【四元、无钴和叠片 蜂巢能源开拓锂电池的未来】锂电池叠片

一般情况下，让一群搞技术的专业人士做公司及新产品的发布，毫无意外最终都会变成技术研讨会。果不其然，今天在保定长城哈弗技术中心三层大会议室里，蜂巢能源做的一场新品发布会就毫无意外地变成了一场技术交流会。到底这场半技术研讨，半新品发布的大会上都有哪些让人感兴趣的内容？就让我来为大家一一介绍吧。

蜂巢能源的来路

首先我们来介绍一下这场发布会的东家“蜂巢能源”，别一看到“蜂巢”两个字，就联想到你家小区门口的“丰巢快递柜”，这两者之间没有任何关系。这个蜂巢能源的前身，是长城汽车动力电池事业部，自2012年开始进行电芯的研发工作。

如果一直作为长城汽车的一个电池部门，那么也就没有后面的这些故事了。但正像是有长城汽车不行，又弄了个哈弗品牌，还觉得不过瘾就捣鼓出一个WEY。“耐不住寂寞”的魏建军先生在新能源车市场上“稍微有些误判”，然后就痛下决心“我失去的东西，我一定要拿回来！”既然没赶上第一波淘金，那就给你们这帮第一波淘金者卖裤子和搞头。

他是这么想的，也是这么做的。2017年，长城汽车在澳大利亚入股了一个锂矿，而锂恰恰是制造新能源车动力电池所必不可少的，也是主要金属元素之一；紧接着在2018年2月12日，长城汽车注册了蜂巢能源科技有限公司，经营范围主要为锂离子动力电池及其正极材料、储能电池等方面的开发和销售，以及新能源汽车充电桩、电池利用回收等方面的研发和运营。

不仅如此，为了保证电池业务的独立发展，以及今后可以更方便地为其它品牌的新能源车提供电池，2018年10月27日，长城汽车发布公告，以7.9亿元的价格，将蜂巢能源100%股权转让给保定瑞茂，一家长城控股的全资子公司。而更进一步地是在12月28日，长城又宣布将相关专利及非专利技术资产转让给蜂巢能源保定分公司。

总之，蜂巢能源可以看做是长城汽车“扶上马，送一程，再送一程，干脆直接送你到家门口吧”的结果。所以，虽然蜂巢能源的工厂建在江苏常州的金坛，但其实这家公司的根是在河北保定朝阳南大街2199号，君不见蜂巢能源的技术中心就建在这里么。而马路正对面就是长城汽车哈弗技术中心的大门，马路两边一左一右，两家大门遥相呼应。

就在蜂巢能源研究中心的马路正对面，就是长城汽车哈弗技术中心的大门。几乎就是传说中，每一家KFC对面都有一家麦当劳，但不同的是，这两家公司都属于同一个老板。

说到这，各位脑海中是不是浮现出一家中国新能源汽车的领军人物“比亚迪”？不错，目前在中国国内，真正具有电芯级别自主研发和生产能力的汽车企业，只有比亚迪一家。其他都是外采电芯自己封装电池包PACK，甚至有的新能源车厂家连封装PACK的能力都不具备，全部外包。而比亚迪也是在去年宣布“打破内部垄断”，电池部门也要“自力更生，开源节流”，并且比亚迪也在青海省搞定了一个矿，成为“家里有矿”的汽车企业。正所谓“英雄所见略同，狗熊谁都不服”，至少蜂巢能源的这条路，目前看来是走对了。

蜂巢能源这次发布的两款概念性产品 无钴和四元

蜂巢能源的发布会，光讲话和PPT展示就将近2个多小时，几乎是把今年上海车展说过的事情又重新提了一遍。这部分我放到后面描述，先来说说这次发布会的主题，也就是发布了两个比较新颖的概念性产品，一个是无钴的锂电池，还一个就是四元锂电池。

我们先来说无钴锂电池

我们先说说什么是钴，在目前最最主流的三元锂电池NCM，也就是镍钴锰配方中的C就代表着钴，无论是523，还是622，甚至最新的811配方，第二位数都代表钴的占比。以最早的523配方为例，起占比20%，但成本却占了30%-45%，尤其钴的价格波动很大，因此对成品电池的价格具有相当大的影响。因此如何减少对钴材料的使用，甚至完全不用就成为当下研究的热点话题。

