全球首部车规级动力高速叠片电池发展白皮书发

此次大会集结了中汽协副秘书长许艳华、中汽协常务副会长兼秘书长付炳锋、SAE International代表Billy Xu、中国科学院院士杨裕生、中国化学与物理电源行业协会秘书长刘彦龙、中国动力电池创新联盟副秘书长中国电动汽车充电基础设施充电联盟副秘书长王子冬、真锂研究创始人墨珂、清华大学安全与节能国家重点实验室主任卢兰光教授、中国新能源材料技术研究院院长王庆生教授等多位行业专家,共谋全球电动汽车安全品质提升.

电动汽车平台化 呼唤动力电池迈入3.0

那么,如何从最根本上使电芯能量密度更高、循环性更好、安全性更高?在本次大会上,蜂巢能源正式对外发布《中国车规级动力高速叠片电池发展白皮书》,分别从锂电池生产工艺及设备发展、卷绕与叠片的工艺差异及品质控制、叠时代工艺及设备的发展路径、叠时代电池的性能优势及安全性提升等几个部分介绍叠片工艺的最新进展和未来趋势。

对于下一代车规级动力电池,清华大学安全与节能国家重点实验室主任卢兰光直言:“卷绕工艺优点是生产效率高,层间箍紧力可控,但是由于存在曲率半径,特别是卷芯的内部中心曲率半径小,导致N/P小,充放电受力不均匀,形变不一致,容易析锂等问题.而叠片工艺正相反,各个部分受力均匀,不易变形.叠片更加适合形变大的电极材料,有利于保证充放电循环中形变一致,避免析锂等问题.”

叠片工艺灵活,易扩展,可以灵活设计叠片尺寸,生产不同规格和尺寸的电池,甚至可以推出超长电池和特种电池,充分满足不同行业和客户的需求。随着蜂巢能源方形叠片电池的推出,动力电池迈入“叠时代”已经势在必行。

关于安全性问题,白皮书指出,卷绕结构的方形电池,在循环过程中由于随着膨胀力的增大,在卷绕拐角处内应力受束缚无法释放,导致拐角处发生断裂,断裂导致脱粉,毛刺等问题,严重时会造成电池内部短路,引起热失控,电池的危险系数将增高;叠片工艺使用陶瓷涂布覆盖仅有的极耳位置裸露集流体,风险更低,且叠片电池不存在拐角处受力不均问题,这会大大降低电池在循环过程中由于应力不均而导致的电池安全风险问题。

该白皮书全面梳理了全球锂电池的生产工艺发展现状,从锂离子电池生产设备发展、卷绕与叠片的工艺差异及品质控制、叠时代工艺及设备的发展路径、叠时代电池的性能优势及安全性提升等几个部分介绍了高速叠片工艺的最新进展和未来趋势.

全行业重视之下,电动汽车由“油改电”迅速升级到标准平台化。短短几年时间,大众、宝马、奔驰和沃尔沃各自推出了MEB、FSAR、EVA和MEP电动车平台。自主品牌领军者长城也推出了电动车专用的ME平台。纯电动的标准平台化趋势对动力电池提出了标准化、大容量和大尺寸的直接需求,这不仅预示着未来方形电池将成为动力电池的主流,更对动力电池的工艺品质提出了全面升级的要求。

中国工程院院士杨裕生表示,电动汽车起火事故频发的根源问题一是电池技术原因:锂电池中含易燃溶剂,充放电内阻发热、锂枝晶问题、BMS失灵等因素都可能引发起火事故;二是发展路线原因,我国目前重点发展长里程纯电动车,而纯电动车存在里程焦虑、安全焦虑、充电焦虑、价格焦虑、后续电池焦虑五大焦虑;三是补贴政策的原因:补贴长期与纯电动里程挂钩,并且2018年纯电动长里程车补贴不减反增。

据不完全统计,2019年4月以来,已经发生至少6起新能源汽车着火事件.虽然起火原因各不相同,有的正在充电,有的正在接受维修,有的处于静置状态下发生自燃……接二连三的事故,既引发了人们对电动汽车安全性的担忧,也对行业发展造成了不良影响.

