近日，“車規(guī)級標準”成為動力電池行業(yè)熱烈討論的話題。話題起因在于11月27日動力電池新勢力企業(yè)蜂巢能源位于江蘇常州的金壇工廠正式投產(chǎn)。在其投產(chǎn)儀式上，蜂巢能源總經(jīng)理楊紅新向業(yè)界介紹了該“車規(guī)級AI智能動力電池工廠”的特點并首次系統(tǒng)闡述了蜂巢能源理解和踐行的“車規(guī)級標準”。世界汽車組織第一副主席、中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟理事長董揚高度肯定了蜂巢能源率先踐行“車規(guī)級標準”的意義，并呼吁相關主管機構盡快啟動建立車規(guī)級動力電池標準的項目，同時號召產(chǎn)業(yè)鏈相關企業(yè)都行動起來積極參與車規(guī)級標準的建立。“車規(guī)級標準”由此迅速成為行業(yè)關注的焦點。
建立車規(guī)級動力電池標準刻不容緩
事實上，同在11月27日，同在江蘇常州，一場關于車規(guī)級動力電池標準的專家研討會備受業(yè)界矚目。
這場由董揚主持的會議上，還有中國工程院院士吳鋒、中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟副秘書長王子冬、中國汽車工程學會新能源分會秘書長/清華大學車輛工程系教授田光宇、中國物理與化學電源協(xié)會秘書長劉彥龍、國家動力電池創(chuàng)新中心主任盧世剛等行業(yè)公認的頂級專家，以及東風、蔚來、長城、貝特瑞、當升、先導、利元亨、蜂巢能源等電池產(chǎn)業(yè)鏈上各方代表企業(yè)的高層領導。
經(jīng)過深入探討，參會者一致認為我國的車規(guī)級動力電池標準應該盡快建立，刻不容緩。專家們的觀點飽含著對動力電池行業(yè)發(fā)展格局和未來趨勢的深入洞察。
新能源汽車在全球已經(jīng)成為大勢所趨，而中國在該領域已經(jīng)占據(jù)了相當?shù)膬?yōu)勢。中汽協(xié)數(shù)據(jù)顯示，2019年前10個月，我國純電動汽車銷量達75萬輛，穩(wěn)居世界第一。國家已經(jīng)將其作為重要的戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)予以支持，根據(jù)12月3日工業(yè)和信息化部公布《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035年)》(征求意見稿)的要求，我國計劃到2025年實現(xiàn)新能源汽車新車銷量占比達到25%左右。電動汽車將是新能源汽車市場的主力軍。
受益于中國成為全球最大的新能源汽車市場，我國的動力電池市場也成為全球最大市場。然而動力電池行業(yè)的發(fā)展卻不盡如人意，高端產(chǎn)品不足的結構性過剩、發(fā)展不均衡的問題十分突出。據(jù)統(tǒng)計，在2019年1-10月，動力電池前10家企業(yè)裝機量合計市場份額已達88%，其中，寧德時代和比亞迪兩家企業(yè)市場份額已超70%，寡頭壟斷格局顯然不利于市場充分競爭。
同時，電動汽車的安全事故頻發(fā)仍然是橫亙在消費者與市場之間的一大難題，而這些事故往往與電動汽車的核心——動力電池相關。清華大學電池安全實驗室主任馮旭寧發(fā)布的《2019年動力電池安全性研究報告》指出，僅2019年前7個月，國內(nèi)外媒體報道的電動汽車安全事故與電力電池相關的就達到40余起。
這些問題充分說明了我國動力電池行業(yè)的大而不強，而這與我國在該領域長期以來缺乏嚴格的行業(yè)品質(zhì)標準而導致市場的野蠻生長直接相關。
研討會現(xiàn)場，王子冬在演講中指出：“中國鋰電池行業(yè)最早從消費類電池行業(yè)起步，而后者的耐用性、一致性、安全性和充放電性能指標相比車用動力電池要低很多，更無法滿足新能源車對動力電池的要求。目前，國內(nèi)外車規(guī)級動力電池標準存在空白，隨著國內(nèi)新能源車市場的高速發(fā)展帶動的動力電池行業(yè)規(guī)模的迅速增長，消費者對于新能源車用動力電池的安全、能量密度和性能提出了越來越嚴苛的要求，而外資動力電池企業(yè)在華設廠、白名單保護政策和補貼逐步取消的緊迫形式下，國內(nèi)的動力電池企業(yè)迫切需要摒棄競爭心態(tài)，以更高的行業(yè)利益為指導，推出車規(guī)級動力電池標準”。
劉彥龍也表示：“消費類電池的使用環(huán)境、使用壽命和要求都要低跟多，動力電池要求跟車同壽命，這是非常高的要求。制定車規(guī)級動力電池標準，很有必要。”
車規(guī)級動力電池有何不同?
