淺析蜂巢能源帶來的快充電池技術(shù)以及無鈷電池落地

摘要

在中國的動(dòng)力電池行業(yè)里面，僅成立三年的蜂巢能源是很有特色的。每年總能聽到蜂巢在在電池方面的各種有意思的展示，頗具創(chuàng)新精神。首先談一下行業(yè)的大背景，目前從總體的行業(yè)格局來看有這么幾個(gè)特點(diǎn)：

1）頭部企業(yè)是依靠大的產(chǎn)能來鎖定客戶，這主要是因?yàn)槟壳半姵氐某杀鞠陆颠€是比較超預(yù)期的。而在歐洲、中國電氣化的滲透率一旦超過了一個(gè)點(diǎn)，則可能引發(fā)進(jìn)一步的質(zhì)變。這就使得產(chǎn)能成為汽車企業(yè)非常重要的考量因素，對于二線目前處在低產(chǎn)量下的企業(yè)來說這一點(diǎn)尤其挑戰(zhàn)。

2）電池產(chǎn)品的分化預(yù)期，現(xiàn)在車企要求要有高能量密度（想要做到1000公里的）、高倍率快充能力的（10分鐘充到80%）、低成本的（每年5%以上的階梯下降的）、高安全性（能過熱失控傳播實(shí)驗(yàn)不起火的），電池的化學(xué)體系和綜合設(shè)計(jì)就是在這些特性之間進(jìn)行博弈。

對于二線企業(yè)的電池產(chǎn)品型譜，要適應(yīng)不同尺寸，不同化學(xué)體系和不同特性 要回答以上的兩個(gè)要素，才能成為一家比較有潛力成長的企業(yè)。 對于蜂巢來說，一方面依托于長城的需求，開始走量；并且在當(dāng)下需求在GWh的情況下，未來要規(guī)劃到200GWh的產(chǎn)能（海外24GWh），這需要強(qiáng)有力的創(chuàng)新產(chǎn)品技術(shù)支撐。這次上海車展蜂巢又為大家?guī)砟男┎灰粯拥膭?chuàng)新呢？

01快充電芯

在這次車展上，蜂巢能源在新產(chǎn)品技術(shù)上給大家?guī)砹烁弑堵士斐潆姵氐募夹g(shù)發(fā)展以及無鈷產(chǎn)品的落地。從橫向比較來看，目前方殼技術(shù)路線獲得了大眾的認(rèn)可，也開啟汽車企業(yè)進(jìn)入電芯制造的行業(yè)的開端。蜂巢想要上量，需要找到產(chǎn)品技術(shù)支撐，獲得客戶的認(rèn)可。

1）蜂速快充電芯的開發(fā)

從現(xiàn)代起亞的E-GMP，800V快充系統(tǒng)也會(huì)進(jìn)入平價(jià)時(shí)代。隨著越來越多的企業(yè)投入800V系統(tǒng)和快充網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，快充電池就取代了高能量密度的電池給了用戶不同選擇，你要里程短一些能快充的車，還是一個(gè)很高里程大電池貴的車。我個(gè)人的看法，未來隨著大量快充網(wǎng)絡(luò)的鋪設(shè)，消費(fèi)者有幾種選擇：

高里程車輛：由于高端客戶對于價(jià)格不敏感，所以配置700公里以上的續(xù)航里程

中里程車輛：在500公里的70-80kwh的電池，隨著高倍率充電能力和快充網(wǎng)絡(luò)的鋪設(shè)，使得用戶可以在這些網(wǎng)絡(luò)上盡快補(bǔ)電

低里程車輛：這種就是經(jīng)濟(jì)適用性，用戶根據(jù)自己的通勤范圍來選擇，當(dāng)然這類用戶最終也會(huì)選擇快充能力作為核心的要素，畢竟里程短老充電確實(shí)麻煩

所以快充電池，是目前行業(yè)內(nèi)比較緊迫的需求，誰能掌握好這個(gè)需求，對于未來的主流車輛的產(chǎn)品就能實(shí)現(xiàn)盡快的覆蓋。當(dāng)然這里的需求，是建立在原有的電池系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上不需要進(jìn)行大改的基礎(chǔ)上的。所以這次蜂巢在本次車展上首次對外發(fā)布了其全新的快充技術(shù)和對應(yīng)的電芯，可實(shí)現(xiàn)充電10分鐘，行駛400公里。