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综合与会专家的观点,我国新能源汽车正走向高质量发展之路,纯电动汽车已逐渐成为新能源汽车产量增长的“主力军”,而动力电池的能量密度、循环性能、安全性则是消费者购车时主要考量因素。

2、卷绕与叠片的工艺差异与品质控制

此时,方形电池采用叠片工艺开始显露出巨大优势。

7月10-11日,由中国汽车工业协会与国际自动机工程师学会联合主办的首届中国国际电动汽车安全技术创新大会在河北保定召开,大会邀请国内外电动汽车领域众多知名机构的领袖人物出席,从整车、动力电池、BMS和其它零部件等多方面探讨电动汽车安全技术创新,凝聚全球产业链之力共谋电动汽车安全品质提升。

首先,卷绕工艺正负极片是连续的,叠片工艺正负极片是片状;其次,卷绕工艺在检测到极片上的mark孔时,在mark孔位置进行裁断,完成一个极组的卷绕,而叠片电芯是按照正负极片的设定数量进行叠片,数量达到设定值时完成一个电芯的叠片;最后,成型的极组在形态上存在差异,卷绕工艺的极组,在层数相同的情况下,极耳的数量比叠片电池多一倍.在品质控制方面,叠片电芯的毛刺及粉尘控制要求更高.

2017年后,能源危机和环境危机的双重压力之下,欧洲各国纷纷发布燃油车禁售时间表,给主营燃油车的大众、奔驰和福特们带来了巨大压力,他们不得不重新考虑加快发展电动汽车。而在中国,新能源汽车势力在国家政策的支持下更如雨后春笋般蓬勃发展。

摘要:提高动力电池的安全性主要是从三个层级来做,包括单体电芯、模组设计和电池包的结构设计来提高整体安全性。

会上,中国化学与物理电源行业协会秘书长刘彦龙、中关村新型电池技术创新联盟秘书长于清教、真锂研究创始人墨珂、蜂巢能源总经理杨红新、副总经理饶忠儒、工艺设备总监金正贤等共同发布了《中国车规级动力高速叠片电池发展白皮书》.这是全球首部叠片电池应用白皮书,全面梳理了动力电池的发展历程和技术特征,为车规级动力电池指明了未来发展的安全之道,有助于推动新一轮动力电池工艺技术革新.

其次,蜂巢能源在人才和资金方面优势明显。蜂巢能源的技术研发平台覆盖全球,核心技术专家多达700余人,其中不乏来自三星等世界一流企业,与世界前沿技术同步。同时,背靠车企的“大树”,蜂巢能源的资金投入有充分保障。动力电池行业企业有几百家,但是良莠不齐,大多数实力薄弱,无人无钱投入专业研发,不掌握核心技术,对于成本更高、投资更大的革命性工艺革新,既无心力,更无能力。

上海蔚来汽车有限公司储能系统部总监曾士哲坦言,公司近期出现了多次起火事故,通过这些事故的处理,蔚来汽车不断对车辆安全性能进行改善,通过电池大数据云端应用加强安全监控,对电池热失控、电池模组等进行监控,监控电流、电压、温度、内阻等多个维度,其核心是电池的安全预警,以便及时消除车辆安全隐患。

据了解,CATL、松下、三星SDI、孚能科技、万向A123、微宏动力等锂电池行业新旧势力都有在2022年之后导入叠片工艺的计划.而动力电池新势力蜂巢能源已于今年4月10日率先发布了首款车规级方形叠片电池,领先全球主流厂商3年进入“叠时代.”

蜂巢能源在叠片工艺的技术突破,一举改变目前动力电池的困境。它在世界范围内首创了方形电池应用高速叠片工艺,并创造性地解决了叠片工艺一直难以突破的效率问题。传统叠片工艺效率为每片约1秒,这个速度无法和卷绕工艺竞争。蜂巢能源一期工厂的叠片工艺效率已达到0.6秒;二期工厂的叠片效率将会提升至0.45秒,这个效率已经非常接近卷绕工艺;正在开发的三期工厂将突破性地达到0.25秒,实现后将超越卷绕工艺效率。蜂巢能源的高速叠片工艺还采用改进优化的热覆合工艺,让极片制成更加稳定,后期电芯界面稳定,性能保持更好。蜂巢能源正在与欧洲顶级车企深入合作,工厂按照世界一流标准建设,产线自动化率高达95%,大幅降低人工干预带来的品质影响,全制程良率高达97%,为应用高速叠片工艺铺平了道路。

“近期新能源汽车接连发生的起火事故,使得动力电池高镍材料安全性、稳定性等难题的攻克更加迫切。“蜂巢能源科技有限公司总经理杨红新表示,动力电池安全的核心是系统的安全,蜂巢能源在安全设计方面,运用高速叠片工艺,使得电池变形和膨胀的几率大幅下降,并且边缘结构更简单,电池安全性更高。其次,蜂巢能源还通过质量智能检测提高电池安全性,实现产品缺陷的自动检测,实现全面化的产品质量管控。同时,蜂巢能源还自主研发了iBMS系统,可以达到功能安全与AUTOSAR架构集成。

《中国车规级动力高速叠片电池发展白皮书》的发布,正是针对如何构建安全可靠的车规级动力电池给出了解决方案,提出了从技术路径选择上来确保安全的动力锂电池标准.从这次白皮书的联合发布中,我们看到了产学研多方联合发声呼吁.