举个实在点儿的例子，当猪肉价格翻几倍飙涨的时候，卖猪肉包子的店，无论是猪肉大葱还是猪肉茴香，又或是猪肉大白菜，只要主材里有猪肉，为了不亏本，就不得不涨价。所以，如果不想涨价，又没办法控制猪肉进价，最好的方法就是换成牛羊肉，或者干脆改成韭菜鸡蛋之类的素馅包子。

综上所谓，在行业里都认为高镍N是动力电池未来主要体系的共识之下（大家要继续卖包子，而不是换盖浇饭或削面），低钴及无钴化电池自然而然就成为下一代动力电池的研发方向（不用涨价的猪肉，换成牛羊肉或干脆素馅）。

基于上述背景，蜂巢能源基于对于材料体系的前瞻性研发，正式发布了全球首款基于无钴材料的电芯概念性产品。按照目前发布的产品信息，无钴材料的电池性能可以达到NCM 811同等水平，但电池材料成本会下降5-15%，这样电芯的整体综合成本可以降低5%，而且原材料的供应更加稳定、有保障。

说了半天，到底钴是干嘛的？起到什么作用？如果用形象的比喻，钴C就是一座大楼的钢筋混凝土结构，而且给住户预留了非常宽敞和便捷的出入口。镍N就是大楼里的住户，高镍就是住户多，电池能量密度就高。至于锰M相当于大楼的消防系统和保安系统，负责维持住户的“情绪平稳”，协助维护钢筋混凝土的结构安全。

所以，如果用专业的术语来描述锂电池无钴化的关键技术，实际上有两点：一是掺杂无未成对的电子自旋的特定元素，减弱电子超交换的现象，降低Li/Ni混排，提高电性能；二是掺杂M-O键能大的元素，减缓晶体在充放电过程的体积变化，稳定结构，提高循环寿命和安全性。如果用“人话”来描述，就是怎么能找到一种方法，来替代价格昂贵的钢筋混凝土结果，来保证原先住进大楼的住户能继续“安居乐业”，同时还不能出乱子。

而围绕这两个关键技术点，蜂巢能源目前已经完成了技术攻关，有了概念性产品。目前通过掺杂技术改进了无钴材料在充放电的可逆性和结构稳定性，电压平台达3.87V，比今年流行的NCM 811配方电芯高出0.04V（3.83V）。

虽然已经完成了技术攻关，但是目前还是一个概念性产品，也就是说还是原型阶段。预计在2019年的年底完成材料开发工作，在2020年3月完成材料体系优化、4月材料中试、8月体系定型，经过各种可靠性及性能等验证之后，计划在2021年11月实现无钴电芯的商品化量产。

也就是说，各位想吃韭菜鸡蛋包子的朋友，可能要等到后年的年底才能吃到蒸熟的。所以，先别着急，慢慢等吧。

啊四元锂电池 你比三元多一元

好不容易大多数人刚刚知道三元锂电池是什么意思，也好不容易闹明白NCM 523/622/811是什么意思，现在却又蹦出个四元锂电池？到底什么是四元锂电池？和三元锂电池相比有什么区别？难不成岳云鹏又要出首新歌“四元之歌”？“啊~啊~四元，你比三元多一元。啊~啊~五元，你比三元多两元”。

不过呢，可能小岳岳真唱对了，四元真就是比三元多一元。三元锂电池，说的就是锂电池的正极由3种金属元素“镍铬锰 NCM”组成，按照不同占比，可以划分为523/622/811等三种主流的形式。而蜂巢正在开发的四元材料，就是在NCM体系的基础上掺杂Mx，Mx掺杂会使一次颗粒之间的边界强度增强，因此会减少在有害的相转变过程中微隙的形成。使其循环性能优于NCM811材料，同时能实现耐热更好、产气少、安全性更高的特点。最终呈现在动力电池上就是容量更高、寿命更长、安全性更好。

但是很遗憾，目前这个四元锂电池也是出于概念性阶段，去年也就是2018年9月公司立项，预计2019年年底完成材料的前期开发，2020年12月计划完成材料的确定，并预计在2022年11月达到四元材料电芯的商品化量产。

