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。

#地铁安全#

在我国的城市轨道交通的运营公司中,我们对有关运营安全管理模式的研究还处在刚入门的阶段,短时间内还没有较大的研究发现。相对于现在而言,绝大多数运营公司对于建立一种城市轨道交通的运营安全监督和管理模型所需要进行的探究都比较浅显,没有探究出实际的管理模式。但是,也有一些企业对于运营安全管理模式的研究还是相对深入一些,他们在实践中吸取和借鉴了国外的经验,再结合国内城市轨道交通运营的特点,进行优化和改进,使得国内运营安全管理模式的研究能有序进行。

【#2月科学流言榜发布#】冬奥会是冰雪运动的竞技,所以天气越冷越好?服用黑芝麻丸能够预防脱发?餐前用开水烫一下碗筷就能消毒杀菌?2月28日发布的2022年2月“科学”流言榜告诉你,这些问题的答案都是否定的。每月“科学”流言榜由北京市科学技术协会、北京市委网信办、首都互联网协会指导,北京科技记者编辑协会、北京地区网站联合辟谣平台共同发布。

1. 冬奥会是冰雪运动的竞技,所以天气越冷越好
流言:
冬奥会是运动员在冰雪赛场上的比拼,为了保证赛场上冰雪的质量,让比赛顺利进行,冬奥会期间天气越冷越好。

真相:
低温不仅会带来体感上的寒冷,还会对比赛的成绩和安全性、运动员比赛器械及赛场设施等带来实际影响。
比如在雪橇、雪车、钢架雪车项目中,最理想的天气是0℃或低于0℃的晴天。雪橇、雪车和钢架雪车赛道上的“雪”其实是人造冰,厚度要达到5厘米以上,温度需要保持在-2℃至-3℃。
跳台滑雪是公认的成绩最易受天气影响的比赛之一,气温低于-20℃或高于0℃都不适宜比赛。如果气温较低,会让运动员肢体出现僵硬,当气温在-20℃以下或持续极寒天气时,雪质过硬,甚至出现比较厚的冰晶层,运动员落地时很容易摔伤。自由式滑雪也有类似情况,过低的气温对于运动员的体能和技术动作都会产生较大影响,增加运动员受伤的风险。
气温太高也不行,可能导致赛场出现无雪情况,温度过高也无法造雪。另外,高温还会给比赛带来一定风险,比如跳台滑雪项目在气温较高时,比赛场地积雪的湿度增大,变得松软,容易导致运动员受伤。因此,为了达到相关比赛的条件,国际奥委会在主办城市的选择上,2月份平均气温低于0℃就是其中一项核心指标。

2. 灵长类动物是最合适的异种器官供体
流言:
在异种器官移植领域,与人类亲缘关系最近的灵长类动物是最合适的器官供体。

真相:
实际上,灵长类的“近亲”们,并不是人类理想的器官移植供体。
将灵长类列为器官供体面临着包括技术、伦理在内的诸多问题。例如,灵长类中大多数物种体型较小,其器官性能和尺寸无法承担人类代谢的需要;灵长类繁殖率较低(平均十年一代),而体型较大的猩猩和狒狒,本身就处于濒危状态,也难以满足人类对器官移植数量的需求。它们还可能带有一些人类易感染的病毒,如猴免疫缺陷病毒和埃博拉病毒等,一旦这些器官移植到人体上,发生重组后可能产生更有害的病毒。
与灵长类不同的是,猪的器官大小与人类相仿,传染疾病风险较低,数量相对更为充足等优势。从性能参数来看,猪与人的体温均为 36℃~ 37℃,心脏大小、管道分布和动力输出,甚至心率(人的心率为60~100次/分钟,猪为55~60次/分钟)都相类似。可预见的器官移植范围包括角膜、皮肤、胰岛、关节、肌腱、韧带、肾脏、心脏、肝脏等多方面。目前在医学界,植入人体细胞的猪的心脏瓣膜已经用于患者治疗,猪的韧带肌腱移植也已经成熟,因此它们被认为是现阶段异种器官移植的最佳选择对象。

