延续让孩子轻松理解遗传学知识。《微生物大百科》在疫情时代读起来就更容易理解和学到知识了,这两本热销书!推荐。

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耕而陶聊茶:二十五.三红七绿为青茶 (1、青茶溯源谈虎丘)

六大茶类中的青茶也叫乌龙茶,俗称半发酵茶,它的主要产地在我们国家的福建、广东、台湾三省。最具代表的品种就是闽北岩骨花香的武夷岩茶,闽南安溪铁观音,广东潮州的凤凰单丛,台湾的乌龙茶。从历史文献上看,这四个地区产生乌龙茶的先后顺序首先是福建武夷,其次安溪,再次台湾,最晚为广东潮州。

青茶制作讲究,鲜叶的采摘,不能过嫩也不能过老。太嫩,咖啡碱、茶多酚含量高,糖类跟形成芳香物的前导物低,成茶滋味苦涩、香气低。过老,内含物质低,纤维素含量高,茶汤亦差。所以要在茶树新梢的顶芽形成驻芽的时候采摘小开面儿或大开面儿,俗称“开面采”。这时候茶树鲜叶中呈苦涩味道的脂型儿茶素减少,糖类增加,嫩梗里产生了较多的氨基酸,香叶醇、苯乙醛等香气成份增加。接着通过萎凋使鲜叶轻度失水,破坏叶绿素,令氨基酸与可溶性糖类增多;蛋白质分解,低沸点的青草气得以挥发,如此就为香高、味醇、耐泡的优质成品茶的形成奠定了坚实基础。

接下来开始做青。做青用一个词来讲就是叶片的“死去活来”,这形容的是摇青跟凉青交替过程中茶树鲜叶的状态。通过摇青,鲜叶跟嫩梗里的水分缓慢散发,使得生机勃勃的叶片一下子变得“垂头丧气”;把摇过的叶片放置一会儿,嫩梗里残留的水又重新分布到了叶子表面,叶片接着展现出生机勃勃的样子。如此反复交替,我们就看到了鲜叶不停地“死去活来”,也有人把这个过程称作“走水”、“还阳”。摇青过程会让叶片边缘不断受到震动和摩擦,令边缘细胞逐步损伤,使得多酚氧化酶对儿茶素渐进氧化。当鲜叶的含水率下降到一定程度,叶子的颜色由绿转淡绿、黄绿,叶片边缘出现红斑并且花香开始出现,就要果断杀青,钝化叶片中酶的活性,终止叶片内儿茶素的氧化,保留巩固茶的内在品质。再经过揉捻、烘干、焙火等工艺终成青茶。

清崇安知县陆廷灿的《续茶经》约作于雍正十二年(1734年),在书中他援引王草堂《茶说》所述:“茶采后,以竹筐匀铺,架于风日中,名曰晒青。俟其青色渐收,然后再加炒焙。阳羡闬片,只蒸不炒,火焙以成。松罗、龙井皆炒而不焙,故其色纯。独武夷炒焙兼施,烹出之时,半青半红,青者乃炒色,红者乃焙色也。茶采而摊,摊而摝,香气发越即炒,过时、不及皆不可。既炒既焙,复拣去其中老叶、枝蒂,使之一色。”。看,采后晒青、摇青、炒、焙、拣梗,在那时候主要的青茶工艺已经展现无遗。王草堂即王复礼,是明代心学大家王阳明的后人,《茶说》成书应为清初。清康熙四十七年(1708年)已六十有七的王草堂受福建抚台之聘来闽,寓居武夷山。后一直隐居于此,潜心向学,前后经历了王梓、梅廷隽、陆廷灿三任崇安令,终老于武夷。王草堂在《茶说》中记录的有关武夷茶制法的文字对考证乌龙茶起源来讲弥为珍贵,泽被后人。

新事物的出现是有前提条件的,乌龙茶在武夷山的诞生也不例外。明洪武二十四年(1391年),朱元璋一道诏旨,令茶废团改散,“岁贡上贡茶,罢造龙团,听茶户惟采芽茶以进”,把团茶都废掉,喝散茶。明代沈德符所著《万历野获编·补遗》里也记载:“国初四方贡茶,以建宁阳羡为上,犹仍宋制,碾而揉之,为大小龙团。洪武二十四年九月,上以重劳民力,罢造龙团,惟采茶芽以进。其品有四:曰探春、先春、次春、紫笋。茶加香味,捣为细末,已失真味。今人惟取初萌之精,汲泉置鼎,一瀹便饮,遂开千古茗饮之宗,不知我太祖实首辟此法。陆羽有灵,必俯首服。蔡君谟在地下,亦咋舌退矣。”。沈德符的歌功颂德稍显肉麻,但放小牛出身的朱皇帝废团改散可真是对茶的一次大变革,条索型散茶方便揉捻、发酵,它的大量出现,为自明以降茶类的百花齐放奠定了基础。

