[科技界] 动力电池“四座大山” 呼唤开启“叠时代”

安全、续航、长寿、价格是电动汽车在面对传统燃油车时必须攀登的四座大山。这四座山直接关系到作为电动车心脏的动力电池。

在提高续航能力方面，合资品牌、自主品牌和新动力汽车公司正专注于将车型开发为续航里程为450公里及以上的产品。这也给动力电池供应商带来了很大的压力。一方面，电池企业正在加快高比能量高镍系电池的产品开发、测试和工业应用，另一方面，他们通过推广电池的大容量和尺寸，结合轻质、无模块的结构设计和简化的电气设计，提高了系统级的能量密度。

在安全性能的保证上，电动汽车在完成从0到1的转变后，正在进入全面市场化的征程，而在这个过程中，安全永远是一把高高挂在顶端的达摩克利斯之剑。2018年以来，电动车火灾事故突然增多，据不完全统计，80%以上是电池热失控造成的，这导致业界从材料系统选择、电池设计、系统保护等方面进行追溯和反思。对于电池企业来说，如何通过材料选择和控制、电池级规格选择和设计、工艺创新和制造质量控制来保证电池安全是目前最紧迫的任务。

在电动汽车的生命周期中，用户最关心的是动力电池的使用寿命。按照主流车企的规划，从8年的16万公里逐渐演变到10年的50万公里甚至更长，对动力电池的寿命提出了更高的要求。

在价格维度上，动力电池的成本占电动车成本的近50%。因此，汽车公司给出了明确的方向，电池系统的成本在2020年达到100美元/千瓦时，在2025年低于80美元/千瓦时。在这一目标下，动力电池企业被迫通过多维方法实现成本降低和高电压。

安全、续航、使用寿命、价格，想要翻越这四座大山，汽车公司和动力电池供应商最迫切的是通过电池环节的技术研究和产品升级，快速提升产品性能，让电动车实现与传统燃油车的正pk。

其中，动力电池制造工艺的升级是一个至关重要的环节。

一个必须正视的现实是，到目前为止，目前主流的动力电池生产工艺，无论是特斯拉、松下主导的圆柱形路线，还是三星、catl主导的方形路线，仍然沿用数字锂电池时代的绕线制造工艺。

不可否认，基于多年的技术沉淀和积累，卷绕工艺在生产设备、工艺流程、效率和成本等方面具有明显优势。然而，在汽车标准动力电池标准化、大容量、大尺寸的需求趋势下，卷绕过程已经开始失效。

一方面，卷绕过程下的电池内部结构不均匀，充放电时电池的反应程度和内部速度不均匀，不仅使电池难以变大变厚，还存在变形问题。在能量密度的提高上，引入硅负极时，由于容易膨胀，缠绕的电极组容易折断最里面的极片，限制了硅材料的加入，能量密度提高的效果有限。同时存在很大的安全隐患，影响电池的使用寿命。

在此背景下，叠片技术具有低内阻、高能量密度、高倍率放电容量、不易变形等综合优势，成为行业下一步发展的必然趋势。

按照叠片工艺生产的卷芯可以实现尺寸灵活，不受绕组针结构的限制，采用叠片方式生产，极片界面平整度高，未来将广泛应用于车辆限界动力电池领域。

数据表明，与传统卷绕工艺电池相比，电池角空利用率更高，能量密度可提高5%；整个生命周期变形和膨胀更低，循环寿命提高10%以上；边缘结构更简单，结构适应性更好，电池安全性更高。

虽然叠片技术在提高动力电池性能方面具有明显优势，但产业链企业面临的实际问题是，由于设备、技术、制造和效率等瓶颈，叠片技术在实际工业应用中仍面临诸多困难，这也成为动力电池行业发展的障碍。以层压设备为例，它面临三个困难，一是设备效率低。目前层压机行业的效率一般为0.8s/件。二是折叠过程中对齐精度不高，影响电池的最终性能。第三，生产线的连贯性和自动化程度低。对于动力电池企业来说，谁能在层压过程中领先，就意味着谁能在工业发展的洪流中脱颖而出。

据了解，松下、三星sdi、catl等行业的龙头企业都有计划在2022年后推出叠片技术。作为长城控股旗下的新能源业务板块，蜂巢能源了解行业趋势，在全球范围内率先将高速叠片技术应用于方形电池，引领动力电池行业从传统的卷式时代走向面向未来的叠片时代。

7月9日，蜂巢能源将在河北保定召开战略规划和产品发布会，主题是在堆叠时代引领和打造核心安全，将向行业发布一系列基于高速叠层技术的动力电池产品。

在动力电池领域，蜂窝能源自成立以来就设定了明确的目标，用方形电池高速叠片工艺制作动力电池，并制定整车标准开发标准。这是世界上第一次将高速层压工艺创新应用于方形铝壳电池。

层压工艺效率方面，已知一期蜂窝生产线已升级至0.6s单工位，二期高速层压可在0.45s内实现，0.25s单工位超高速层压工艺正在研发中，研发成功后将超过卷绕工艺效率。

此外，在7月10日召开的首届国际电动汽车安全技术创新大会上，蜂巢能源还将发布《中国汽车规格动力高速叠层电池发展白皮书》，从锂电池生产技术和设备的发展、卷绕和叠层的工艺差异和质量控制、叠层技术和设备的发展路径、叠层时代电池的性能优势和安全提升等几个部分介绍叠层技术的近期进展和未来趋势。