其中第一代蜂速快充電芯為158Ah電芯，能量密度250Wh/kg ，2.2C快充可實(shí)現(xiàn)20-80% SOC時(shí)間16分鐘，年底前即可量產(chǎn)；

第二代4C快充電芯產(chǎn)品容量165Ah，能量密度大于260Wh/kg，可實(shí)現(xiàn)20-80% SOC快充時(shí)間10分鐘，量產(chǎn)預(yù)計(jì)在2023年Q2。

從介紹來看，為了滿足10分鐘完成到80%的快充目標(biāo)，需要在電池體系上進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化。從技術(shù)原理看，主要應(yīng)用的技術(shù)包括：

正極方向上，采用前驅(qū)體定向生長精準(zhǔn)控制技術(shù)，通過控制前驅(qū)體合成參數(shù)，一次粒徑放射狀生長，打造離子遷移“高速公路”，提高離子傳導(dǎo)，降低阻抗10％以上；多梯度立體摻雜技術(shù)，體相摻雜及表面摻雜多元素協(xié)同作用，穩(wěn)定高鎳材料晶格結(jié)構(gòu)，同時(shí)降低界面氧化性；基于大數(shù)據(jù)分析及仿真計(jì)算，篩選適配高鎳材料體積變化大的柔性包覆材料，抑制循環(huán)顆粒粉化。

負(fù)極是很重要的設(shè)計(jì)，這里采用了負(fù)極同樣應(yīng)用了多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)：

1.原料種類及選擇技術(shù)：選取各項(xiàng)同性，不同結(jié)構(gòu)、不同類型的原材料進(jìn)行組合，使其極片OI值由12降低為7，動(dòng)力學(xué)性能得到提升；

2.原料破碎整形技術(shù)：采用小骨料粒徑組成二次顆粒，并復(fù)配一次顆粒，實(shí)現(xiàn)合理的粒徑搭配，降低其副反應(yīng)，循環(huán)性能和存儲性能提升5-10%；

3.表面改性技術(shù)：采用液相包覆技術(shù)石墨表面包覆無定形碳，降低阻抗，提升鋰離子的通道，使其阻抗降低20%；

4.造粒技術(shù)：精確控制粒徑間的形貌、取向等造粒技術(shù)，滿電膨脹降低膨脹3-5%。

電解液采用含硫添加劑/鋰鹽添加劑等低阻抗添加劑體系，降低正負(fù)極界面成膜阻抗。隔膜為高孔隙陶瓷膜，提升隔膜導(dǎo)離子能力同時(shí)可兼顧耐熱性，達(dá)到快充及安全的平衡。極片制備上通過采用多層涂覆工藝。 快充對于電芯的電流過載能力，需要通過大電流仿真來確認(rèn)，在600A大電流過流能力快充過程中結(jié)構(gòu)件的溫度小于60℃。為了確保負(fù)極不發(fā)生析鋰，可以采用三電極技術(shù)原位監(jiān)控負(fù)極電位的變化，仿真電芯在不同溫度和電流下的充電電壓變化，提取出最好的充電Map。

02無鈷產(chǎn)品的落地

蜂巢能源，目前最為引人注目的，主要是之前無鈷電池的落地。之前無鈷電池主要分為E平臺和H平臺目前共規(guī)劃四款產(chǎn)品，在這個(gè)里面，其實(shí)主要體現(xiàn)了一定的差異化。

我理解的無鈷電池，一方面在資源約束端，和磷酸鐵鋰一樣是避免對于稀有的鈷資源的依賴，同時(shí)在長期使用的情況下有很大的成本下降空間。從行業(yè)來看，隨著特斯拉在Model 3大量使用磷酸鐵鋰的產(chǎn)品，國內(nèi)的磷酸鐵鋰的使用量有了大幅的上升。

這個(gè)我們從2021年的動(dòng)力電池產(chǎn)量和裝機(jī)量可以明顯看出來：

產(chǎn)量：3月三元電池產(chǎn)量5.8GWh，占總產(chǎn)量51.6%，同比增長79.6%，環(huán)比增長13.7%；磷酸鐵鋰電池產(chǎn)量5.4GWh，占總產(chǎn)量48.3%。1-3月三元電池產(chǎn)量累計(jì)17.8GWh（54.3%）；