以上就是这次发布会的两个主角“无铬电池”以及“四元锂电池”，目前还都处于研发阶段，一个在2021年、一个在2022年，发布量产的时间都是大约在冬季……不着急的话，慢慢等吧。

叠片电池 告别“魔力转圈圈”

随着雷雨季节的到来，越来越多的飞机无法正常落地，需要在安全空域盘旋等待，而不少人将这个情况笑称为“魔力转圈圈”，与某首歌的歌词同款。但殊不知除了软包之外，绝大部分电池的内部结构，都是“魔力转圈圈”。到底是什么情况，请听我细细道来。

转圈圈，或者说旋转是人类所有机械动力的“本质”，不信我们可以看，几乎大部分电动的机械，其最根本的原理就是“转圈”，而后续完成的千奇百怪的功能，则是外部构件将“转圈圈”提供的动力进行后期干预的结果，不信我们可以举例来说。

汽车的发动机，最基础的原理就是气缸燃烧推动曲轴转圈圈，然后推动输出轴转圈圈，然后带动变速器齿轮转圈圈，然后带动半轴转圈圈，最后轮胎转圈圈，车辆前进。

厨房里的绝大多数电动厨具设备，包括打蛋机、搅拌器、榨汁机、削切机，哪一个不是电动马达带动转圈圈？

电动水泵压力机，就是通过电机转圈圈，带动不同的活塞和泵体，将水推入循环系统。

包括现在微博上“看了好爽的机械视频”系列，那些做铁艺的、做铁链的、甚至各种食品机械，大多数也是通过各种不同的“转圈圈”来达到目的的。

包括我们现在动力锂电池，其实都是将正负极涂布裹挟着膈膜，通过转圈圈的方式缠绕之后，压扁塞进壳体里，成为一个硬壳电芯。或者成为一个柱状电芯。

所以，其实“转圈圈”已经“统治”人类近千年，现如今终于有人站了出来，大义凛然地对着“转圈圈”说“不”！

对于大多数机械来说，无论多么复杂的结构和原理，最终都是依靠各种“转圈圈”来实现功能的。

上面这段描述是不是太中二了？好吧，那我们用正常一点的方法来介绍。

由于传统的卷绕方式电芯已经不能满足车规级动力电芯的形态要求，取而代之的是叠片工艺生产出来的电芯，由于叠片电芯尺寸灵活，不受卷绕卷针结构的限制，层叠方式生产，极片的界面平整度高，在车规级动力电芯领域将得到广泛应用。基于此，包括松下、三星SDI、CATL等行业头部企业都有在2022年之后导入叠片工艺的计划。

如果你对绕卷方式与叠片方式不太理解，那么我用简单明了的例子让你瞬间秒懂。目前动力电池采用的卷绕方式，就是将电芯内部材料像“厕所卷纸”那样一圈一圈的绕卷起来，然后塞进电池芯的壳子里；叠片方式，就是我们用的纸抽，每张纸都是平叠之后堆叠起来，换到电芯材料上来说，就是正极和负极的材料在膈膜的隔离下，一层一层有序地叠片放置，然后再塞进电芯壳内。

灵魂派画师出场，卷绕形式的厕所卷纸，和一叠整整齐齐的叠片纸巾，塞到同样尺寸的长方形盒子里，那一个会更密实？更充实？

这样的好处不言而喻，首先是对空间的最优化利用。无论卷绕得再紧密，你塞进盒子之后，四角都会留有空间，就相当于把卷子塞进一个盒子里，四角都会有空隙；而叠片式就完全没有这个困扰，四角全部占满。就像平整放进盒子的纸抽，空间利用很完美。

千万别小看这一点点变化，至少可以为电芯带来三大好处：能量密度增加5%、循环寿命增加10%、成本减少5%，而且更能加安全。同时由于叠片电池的正负极极耳分布，要比绕卷方式的极耳分布更平均，更合理，在电芯内部温度和内阻方面，也有些许优势。