3. 干眼症就是眼睛缺水
流言:
顾名思义,干眼症就是“眼睛缺水”,所以勤滴眼药水就行了。

真相:
出现干眼症状一定要到正规医院就诊,随便用眼药水“补水”不仅不能解决问题,还可能延误治疗导致病情加重甚至失明。
干眼症,是由泪膜稳态失衡引发的眼表损害及不适症状,常表现为眼睛干涩感、异物感、烧灼感,眼红眼痒、视力模糊、疼痛、畏光流泪,严重的还会导致角膜损伤甚至视力损害。
角膜的保湿靠泪膜,而泪膜的最外层覆盖有一层睑板腺分泌的“油”,以防止水分过快蒸发,这层油就是睑脂。如果腺体分泌不出油脂了,就会造成睑板腺功能障碍型干眼。80%以上的干眼患者伴有睑板腺功能障碍。
对于“缺油”型的干眼症,一味用眼药水进行“补水”不仅成效甚微,还可能因破坏脂质层而加重病情。同时,眼药水中的防腐剂及其他化学物质,也会对眼表角膜、结膜细胞产生损害。目前正规医院的传统治疗方法是通过热敷熏蒸、睑板腺按摩、睑缘清洁,再配合人工泪液,来缓解干眼症的不适症状。

4. 服用黑芝麻丸能够预防脱发
流言:
网红黑芝麻丸能够“以黑养黑”,拯救发际线。

真相:
黑芝麻的黑来自一种黄酮类物质,但人体内黑色素细胞组成的氨基酸衍生物,跟黑芝麻中的色素不是一种物质,因此就算吃黑芝麻,并不能帮助体内黑色素的生成,减少白头发。
理论上,黑芝麻里的维生素B2可以预防脂溢性皮炎,但是要满足成年女性每天1.2毫克的维生素B2需求,得吃 500克以上,男性则要更多。绝不是商家、网红推荐的那样,随便吃一点就能达到期望中的效果。
此外,黑芝麻是一种油料种子的作物,它的含油脂量通常可以达到重量的一半以上。而如今的脱发者以“脂溢性脱发”为主,其皮肤油脂分泌多,真菌容易繁殖,引起毛囊损伤。如果进食过多的黑芝麻丸,还可能会加重油脂分泌,引起头皮的瘙痒、红斑等,并会造成体重和血脂的负担。

5. 花滑运动员天生转圈不晕
流言:
花滑运动员平均每场比赛要旋转近百圈,他们那么“能转”是一种天赋,普通人转两圈就晕了。

真相:
花滑运动员之所以转不晕,是因为他们在不停地训练,并非天生不会晕。
人们耳朵里的前庭系统是负责人体自身平衡感和空间感的感知系统,也是保证人在复杂运动中维持协调与平衡能力的重要结构基础。
人在原地转圈时,前庭系统半规管中的内淋巴液会按同样的速度转动,此时人体内一个特殊的感受器“壶腹帽”接收到这个信息,并反映给脑部,大脑就知道人在转圈。当身体突然停止旋转后,内淋巴液的移位一般持续3秒就会停止,但壶腹帽却需要经过25-30秒钟回到原有状态。因此,当人停止转圈后,会有一种朝相反方向旋转的感觉。
花滑运动员通过长期的训练,让前庭系统逐渐习惯了头部的空间变化刺激,对这些刺激变得“迟钝”,进而战胜了人体的自然反应,身体变得适应旋转,从而可以顺利实现高水平的姿势和平衡控制。

6.自酿酒、纯粮酿造的酒更健康
流言:
纯粮酿造的酒才是粮食精华,自酿酒、纯粮酿造的酒更健康。

真相:
酒对健康的影响来自于其中的酒精以及其他杂醇。实际上,不管是“纯粮酿造”还是“食用酒精勾兑”,其中的酒精都是通过粮食发酵而来的。只要是酒精,对于健康都有同样的危害。
另外,很多人推崇的“自酿酒”“土法酿酒”,其发酵工艺过程缺乏很好的掌控,后续往往没有规范的蒸馏操作,所以所含杂醇通常更高。一些杂醇对健康的影响比酒精还要大,这也是有时喝“自酿酒”“土酒”更加“上头”的原因。所以,从健康角度考虑,建议不要饮酒。对于那些自酿酒,则更要小心。

