一個(gè)冷知識(shí)：相比1885年才誕生的第一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)汽車，電動(dòng)車的誕生早了近半個(gè)世紀(jì)。
但遺憾的是，由于動(dòng)力電池展現(xiàn)出的實(shí)力遠(yuǎn)不及汽油，在汽車接下來(lái)的百年發(fā)展進(jìn)程中，電動(dòng)車完全沉寂。直到2003，一家名叫特斯拉的公司成立后，動(dòng)力電池的命運(yùn)齒輪才算真正開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。
伴隨著市場(chǎng)和需求的不斷變化，關(guān)于動(dòng)力電池的不同技術(shù)路線不斷走到臺(tái)前、暫居幕后，幾經(jīng)起伏。
而如果從封裝形態(tài)的變化作為切入點(diǎn)去觀察，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，一場(chǎng)關(guān)于軟包電池的“翻身戰(zhàn)”已然打響。
軟包走上歷史舞臺(tái)
軟包動(dòng)力電池的發(fā)展最早是由日本AESC以及韓國(guó)LG化學(xué)推動(dòng)的。2007年，AESC把用于手機(jī)的軟包電池打造成符合車規(guī)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的大軟包，LG化學(xué)也在2010年生產(chǎn)了世界首批PHEV軟包電芯LMO/NCM111。
也是從2010年開(kāi)始，軟包電芯通過(guò)持續(xù)工程化改進(jìn)、做大單體容量，持續(xù)縮小與圓柱電芯在單體能量密度上的差距，并最終實(shí)現(xiàn)了反超。
與此同時(shí)，日產(chǎn)在純電車型聆風(fēng)Leaf上裝載AESC 24kwh軟包電池，這款緊湊型純電A級(jí)車一經(jīng)推出便大受歡迎，成為了第一款真正意義上實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)的純電車型。
一邊是技術(shù)成熟度和性能的不斷提升，一邊是大規(guī)模的量產(chǎn)裝機(jī)驗(yàn)證，再加上圓柱電池性能提升曲線地逐漸放緩，成本優(yōu)勢(shì)逐漸減弱，軟包電池開(kāi)始在全球市場(chǎng)攻城掠地，尤其是LG化學(xué)運(yùn)用高能量密度的鎳鈷錳(NCM532)鋰電池與走圓柱路線的松下NCA進(jìn)行對(duì)標(biāo)后，軟包電池獲得了歐美主流傳統(tǒng)車企的偏愛(ài)。2022年歐洲銷量前20名的電動(dòng)汽車中，就有包括大眾ID.4、ID.3、斯柯達(dá)Enyaq等熱門車型在內(nèi)的12款車型采用了軟包電池。
國(guó)內(nèi)艱難開(kāi)局，有人迎難而上
但事情的發(fā)展總不像人們期待的那般順利，盡管軟包電池國(guó)外開(kāi)花，但香味卻一直難以飄進(jìn)國(guó)內(nèi)。
原因有很多，首先是我國(guó)的動(dòng)力電池相關(guān)政策。
2015年3月26日，工信部發(fā)布《汽車動(dòng)力蓄電池行業(yè)規(guī)范條件》，明確要求自2015年5月1日起，動(dòng)力電池企業(yè)需按照要求，通過(guò)“汽車動(dòng)力蓄電池生產(chǎn)企業(yè)管理系統(tǒng)”進(jìn)行在線申報(bào)，只有搭載“白名單”內(nèi)的動(dòng)力電池，才可以進(jìn)入《新能源汽車推廣應(yīng)用推薦目錄》，進(jìn)而獲得補(bǔ)貼。以軟包見(jiàn)長(zhǎng)的日韓動(dòng)力電池企業(yè)自然與此無(wú)緣。
而在這一時(shí)期，以寧德時(shí)代、比亞迪為代表的動(dòng)力電池企業(yè)快速發(fā)展，把方形電池的規(guī)模做得很大，分走了國(guó)內(nèi)電池裝機(jī)量80%左右的份額。在領(lǐng)頭羊的示范效應(yīng)下，車企也就更多地選擇方形電池。
除了大環(huán)境，軟包電池本身也有一些弱點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間未被解決。