看到这里，你会问了“既然叠片千好万好，为什么眼下没人用？”的确，叠片方式与绕卷方式相比，在技术上确实有一些好处，但的确眼下也没有什么电池企业在使用这种工艺。其最主要的原因并不是工艺技术上有什么致命缺陷，而是一个字“慢”。由于叠片式工艺的生产速度，目前要低于卷绕式不少。我们还是用纸巾来举例，你就能明白了。现在大多数电芯内部用的是厕所卷纸那种卷绕工艺，材料准备好，转圈圈吧。轻轻松松一大卷纸就卷好了；但是叠片电池芯，也就是纸抽那种方式，机器要把一张张纸巾单独放平折叠、互相压着，规规矩矩地摞起来，还不能“歪楼”。你想把，这速度要能追的上卷纸的工艺速度，那才见了鬼了。

所以，当速度提不起来，整体效率和出货量就会受到很大影响。在产能无法保证的情况下，平均成本就会没有优势，进而影响众多厂家的工艺选择。这也是为啥同样品牌和克数的纸巾，打包卖的厕所卷纸才是同样数量盒式纸抽价格的一半（不要拿网购大促销的价格来抬杠，你不是阿基米德，扛不起一个地球）。

而蜂巢能源为什么坚定的选择叠片电池工艺，并且成为全球第一批使用叠片工艺电芯的企业呢？因为他们找到了提高速度和效率的方法。

目前采用45度角制造工艺的第一代叠片电芯机器，可以实现0.6秒/片的生产速度；而第二代叠片机采用线性叠片方式，目前测试样机已提高到0.45秒/片；而正在申请专利的第三代机器已经处于原型开发阶段，目标实现0.25秒/片的速度，几乎超越了目前绕卷工艺的生年效率。由于专利正在申请，还不能详细了解具体方法，大概意思是同一时间可以叠两片极片，这样一来效率就大大提高了。

如果采用同样的技术和方法，无非复刻第二个CATL罢了，何况一个新玩家要用同样的模式，去挑战已经是行业的寡头，这个胜算有多大，我们不言而喻。所以想要做大做强，就要尝试新的技术、新的工艺、新的方式、新的模式等等，不破不立，创新才有机会。

全球布局 蜂巢能源启动欧洲建厂计划

说到“干一票大的”，恐怕长城汽车最近的风头最盛。先是在两国老大坐在身后的注目之下，长城汽车签约在俄罗斯建厂；而后又让WEY品牌跟着火箭一起升了一次天；结果担儿挑企业蜂巢能源也不甘落后，直接宣布在欧洲建厂，生产汽车动力电池电芯。

虽然欧洲一直嘴里说要发展新能源，但电池一直是个瓶颈，目前在欧洲就没有一家规模化的电池工厂。按理说大众汽车算是老谋深算，跟供应商合作的时候，只有大众欺负供应商，从没听说供应商欺负过大众，结果先是得罪了LG被威胁断供电池，据说最近又被SK的电池供应链狠狠摆了一道，痛定思痛下血本要自建电池工厂。而德国的奔驰、宝马、奥迪也纷纷在电池方面捉襟见肘，平时吵得不可开交的三个“冤家”也开始商量要合作搞定电池。就连德国政府的默大妈都发表过对德国汽车工业，在新能源和电池方面落后而恨铁不成钢的讲话。

所以，到有需要的地方去，尤其是要到有大量需求，而又能赚到钱的地方去，才是经营之道。因此蜂巢能源宣布了欧洲设厂规划，将斥资20亿欧元在欧洲建设24GWH大型动力电池工厂、配套正极材料工厂和电池技术中心。

蜂巢能源欧洲电池工厂的电池制作采用先进高速叠片工艺，具备快速换型的能力，配置AI智能检测及质量预测、分析等智能系统。园区总用地400亩(27公顷)，厂房采取多层结构，项目分二期实施，一期建设2020年度启动，2022年度建成投产。

以上就是这次大会最后发布的一些重要产品和事项，而下面我将大致回顾一下大会前半段的内容，也就是蜂巢能源的一些规划和现状。

首先为了强调叠片电池工艺的优势，蜂巢能源对现在新能源，尤其是纯电动汽车的使用场景做了一些归纳与总结。

在场景应用上，蜂巢为汽车电池设计了三种场景需求。

第一个场景是短途出行，主要面向A00级、A0级车，200-300公里续航。需要灵活、小巧、紧凑、成本较低。因此电池容量要做的低一些，成本可控。

第二个场景是城际出行。要做到400至500公里续航，需要大尺寸，高能量密度的动力电池。

第三类场景是运营共享。专为网约车、分时租赁、出租车设计的场景，需要能频繁快充，速度快，寿命长，散热好的电池产品。

结合以上需求，蜂巢在目前卷绕电池技术已经相对成熟的情况下，转而选择了叠片技术，因为叠片电池最适合汽车用户使用，循环寿命更好，能快充，同时更安全。

至于提到蜂巢能源目前的一些情况，总经理杨红新也做了简单的介绍：在产能规划上，蜂巢能源位于常州金坛的项目一期规划产能4GWh，预计2019年10月份量产，二期项目规划8GWh，同时还和捷威动力合资在盐城规划建设3GWh的软包电池项目，到2025年，蜂巢能源规划国内产能将达到76GWh。