当然,叠片工艺也面临很多需要克服的问题:工艺门槛更高,生产成本有所提升等,其中最大的难题是生产效率。日韩厂商曾经攻关叠片工艺,但是生产效率提升始终无法取得实质上的突破。

新能源汽车安全焦虑何解?

在这份《中国车规级动力高速叠片电池发展白皮书》中,我们能看到以下几个不同点.

此次上海车展,蜂巢能源首次亮相,带来了多种规格的NCM811体系方形叠片电池,其中全球首发的一款NCM811三元正极材料配SiOx/石墨负极、容量为137Ah的方形铝壳叠片电池,实际能量密度高达265Wh/kg。作为动力电池领域的新秀,蜂巢能源能够拿出如此先进的电池,甚至引领开创了一个动力电池的全新时代实属难能可贵。

但是,2019年4月份以来,国内外多个品牌新能源汽车接连发生起火事故。而据国家市场监督管理总局质量发展局统计,截至2019年5月,国内新能源汽车共召回12.3万辆,其中,由于三电系统故障导致的召回占比为50%,由于制动系统缺陷导致的召回,占总召回量40%。

3、叠时代工艺及设备的发展及性能优势

当然,作为新进入者的蜂巢能源,也必须有投资新技术的足够动力。作为后来者如果仍然踏入传统跑道进行追赶,面对资历更深的巨头企业强大的技术专利和市场优势,难度可想而知。

首届中国国际电动汽车安全技术创新大会现场

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此外,行业内目前规模较大的传统电池厂也有可能关注到“叠时代”来临的趋势,但主动投资意愿不强。这些规模庞大的企业,普遍在行业耕耘多年,保持着固有的技术优势和庞大的固有资产,这将成为他们投身新产业革命的巨大包袱。正如大众福特们不到万不得已不愿转身新能源汽车一样,他们在传统技术领域有着太多的成本、专利、地位不愿放弃。而蜂巢能源这样的锂电新势力直接站在巨人肩上登高望远,轻松上阵,以最新理念、最高标准直接杀入,甚至直接开创一个时代。

中国工程院院士杨裕生

为深入实施创新驱动发展战略,加快推动锂电池产业高质量发展,动力电池行业产学研相关机构共同推出全球首部叠片电池应用白皮书——《中国车规级动力高速叠片电池发展白皮书》.

在产品性能方面,叠片工艺生产的方形电池优势明显:因为极组有更好的结构适应性,电池变形和膨胀的几率大幅下降;边缘结构更简单,电池安全性更高;能量密度可以相应提高5%;循环寿命提升10%-20%;内阻更低,可以实现更高倍率放电;电池的规格更加灵活,一致性更佳。叠片工艺相比卷绕工艺,相当于激光焊接相比普通钎焊一样,通过生产工艺的革命性升级,大幅度提升产品的性能。

电池百人会-电池网7月19日讯(肖何 陈语 河北保定报道)目前,全球车市整体低迷,而汽车销量连续10年稳居世界第一的中国,自去年出现了28年来的首次负增长之后,近一年汽车销量持续负增长。与此同时,新能源汽车产销持续增长,成为车企重要的转型方向。

蜂巢能源采用方形铝壳叠片工艺,设备技术选择行业领先的高速叠片路线,并聘请了国内外资深叠片设备与工艺专家,实现了高速叠片领域的技术成果.叠时代电池不仅拥有更高的能量密度和更稳定的内部结构,还拥有更高的安全性和更长的循环寿命.

蜂巢能源首次亮相上海车展,其高速叠片方形锂离子电池系列产品引发业界震动,引领动力锂电池——电动汽车的“心脏”——升级进入一个全新的“叠时代”。

起火事故频发谁之过?

前两个阶段以卷绕工艺为主,在电池3.0时代,新能源汽车电池包设计正在向着长度更长的方向发展,高度方向则统一在了100mm左右.因此,叠片工艺生产的电芯将得到广泛应用.