7. 磁暴对卫星杀伤力巨大
流言:
一次磁暴导致40颗“星链”卫星出现问题,说明磁暴对卫星的杀伤力非常大。

真相:
磁暴对卫星的影响,主要与卫星的设计思路和轨道位置两方面有关,并不能一概而论。
太阳耀斑爆发时,可能出现较强的太阳风,除了可能直接损坏卫星外,也会造成地球附近磁场产生大范围的扰动,这也就是我们常说的“磁暴”。自18世纪以来,太阳黑子活动基本上都是以11年为一个周期,在每个周期中都会产生几千几万次磁暴。大部分情况下,在轨卫星最多就是通信暂时受到影响,并不会因此坠毁,我们用不着谈磁暴色变。
那为什么“星链”卫星在磁暴中损失惨重呢?因为“星链”项目属于商业卫星,为了节约成本,会使用一些并不十分成熟的新技术,在恶劣的太空环境中,这些卫星的可靠性不像传统卫星那么高,一旦出现磁暴,往往更容易出故障。
另一方面,磁暴爆发时,常会导致大量带电粒子注入大气层,加热大气——高层大气原本很稀薄,可磁暴使其受热、密度增加后,空气阻力也随之猛地变大。这时如果卫星不能及时打开发动机升高轨道,就会像陷入“泥沼”一样,轨道越来越低,结局可想而知。而星链卫星恰恰就是在低轨道释放的,这些卫星因磁暴进入安全模式后,没能及时退出并打开发动机调整轨道,这是其批量受损的主要原因,而其他更高轨道上的卫星则不会受到这样的影响。

8. 孩子床头放柠檬,能帮助长高
流言:
柠檬会产生一种特殊香气,让孩子更好地进入睡眠。深度睡眠更多的孩子,身高是长得非常快的。

真相:
柠檬帮孩子长高的说法,没有科学依据。孩子能不能长高,除了受到遗传的影响,还和三个因素有关:睡眠、营养和运动。
睡眠对长高和智力发育确实有很重要的作用。但是绝大部分孩子并不存在入睡困难的问题,如果存在,想通过闻柠檬味来实现加速睡眠也不现实,因为柠檬并没有助眠功效,而且也不是人人都喜欢柠檬的气味。
孩子的身高除了受遗传因素影响外,与外部环境也有一定关系,主要包括睡眠、运动、饮食、情绪等四方面。家长可以通过让孩子保持充足并规律的睡眠,坚持运动,保证充足营养,以及保持良好情绪等,为孩子的身高助力。总之,一定要用科学的方式帮助孩子长高,必要时可向正规医院咨询。

9. 餐具用开水烫烫就能消毒
流言:
在外应酬聚餐前,记得先用开水烫烫碗筷,这样就能消毒杀菌,放心使用了。

真相:
吃饭前用开水烫碗,由于加热的温度和时间不足,不能保证杀死多数致病性微生物,其作用顶多就是冲下浮尘,图个心理安慰。
高温消毒要真正达到预期效果,必须同时具备两个条件:一个是温度,另一个是时间。举例来说,可引起腹泻的致病性大肠杆菌、伤寒杆菌、霍乱弧菌等普通细菌繁殖体,80℃热水需要5-10分钟、沸水需要2-5分钟才能杀灭;婴儿腹泻病毒需要100℃处理5分钟才可灭活;甲肝病毒在56℃可存活30分钟,乙肝病毒60℃能存活4小时,连续煮沸1分钟才能破坏它们的传染性;而要杀灭其他耐热能力更强的微生物,所需要的温度更高、时间更长。
但一般餐厅提供的热水热茶,为了避免烫伤,多在70℃-80℃左右。这些水倒在凉的餐具里,温度还会降至更低。另外,不少人烫餐具的时候,最多烫个十几秒,这在作用时间上也是远远不够的。
聚餐时,比起开水烫碗,人们更需要做的是使用公筷公勺、分餐,或者使用包装好的消毒餐具。餐具只要经过严格的消毒杀菌流程,就可以放心使用。(北京晚报 记者刘苏雅)


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