比如，產(chǎn)品一致性較難把控，這對(duì)企業(yè)的技術(shù)水平、制造工藝等提出了更高的要求;鋁塑膜等部分原材料及生產(chǎn)設(shè)備的采購(gòu)渠道較為單一，相關(guān)供應(yīng)商一旦出現(xiàn)問(wèn)題，將對(duì)軟包電池生產(chǎn)供應(yīng)產(chǎn)生一定的影響;在方殼CTP(cell to pack)逐漸成為主流趨勢(shì)時(shí)，軟包由于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足，模組難以取消導(dǎo)致成組效率低等等。
這些問(wèn)題，讓軟包電池在面對(duì)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的市場(chǎng)以及整車帶電量逐漸增大帶來(lái)的穩(wěn)定性需求時(shí)，顯得有些難以應(yīng)付，因此，市場(chǎng)滲透率一直難有提升。
就在行業(yè)認(rèn)為軟包電池很難再有突破時(shí)，一直在新能源汽車未來(lái)需求無(wú)人區(qū)里的孚能科技自主研發(fā)了SPS(Super Pouch Solution)超級(jí)軟包解決方案，給行業(yè)代來(lái)了另一種解題思路。
SPS創(chuàng)新結(jié)構(gòu)破難題
孚能科技SPS超級(jí)軟包解決方案主要圍繞大軟包電芯、大軟包電池系統(tǒng)、大軟包電池制造三個(gè)核心點(diǎn)進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新升級(jí)。
尤其在電池包結(jié)構(gòu)層面，帶來(lái)了不少讓人眼前一亮的革新設(shè)計(jì)。
傳統(tǒng)軟包模組中的電芯常用豎放形式，且為了抑制電芯的膨脹并增加強(qiáng)度，每個(gè)模組都有側(cè)板和端板這樣的結(jié)構(gòu)件存在(如下圖所示)。但電池箱體的高度往往隨車型不同而多變，當(dāng)電芯的寬度大于電池箱體高度一半時(shí)，箱體中只能布置一層電芯，箱體頂部空間將會(huì)無(wú)法利用，浪費(fèi)嚴(yán)重。
傳統(tǒng)電池模組示意圖
而孚能科技轉(zhuǎn)換了思路，首先是去模組化，通過(guò)液冷板+一體式壓板+塑料端板將電芯集成在箱體的成組方式，替代了傳統(tǒng)模組+箱體的結(jié)構(gòu)形式。同時(shí)，用塑膠端板替代了傳統(tǒng)的金屬端板，電芯與電芯之間采用極耳搭接焊接，取消了傳統(tǒng)的匯流排，并通過(guò)電芯兩側(cè)的液冷板對(duì)電芯進(jìn)行雙面液冷，從而提高電芯散熱效率，同時(shí)該液冷板替代了傳統(tǒng)箱體的橫梁，加強(qiáng)了電池包的強(qiáng)度，達(dá)到減重、降本、提升能量密度三個(gè)維度的目的。
孚能科技SPS電池包示意圖
根據(jù)資料，孚能科技SPS使電池系統(tǒng)部件減少50%，材料成本降低33%，提升體積利用率到75%。這意味著，同樣的體積大小，SPS結(jié)構(gòu)能裝入更多電池，而同樣電量的電池包，比如100度電的電池包，SPS結(jié)構(gòu)對(duì)比方殼電池包能實(shí)現(xiàn)20-30公斤左右的減重。
在保持電池系統(tǒng)底盤尺寸不變的情況下，孚能科技SPS能通過(guò)調(diào)節(jié)臥式布置的大軟包電芯厚度，靈活調(diào)節(jié)電池系統(tǒng)的底盤高度。這意味著，搭載不同能量密度的大軟包電芯，能讓電池系統(tǒng)擁有從80kWh到150kWh的不同電量，滿足車企未來(lái)長(zhǎng)期的產(chǎn)品需求。同時(shí)，能縮短整車企業(yè)新車型的研發(fā)周期，并降低采購(gòu)成本，保障穩(wěn)定供應(yīng)。
在安全層面，電芯堆疊體兩側(cè)設(shè)有液冷板，液冷板與電芯堆疊體的側(cè)壁之間填充了導(dǎo)熱涂層，電芯堆疊體實(shí)現(xiàn)了兩面液冷，三面?zhèn)鳠?，散熱效率比模組方案提升了4倍。再配合電芯層面的定向泄壓和電池包熱電分離，解決了電池包熱失控問(wèn)題。
孚能科技SPS安全設(shè)計(jì)