那么，到底什么是車規(guī)級鋰電池動力電池?按照傳統(tǒng)汽車行業(yè)的習慣，業(yè)內(nèi)將符合汽車使用需求的零部件定義為車規(guī)級(產(chǎn)品);而“中國車規(guī)級動力電池標準”，可以看做是圍繞新能源車屬性及其使用場景,針對新能源整車對安全性、可靠性和一致性等方面需求設計制造的，涵蓋但不限于滿足車規(guī)級原材料、車規(guī)級制造控制、車規(guī)級系統(tǒng)化設計、車規(guī)級測試規(guī)范等一系列標準的鋰離子動力電池。
汽車級的要求與消費電池產(chǎn)品的要求相比顯然要嚴苛太多。
拿高低溫適應性來說，消費電子產(chǎn)品對工作溫度的要求一般都是在0℃至70℃之間，汽車產(chǎn)品對于零部件的工作溫度一般要高于民用產(chǎn)品的要求，如乘客艙的工作溫度達到-40℃至85℃之間，發(fā)動機周邊的工作溫度要求更是達到-40℃至150℃之間。而且汽車的使用環(huán)境還涉及機械耐用、電耐用、環(huán)境耐用等考量，這些都是消費類電子不會遇到的問題。
再如可靠性要求，消費類電子的設計使用壽命一般在2、3年左右，消費類電子產(chǎn)品用個4、5年已經(jīng)算是超期服役了，但汽車要用15年。而且，動力電池中的電芯安裝數(shù)量多，連接電池需大量高低壓連接件，BMS監(jiān)控需要大量傳感器，這也對電池的可靠性提出了非常高的要求，遠遠高于對消費電子產(chǎn)品的要求。
此外，電池充放電倍率方面，消費類電子產(chǎn)品的電池不需要設計很大的放電倍率，但消費者對電動汽車要求很高，希望電動汽車像燃油車那樣動力持久充沛，還要像燃油車加油那樣幾分鐘充滿電。可以想象這意味著多高的充放電倍率，這在消費電子領域是從來不會遇到的需求。
由此不難理解，汽車級與消費電子產(chǎn)品的應用場景已經(jīng)完全不同，前者對電池品質(zhì)的要求與后者已經(jīng)完全不在一個級別上，可以說車規(guī)級的動力電池已經(jīng)完全成為一個新的物種，它需要在原料、工藝、生產(chǎn)、測試等等全過程按照汽車級的要求進行嚴苛的標準設定。
然而當前我國尚未有這個新物種的統(tǒng)一標準，對動力型電池與消費類電子電池的原材料質(zhì)量及控制標準未加區(qū)分，從整車角度僅對電池的“安全性、液冷系統(tǒng)的密封性、規(guī)格尺寸、熱管理系統(tǒng)”等方面提出一定的要求，不少企業(yè)甚至仍在沿用消費電子類電池進化過程中的標準。
也因此，有前瞻性眼光的企業(yè)在車規(guī)級標準方面的先行先試就顯得彌足珍貴。
蜂巢能源車規(guī)級工廠的探索意義
作為新勢力的蜂巢能源，在車規(guī)級標準的探索上，為行業(yè)做出了極有價值的示范。
蜂巢能源CTO饒忠儒博士表示，想要把提供給新能源車使用的動力電池在現(xiàn)階段動力電池的基礎上，提高到一個更安全，性能更好，能量密度更高的水平，肯定是需要一個系統(tǒng)工程才能達到目的的。蜂巢能源在產(chǎn)品設計過程中充分考慮使用要求，進行精細的設計和充分的實驗驗證;在制造過程中，從原材料采購、制造控制和測試標準環(huán)節(jié)，建立嚴格的質(zhì)量管控體系;同時，還要針對汽車工業(yè)對成本極度敏感的特點，嚴格控制成本。
在此方面，金壇工廠無疑已經(jīng)走在行業(yè)的前面。
比如在環(huán)境控制方面，金壇工廠生產(chǎn)線對潔凈度的控制標準達到了一萬級，核心工序甚至達到千級。從投料到電芯封口的全過程中，濕度的波動幅度維持在1%以內(nèi);而在普通的電池工廠內(nèi)，廠房潔凈度的控制一般只需要10萬級，濕度控制也僅僅是在注液前，保持10%-30%的波動幅度，在電芯注液和組裝這兩個核心工序中，保持不超過1-2%的波動幅度。