在此之前,方形动力电池生产工艺主要以卷绕为主。卷绕工艺非常成熟,成本也相对较低,但在电动车平台化发展趋势面前,卷绕工艺明显开始力不从心。比如在电池能量密度提升方面,专家们尝试用硅负极替代传统的石墨负极。硅材料易膨胀,加之卷绕式极组容易出现最内圈极片断裂问题,进而限制了硅材料的添加量,电池能量密度的提升有限,同时存在较大的安全隐患,影响电池使用寿命。

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7月10日,主题为“突破?变革 电动汽车发展安全之道”的“首届中国国际电动汽车安全技术创新大会”在河北保定召开.

蜂巢能源开辟锂电“叠时代”

《中国车规级动力高速叠片电池发展白皮书》发布

我国动力锂电池的发展,起步于21世纪.2008年北京奥运会的50辆锂离子电池大巴,开锂离子电池产业化的先河.

先进的高速叠片工艺代表着行业发展方向,而国内外动力电池行业几百家,其中不乏有几十年研发积累的电池行业巨头,为什么是发展历史并不算长的蜂巢能源率先发现和引领规模化应用?

首届中国国际电动汽车安全技术创新大会现场

在叠片工艺白皮书中,我们读到了什么?

从3C到汽车 锂电池在迭代中升级

在王子冬看来,提高动力电池的安全性主要是从三个层级来做,包括单体电芯、模组设计和电池包的结构设计来提高整体安全性。单体电芯方面,可以通过在电解液中加入添加剂降低其易燃性,提高隔膜耐温性,或者提高正极材料稳定性等方式来改进;模组设计方面,通过加强温控设计、BMS充电管理或者改变单体链接方式提高安全性;车辆层面。可以通过电池位置摆放以更好地散热。改进充电方法,减少由于充电不当造成析锂的安全隐患。

动力电池安全并不只是说说而已,全球首部叠片工艺应用白皮书在首届中国国际电动汽车安全技术创新大会上发布,标志着我国企业在动力锂电池系统解决方案的安全方面走出了第一步,让世界意识到高速叠片的安全可靠,提升对方形叠片电池的信任,进而推动行业在更加稳定的“叠时代”大步向前.

动力电池的技术正在快速发展,它的原材料技术突飞猛进,生产工艺日新月异。由蜂巢能源强制启动的叠片时代,已经成为行业发展方向。而在蜂巢能源投资的激励和压力下,业界将很快形成叠片时代的投资热潮,中国动力电池工艺技术的迅速发展,也将助力中国继续保持其在全球新能源汽车领域的领先位置。

“今年1-6月我国新能源汽车产销达61万辆,其中纯电动汽车占比80%。“中国汽车工业协会常务副会长兼秘书长付炳锋表示,我国新能源汽车全产业链投资已超2000亿元,形成了较为完善的产业链,并且带动了全球汽车产业向新能源转型,国际主流车企相继发布了新能源产品规划。

为安全而来,刷新车规级动力电池标准

后来居上 蜂巢能源优势大揭秘

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在当前的产业背景下,这部白皮书的发布,一方面通过纵向回顾锂电池技术的演进,向行业指明叠时代是动力电池工艺革新的必由之路;另一方面,通过横向对比叠片工艺和卷绕工艺的差异,提出了车规级电池需要满足的安全、续航、寿命、尺寸、容量、价格等条件,从而为电池产业链上的各方制造工艺创新提供了明确的标准指导.

中国是世界公认的引领汽车电动化浪潮的核心市场,电动汽车的众多核心技术也将由中国市场开创引领。2019年上海车展充分印证了这一点。一家名为“蜂巢能源”的动力电池新秀企业首次参展,其高速叠片方形锂离子电池系列产品引发业界震动,引领动力锂电池——电动汽车的“心脏”——升级进入一个全新的“叠时代”。

“从不同边界条件要求下的比较结果看,在电池组能量密度要求不高情况下,磷酸铁锂优势明显;在高能量密度的要求下,三元材料有10-15%的优势,但安全性风险也明显增加,因此,就目前的技术水平来看,双方势均力敌。“中国动力电池创新联盟副秘书长王子冬表示,由于我国新能源汽车率先在商用车领域爆发,前些年使用磷酸铁锂电池更多一些,随着电动车革命的深入,乘用车销量爆发,三元电池的占比会逐步提高,但同时需要管控安全风险。

对此,全国政协副主席、中国科协主席万钢指出:“面对各种新的安全问题叠加,要制定新的技术标准和安全标准,尤其是要建立全系统的解决方案.同时,进一步提升产品质量,在动力电池的设计、制造、装配等环节提升一致性与可靠性.”