结尾

理想很丰满，现实很骨感。虽然蜂巢能源有着四元、无钴、叠片等下一代锂电池时代的规划与设计，但眼下还无法形成商业产品，也无法支撑公司的营收。因此，如何解决今天晚上吃什么，要不规划明天及未来的大餐要更显得实际与重要。

从蜂巢能源的手册中可以看到，今年也就是2019年10月工厂一期投产的产品，以NCM 811为主力，包括方壳及软包电芯两种。目前已经开始为宝马MINI 纯电动版做动力电池适配，并且相应的电池电芯也交给大众汽车、PSA集团等多个国际主流车企做产品测试。

同时，作为蜂巢能源作为长城汽车的“担儿挑”公司，WEY P8插混车型的电池适配及标定也从去年就开始进行过，包括高温及高寒的测试也都完成了第一轮，目前反馈非常好；而作为纯电动车品牌的欧拉，也将会是蜂巢能源电池的重要客户。所以，只要蜂巢能源的电池不出大问题，性能和测试结果符合标准，那么“自产自销”的量是绝对可以保证的。也就是说，蜂巢能源不用考虑活下去的问题，而是要将重点精力和资源放在如何更好的发展上。

和前面文章中提到的那样，长城汽车加蜂巢能源的情况，与比亚迪汽车的模式很像。因此蜂巢能源的确有很多其它电池厂商不具备的优势，但这是一柄双刃剑，优势往往也是劣势。因为一款新能源纯电动车，电池电芯是非常重要的组成部分，并且包括BMS等诸多软件必须量身定做，因此就会面临车辆开发中的很多敏感信息及关键数据要向电池企业开放。这些信息和数据，对于车企来说是极为重要的，绝对不能提前让竞品车企知道或者掌握。

由于CATL等第三方电池企业不存在与车企同业竞争的问题，因此车企可以相对放心地委托电池企业做开发和适配，数据和信息方面的开放和共享程度也会相对高一些。

比亚迪的电池在国内也算是主流的一线品质，虽然也对外宣布独立发展，欢迎合作外采，但是有着比亚迪汽车往身后一站，不提产能瓶颈，就单说开发数据共享这一项，有那个同行车企敢冒这个险？虽然比亚迪和CATL稳坐国内新能源车动力电池供应的头两把交椅，但比亚迪几乎全部自产自销，而CATL供不应求。一众车企宁愿一边骂着街，一边交着巨额的“排队费”等待CATL那挤牙膏一样的供货，都不愿意转去购买比亚迪电池。而有着长城汽车的背景、欧拉和WEY又站在旁边的蜂巢能源，又有几个车企能尝试着放心合作呢？

我这次来保定之前，和一位某汽车品牌新能源研发中心的“老哥哥”聊天，问他如何看待“蜂巢能源”，今后有没有可能采购蜂巢的电池。这位技术大拿“老哥哥”的回复很直接，也很干脆：“主机厂老板投资的电池厂，我们不关心，不care”。我想，这样的回答也能印证了我的猜测与想法。

总结

汽车是一个商品化产业，不是大学里面做学问，有时候决定最终成败的关键并不全在技术，更重要的是在商业方面。所以如何在创新技术的同时，在商业运作上同样做到创新，能够“海纳百川，广开财路”也是摆在蜂巢能源面前的一道难题。但无论如何，起码现在蜂巢能源拥有一个好的开始，这是多少企业羡慕眼红的。而且目前选定的技术路线和方向，也是正确和可行的，总之蜂巢能源的未来是看好的，竞争力也在逐步增强，或许在今后的某个时刻，改变如今动力电池市场寡头把持的现状也说不定呢。