说乌龙茶的诞生,不得不从明代冠绝天下的虎丘茶讲起。有朋友说,虎丘茶不是绿茶吗,跟乌龙茶有啥子关系。外行了不是,没有虎丘茶,就引不出两百多年后乌龙茶在武夷山的诞生。静下心来,慢慢听吧。

到过苏州的朋友都知道,苏州的虎丘,相传是吴王阖闾墓冢所在地,其墓道口就在剑池深处。《史记》记载吴王阖闾葬于此,传说葬后三日有“白虎蹲其上”,故名虎丘。《苏州府志》说茶圣陆羽在贞元年间(约796年)曾长期寓居苏州虎丘,一边著书,一边研究茶学。他发现虎丘处有一泉水,汲水饮茶,质甘清凛,为水之美者。于是就在虎丘山上挖石筑井一眼,此井被后人称为“陆羽井”,亦称“陆羽泉”。

陆羽泉被唐代品泉家刑部侍郎刘伯刍评为“天下第三泉”。明代王鏊曾赋诗:“翠壑无声滑碧鲜,品题谁许惠山先?沉埋断础颓垣里,搜剔松根石罅边,云乳一林沆瀣分,天光千丈落虚圆。闲来弃置行多恻,好谢东山悟道泉。”。现在的陆羽井为一长方形水池,约一丈多见方,井四周石壁陡峭如削。石肌天然,色呈褐赭,秀若铁花。从前宋代苏东坡来此游赏赞其为“铁华秀岩壁”,后人遂将其称作“铁华岩”。“铁华岩”这三个字后来被清代范承勋手书,并将其刻于石壁之上。凡今游山的怀古之士无不至此一睹这“陡崖垂碧湫,古苔铁花冷,中横一线天,倒挂浮图影”的泉石盎然之境。

说到这儿,要澄清一个事情,有人说虎丘茶是陆羽带到苏州种植培育的,其实这是一个误解,虎丘茶的种植跟陆羽没有一点关系。从两点可以看出来,一,陆羽的《茶经》大约是在公元780年完成的,陆羽《茶经》里并没有关于虎丘茶的记述。这也是后来清顺治年间广东人陈鉴著《虎丘茶经注补》的原因。二,唐代诗人韦应物(737年~791年)在唐德宗贞元四年(788年)七月到苏州任刺史,至德宗贞元七年(791年)卒于苏州官舍。陆羽是在韦应物逝后五年才来虎丘。在任上,韦应物写下了脍炙人口的茶诗<<喜虎丘园中茶生>>,诗中写道:“洁性不可污,为饮涤尘烦。此物信灵味,本自出仙源。聊因理郡余,率尔植荒园。喜随众草长,得与幽人言。”。可见,彼时虎丘山上早已长有茶树,非陆鸿渐所植。

《元和县志》记载虎丘所产之茶:“叶微带黑,不甚苍翠,烹之色白如玉,而作豌豆香,性不能耐久,宋人呼为‘白云茶’。”。在宋代,已经出现了虎丘茶的影子。明末苏州状元文震孟(1574年~1636年)就说:“吴山之虎丘,名艳天下。其所产茗柯,亦为天下最,色香与味在常品外。如阳羡、天池、北源、松萝俱堪作奴也。”。卜万祺,明天启元年(1621年)举人,崇祯时官广东韶州知府。他在清顺治年间(约1644年~1661年)著述的《松寮茗政》里写到:“虎丘茶,色味香韵,无可比拟。必亲诣茶所,手摘监制,乃得真产。且难久贮,即百端珍护,稍过时,即全失其初矣。殆如彩云易散,故不入供御耶。”。

清顺治年(1655年)广东人陈鉴侨居苏州,感:“陆桑苎翁《茶经》漏虎丘,窃有疑焉。陆尝隐虎丘者也,井焉、泉焉、品水焉,茶何漏?....予乙未迁居虎丘,因注之、补之;其于《茶经》无以别也,仍以注、补别之,而《经》之十品备焉矣。桑苎翁而在,当哑然一笑。”。于是陈鉴著《虎丘茶经注补》。他在文中对虎丘茶的生长、品饮做了记载,他说虎丘茶树“花开比白蔷薇而小,茶子如小弹”,生长在“虎丘之西,正阳崖阴林”,“虎丘紫绿,笋芽卷舒皆上”,“鉴亲采数嫩叶,与茶侣汤愚公小焙烹之,真作豆花香。”。

清朝的《虎丘山志》载:“虎丘茶,出金粟房。叶微带黑,不甚苍翠,点之色如白玉,而作豌豆香。”。金粟房是虎丘山上寺院之一,这段文字点出了“虎丘茶”的出处。综上,我们可以知道,名艳天下的虎丘茶是明代虎丘山中寺庙和尚种植、制作的。

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