从1972年首块可充电锂电池面世至今,锂电池在原材料和生产工艺方面呈螺旋式进步。锂电池从理想走进现实,实现了大规模产业化。

工信部等监管部门也在持续加强新能源汽车安全管理,从去年9月份到目前,工信部已三次下发新能源汽车安全隐患排查工作通知。

经过十多年的快速发展,目前动力锂电池走到了十字路口.一方面,新能源汽车对动力锂电池的需求相当巨大;另一方面,动力锂电池面临着补贴退坡、“白名单”取消、安全事故频发等一系列挑战,动力电池产业链急需形成更加紧密的合作.

进入二十一世纪,有人开始将这种卷绕电池应用到汽车上,锂电池2.0时代就此开启。此时的锂电池比索尼当年的产品已经有了很大进步,但仍然采用传统卷绕工艺,其本质只能算是3C锂电池的改进版。

中国动力电池创新联盟副秘书长王子冬

近年来,在动力电池行业陆续有储能白皮书、动力电池白皮书等发布,这一次的高速叠片工艺白皮书有什么不同,叠片工艺的技术进步如今又走到了哪一步?

和卷绕工艺相比,叠片工艺具备天然的优势。叠片式极组呈长方形,几乎可以充满方形壳体空间;而卷绕式极组呈椭圆形,必然造成壳体四角的空间浪费。另外,卷绕式极组长时间使用后容易扭曲,两侧圆弧处断裂造成内部短路。未来方形电池做大做长,电池管理更加简易高效,可以更好地适应电动汽车模块化生产,这也是圆柱电池所不具备的优势。

同时,付炳锋也表示,新能源汽车安全问题 也引发了广泛关注 ,根据国家市场监督总局的数据,2018年我国新能源汽车火灾事故至少发生了40起。

1、锂离子电池发展三阶段的划分

日本索尼公司是商用锂电池1.0时代的缔造者。其推出的卷绕工艺锂电池广泛应用于手机、相机、笔记本电脑等3C消费电子领域。今天看来,这种3C类锂电池在安全、能量密度、循环寿命等方面仍然存在很多待改进的空间,而在当时索尼公司此举已属难能可贵。

盲目追求电池高能量密度已成为安全焦点。

据悉,本届大会由中国汽车工业协会(CAAM)、国际自动机工程师学会(SAE International)主办,蜂巢能源科技有限公司、长城汽车股份有限公司承办.来自中科院、中国工程院、美国国家实验室、清华大学、韩国成均馆大学以及近百家国际/国内知名主机厂、零部件供应商、电池及系统知名企业的行业专家以及新华社、中新社、网易、搜狐等媒体共计400余人,共同见证这一历史性的里程碑时刻.

首先,懂汽车是其极为重要的基因优势。蜂巢能源脱胎于知名车企,懂车的基因早已融入血液,其对汽车行业发展趋势的敏锐感知远超一般动力电池企业。对车规级的电池品质标准的理解与把握更令多数靠电池技术起家的动力电池企业无法企及。

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白皮书中花费了不小的篇幅,全面梳理了锂电池从3C级应用的1.0时代、到普通动力应用的2.0时代,再到现在车规级动力应用的3.0时代,与之相应的各阶段电芯的形态变化及主流厂商的制造工艺.

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经过十多年的快速发展,目前动力锂电池走到了十字路口.一方面,新能源汽车对动力锂电池的需求相当巨大;另一方面,动力锂电池面临着补贴退坡、“白名单”取消、安全事故频发等一系列挑战,动力电池产业链急需形成更加紧密的合作.

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白皮书中介绍了目前叠片设备有三种方向:①高速叠片设备路线;②切叠一体机;③热覆合高速叠片设备.第一种技术灵活性与可行性高,正处于开发阶段;第二种由于模切机与叠片机效率匹配上还存在差异,目前还未成熟应用;第三种因为热复合叠片工艺专利保护,限制了行业内的推广与应用.

方形叠片电池与卷绕电池最大的流程差异在分切工序、模切工序和极组成型三大工序,其他工序的加工方法均相同,最大的差异在于极组成型方式的不同.

全球第一部叠片电池应用白皮书诞生

作为电动汽车核芯部件的动力电池,不仅关系到主机厂电动汽车产品的竞争力,更与消费者的驾车出行安全息息相关.对此,中国工程院院士杨裕生在会上强调:“要用成熟安全的电池,发展安全节能减排的电动汽车.”

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