裝車量：3月三元電池共計(jì)裝車5.1GWh，磷酸鐵鋰電池共計(jì)裝車3.9GWh。1-3月三元電池裝車量累計(jì)13.8GWh（占59.5%）磷酸鐵鋰電池裝車量累計(jì)9.4GWh（占40.4%）

目前鐵鋰和三元的差異其實(shí)在縮小，特別是在乘用車?yán)锩?，越來越多的車型開始上鐵鋰。從電芯能量密度突破了190Wh/kg的瓶頸以后，我們看到鐵鋰的變化主要是在乘用車快速滲透。這個(gè)季度客車在整體的占比被壓縮到了5%-8%，隨著乘用車的磷酸鐵鋰需求上升，磷酸鐵鋰的總體占比很快能超過三元了。

圖2020年Q3-2021年Q1的鐵鋰三元的差異（產(chǎn)量和裝機(jī)量）

蜂巢的電池，當(dāng)然也有磷酸鐵鋰的規(guī)劃，目前的無鈷電池是從現(xiàn)有的三元電池出發(fā)，在電芯的能量密度基本保持不變的情況下做演進(jìn)，在三元和磷酸鐵鋰開出來一條中間道路。這些產(chǎn)品主要包括：

90Ah的VDA×1.5（39x148x102.5mm）無鈷電芯：主要往前兼容，為之前小型車量使用，可以在350V下配置出31kwh的電量

115Ah為VDA×2（尺寸為50x148x112mm）的無鈷電芯：這款電芯為稍大一些的A0級別提供40kWh以上的電量

容量為115Ah的MEB×1.5（尺寸為33.4x220x102.5mm）的無鈷電芯：為標(biāo)準(zhǔn)平臺化產(chǎn)品，為車企的平臺化產(chǎn)品支撐，對應(yīng)的是中高端車型和高端車型

容量為226Ah的L6（尺寸為T21.5xW118xL574mm）無鈷電芯，這款電芯是做CTP方案的主要內(nèi)容。

在這兩個(gè)平臺上E平臺和H平臺在材料技術(shù)上有所差異，E平臺電芯材料主要采用高濃度陽離子摻雜和納米網(wǎng)絡(luò)化包覆、微觀粒徑控制、嵌鋰路徑優(yōu)化，2021年能量密度做到160mAh/g，2023年能提升至170mAh/g；H平臺電芯材料則主要采用納米網(wǎng)絡(luò)包覆技術(shù)、單晶化技術(shù)、陽離子摻雜的氧八面結(jié)構(gòu)，2020年能量密度做到180mAh/g，2022年能提升至185mAh/g。從這個(gè)意義上來看，無鈷電池是為現(xiàn)有的中鎳三元電池演進(jìn)走了一條路徑，在巨量的需求下也能保持自身的價(jià)格穩(wěn)定，對電池系統(tǒng)CTP技術(shù)下能量密度保持足夠的進(jìn)步空間。

小結(jié)：想要做到200GWh，更多的還是要往多個(gè)領(lǐng)域方向發(fā)展，一方面在國內(nèi)的動(dòng)力電池需求方面拓展，一方面在儲能、其他應(yīng)用領(lǐng)域方向的在發(fā)展，重點(diǎn)是提高出貨量和提高自身在原材料采購和供應(yīng)鏈掌控方面的議價(jià)權(quán)。作為一家行事比較凌厲的企業(yè)，從創(chuàng)新和產(chǎn)品線擴(kuò)展速度來看，蜂巢能源在目前的電池行業(yè)里面都獨(dú)樹一幟，每年都會(huì)向市場宣布一些新的產(chǎn)品和技術(shù)，在上量的過程中逐步兌現(xiàn)自己對市場的承諾，實(shí)現(xiàn)200GWh產(chǎn)能規(guī)劃。每年的活動(dòng)還有實(shí)際的裝機(jī)量都展現(xiàn)了確實(shí)的進(jìn)步，我們需要通過產(chǎn)品來逐步了解這家公司。
編輯：lyn