金壇工廠的制程管控按照“6 Sigma”目標設計，其核心工序的工程能力CPK達到了1.67-2.0，缺陷不良率低于3.4PPM;而在傳統(tǒng)的電池工廠里，對制程的管控水平一般在“4 Sigma”左右，而且核心工序的工程能力CPK≥1.0-1.33，缺陷不良率維持在6210PPM。
在實際操作層面，“金壇工廠”利用數(shù)字化工廠的MES系統(tǒng)和設備在線的AI檢測系統(tǒng)，通過人、機、料、法、環(huán)、測、時間等7個緯度的制程管控手段，實現(xiàn)了對生產(chǎn)過程中超過2500個影響產(chǎn)品質(zhì)量的因子的監(jiān)控，并可追溯到單電芯每個制程的數(shù)據(jù);而在一個傳統(tǒng)電池工廠中，對影響因子的監(jiān)控只能達到1500個水平。
此外，金壇工廠采用的超寬幅涂布技術，在整個行業(yè)處于最領先的位置;蜂巢能源在業(yè)內(nèi)率先在方形電池上引入高速疊片工藝，不僅有效解決傳統(tǒng)卷繞工藝的電芯極組內(nèi)空間利用率和最內(nèi)圈極片易斷裂的問題，還可使電池在能量密度上提升5%，循環(huán)壽命增加10%，更克服了傳統(tǒng)疊片工藝的低效問題，一期效率就達到0.6秒，并有望在二期工廠內(nèi)將效率提升至0.45秒，等等。
饒忠儒坦承：“想要動力電池達到‘車規(guī)級標準’，我們其實還有很長的路要走，但是眼下蜂巢能源的“金壇工廠”，其實是在動力電池“車規(guī)化”的方向上，給整個行業(yè)打開了一扇門，雖然“金壇工廠”所做的設備革新，技術創(chuàng)新和工藝革新，依然不能算是一個“動力電池車規(guī)級標準”的雛形，但“金壇工廠”通過自己的切實行動，展示了動力電池行業(yè)遵從汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)律，及早針對新能源車的使用場景和需求，推出行業(yè)自己的“車規(guī)級標準”的務實行動。”
金壇工廠率先探索車規(guī)級工廠的行動得到了行業(yè)專家的高度評價。可以說，金壇工廠的投產(chǎn)，對車規(guī)級標準的先行先試的積極示范意義，標志著中國在“車規(guī)級動力電池標準”方向上邁出了第一步，為中國動力電池行業(yè)建立車規(guī)級標準提供了一個極好的參考樣本。
當前，隨著白名單取消，外資競品已經(jīng)開始瘋狂涌入，補貼退坡帶來的市場需求壓力進一步加大，國內(nèi)動力電池企業(yè)面臨著內(nèi)憂外患，淘汰賽正在加劇。但是，動力電池產(chǎn)業(yè)事關中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，事關我國能源戰(zhàn)略的國際競爭力。建立“車規(guī)級動力電池標準”的緊迫性正在日益顯露，市場呼喚更多符合汽車需求的高品質(zhì)動力電池，中國的新能源汽車產(chǎn)業(yè)需要更多能生產(chǎn)車規(guī)級動力電池的車規(guī)級電池工廠。
當然，“車規(guī)級動力電池標準”必然是個艱巨的系統(tǒng)工程，這個目標的實現(xiàn)需要全產(chǎn)業(yè)鏈各方專家和人才共同為之努力，辛苦但值得。王子冬指出：“建立車規(guī)級動力電池標準對于行業(yè)來說，將引領行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展，避免資源浪費/低端產(chǎn)能重復建設，有效解決和減少安全事故，提升產(chǎn)品質(zhì)量。而對整個新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈來說，將利于研發(fā)資源的整合，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本和產(chǎn)品成本，形成更加可靠的供應體系，保證產(chǎn)品的一致性。還有助于推動我國能源產(chǎn)業(yè)升級，提升中國能源產(chǎn)業(yè)在國際市場的核心競爭力”。