安全性能有了保障，再加上化學(xué)材料的升級(jí)，SPS的快充能力也得到了進(jìn)一步提升。就拿當(dāng)前市場(chǎng)上常規(guī)續(xù)航600km、800km和1000km的車型來(lái)說(shuō)，孚能科技SPS大軟包方案可根據(jù)不同的續(xù)航車型定制不同的快充解決方案，助力客戶“充電10分鐘，續(xù)航400km”的快充表現(xiàn)。
“組合拳”釋放軟包優(yōu)點(diǎn)
當(dāng)然，上述只是SPS創(chuàng)新中的一部分，SPS 電池包系統(tǒng)的革新并不是孤立的，需要材料端、制造端、研發(fā)端共同發(fā)力。比如在核心材料鋁塑膜端，孚能科技從2021年開(kāi)始就逐步切換到國(guó)產(chǎn)供應(yīng)商，并與供應(yīng)鏈一起聯(lián)合開(kāi)發(fā)，最終通過(guò)多項(xiàng)測(cè)試與驗(yàn)證，在產(chǎn)品應(yīng)用上得到了很好的結(jié)果。目前，孚能科技的新項(xiàng)目在鋁塑膜環(huán)節(jié)基本實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，成本也隨之大幅度下降。
而在制造端，孚能科技自研了SPS超高速疊片技術(shù)：集成了極片放卷、裁切、熱復(fù)合、多片飛疊、熱壓等功能，在確保疊片高精度對(duì)齊、界面高一致性同時(shí)，使疊片速度高達(dá)0.125秒/片。
同時(shí)，為了提升良品率，孚能科技采用行業(yè)先進(jìn)配置，機(jī)器人使用量達(dá)1200臺(tái)，電芯制造生產(chǎn)的自動(dòng)化率高達(dá)98.5%，品控也做到了PPB級(jí)別，電池包失效率能達(dá)到千萬(wàn)分之一。
可以說(shuō)，SPS的創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)配合生產(chǎn)制造端的進(jìn)步，軟包電池曾經(jīng)的劣勢(shì)被一一攻破，其單體高能量密度、高安全性能、長(zhǎng)使用壽命、尺寸以及形狀設(shè)計(jì)靈活等多方面優(yōu)勢(shì)得以真正激活。
而在成本層面，SPS也打破了軟包電池給人小眾且高價(jià)的固有印象。
以往軟包電池多出現(xiàn)在豪華品牌車型，甚至是專業(yè)電動(dòng)賽車上，但SPS的推出做到了在保留軟包電池高性能優(yōu)勢(shì)的前提下，通過(guò)化學(xué)體系的兼容性、設(shè)計(jì)及制造成本的降低等多條路徑，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)性，給軟包電池帶來(lái)了更多發(fā)展空間。
孚能科技與國(guó)際頂級(jí)跑車品牌Venturi合作，助力其在國(guó)際汽聯(lián)電動(dòng)方程式大賽中獲得第五名的成績(jī)
再加上作為無(wú)縫升級(jí)到動(dòng)力電池終局形態(tài)——固態(tài)電池的最佳過(guò)渡路線，難怪孚能科技董事長(zhǎng)王瑀在面對(duì)媒體時(shí)，才有足夠的自信表示，“在未來(lái)十年的發(fā)展過(guò)程中，SPS這個(gè)結(jié)構(gòu)是最好的結(jié)構(gòu)。”
而市場(chǎng)端，也給出了積極回應(yīng)。據(jù)悉，廣汽埃安昊鉑GT710km高續(xù)航版和昊鉑HT 670km版車型都搭載了孚能科技三元軟包電池，嵐圖追光和夢(mèng)想家也在相應(yīng)車型上選用了孚能科技的SPS產(chǎn)品。
在方殼電池?fù)碛薪^對(duì)統(tǒng)治權(quán)的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，以孚能科技為代表的軟包電池企業(yè)開(kāi)始展示自己的破局之道。
縱觀全球市場(chǎng)，動(dòng)力電池領(lǐng)域仍處于技術(shù)路線百花齊放、創(chuàng)新技術(shù)此起彼伏的階段，本質(zhì)依然是不同使用場(chǎng)景中，尋找成本+安全+性能的最優(yōu)解。在純電市場(chǎng)續(xù)航穩(wěn)定和車企開(kāi)始發(fā)力補(bǔ)能效率的大環(huán)境下，以SPS為代表的創(chuàng)新軟包電池產(chǎn)品正在迎來(lái)一個(gè)新的時(shí)代機(jī)遇。
