動力電池的機(jī)構(gòu)以及可制造的動力電池理想狀態(tài)

首先來看動力電池的現(xiàn)狀挑戰(zhàn)，動力電池的制造有兩個核心，可以做一個對比，在芯片制造相當(dāng)于是產(chǎn)業(yè)大腦，對于我們來說就是電池，這就是產(chǎn)業(yè)的心臟。把這兩個產(chǎn)品是可以拿來做對比的，它有很多的相同點(diǎn)借鑒，為什么這么說？在動力電池的制造上，可以借鑒芯片制造的標(biāo)準(zhǔn)化和發(fā)展，還是有存在著一定的異常，動力電池的制造不僅僅包括化學(xué)、物理、器械的應(yīng)用，從制造角度來說，它是從連續(xù)型轉(zhuǎn)到了離散型，簡單來說是當(dāng)成化工廠和電子廠。這就需要我們有比較多的經(jīng)驗(yàn)積累，不然是很難把電芯做好。

這一頁大家很了解了，點(diǎn)出了電池的發(fā)展方向，會從業(yè)態(tài)往全固態(tài)的發(fā)展。在這里面也會遇到動力電池的安全性問題，我們看到了一個表現(xiàn)是機(jī)械的濫用、熱的濫用導(dǎo)致了熱失控。再往深層次研究的話，不僅僅是在熱失控上，更多是想研究出它的本質(zhì)誘引，前面的專家都提到了，在機(jī)理上的枝晶生長，到現(xiàn)在還沒有被行業(yè)內(nèi)徹底的研究出來。有這么多問題怎么做呢？我們也提出了想法，針對電池的設(shè)計(jì)安全性和使用的安全性方面，當(dāng)然由各個行業(yè)進(jìn)行解決。我們作為一個設(shè)備制造商，從制造角度提出了看法。在制造角度，把制造過程的精度、毛刺、水分、粉塵進(jìn)行控制，就提出了幾個核心點(diǎn)，保證制造的高精度、全過程的監(jiān)控和車規(guī)級的質(zhì)量體系，這是很重要的。

第二個方面給大家分享可制造的動力電池理想狀態(tài)，這個是簡單的把電池性能要求歸納了一下，除了常規(guī)的循環(huán)、容量、壽命之外，重點(diǎn)想給大家提的點(diǎn)是要重視車規(guī)級的動力電池的需求。車規(guī)級的動力電池需求一定要重視這四個方面：可靠性、環(huán)境要求、振動沖擊需求、安全要求。

從環(huán)境溫度這一個點(diǎn)可以明顯看出來，傳統(tǒng)的CCC類產(chǎn)品對溫度的使用范圍、要求是非常高的，把溫度的需求放在車規(guī)級上面來說，我就有更高的要求了，要達(dá)到-40到120度的適用范圍。對認(rèn)證規(guī)格的嚴(yán)格性，不僅要做質(zhì)量體系，還要做QC和CCC的強(qiáng)制認(rèn)證。

這一頁給大家?guī)砹怂悸罚褪俏覀內(nèi)绾螌恿﹄姵氐闹圃爝M(jìn)行落地，現(xiàn)在國內(nèi)普遍的動力電池制造是B級的水平，Cpk是1.0-1.33的范圍，甚至還沒有達(dá)到1.0的水平。按照車規(guī)級的要要求來說，我們最終是達(dá)到Cpk2.0以上的需求。達(dá)到這個需求的話，我們就能做到不用挑選，直接使用動力電池了。在這里做了簡單的計(jì)算，如果按照1.33的計(jì)算，整個電芯磚的合格率只能做到88%。為什么要提車規(guī)級的Ckp指標(biāo)呢？必須做到2.0以上，這樣合格率才能是萬分之一不良率的水平，就可以進(jìn)行不挑選的狀態(tài)。當(dāng)然，我們還是會對動力電池的結(jié)構(gòu)有一些需求，對動力電池制造能力評估從這些方面考慮，包括合格率、利用率，我就不一一分享了。

這一頁是前面提到的8大因素，在規(guī)劃的時候就一定要綜合的進(jìn)行決策，其中非常重要的就是制造的安全性和工序的篩選，在這個方面一定是要注重的。怎么理解呢？我們行業(yè)內(nèi)在主流應(yīng)用的工藝，它可能本身是安全性很大的隱患，比如說我們五金模切、超聲波有天然的缺陷，現(xiàn)在是有新的工藝解決方案。在設(shè)備投入上做了核算，把設(shè)備投入增加10%，在1G瓦時的基礎(chǔ)上，可能會增加3000萬的設(shè)備投入，按照3年折舊，每年是1000萬。對于收益來說，合格率每提高1%，每年增加1000萬利潤。有時候我們要找到設(shè)備投入和效率的折中點(diǎn)。

對規(guī)模制造做了一個小結(jié)，就是我們覺得規(guī)模制造是要滿足這些方面的需求，最終我們認(rèn)為動力電池的產(chǎn)能規(guī)模是做到單線2-4G瓦時，而且對合格率、材料的利用率也要有更高的需求。

第三方面是想分享理想動力電池的狀態(tài)。這個圖大家都比較了解了，對能量密度的提升需求，之后就到了材料端的特性，遇到正極材料的壓實(shí)密度大、硬脆，還有負(fù)極碰撞度更高等等的特性。目前更多是卷繞工藝，無論是方形還是圓柱，它在循環(huán)過程當(dāng)中都會產(chǎn)生碰撞和不均勻性，這就會導(dǎo)致最終內(nèi)部的變形，也是電池安全性的不良源頭。

這個是我們做了多次的電池拆解，可以明顯地發(fā)現(xiàn)它在卷繞電池折彎的地方會有脫落的侵略。這個是做的電池循環(huán)結(jié)構(gòu)的CT狀況，可以看到它是有機(jī)芯變形的情況?？吹竭@么多不良好，未來疊片電池能很好的規(guī)避這個問題，目前疊邊電池主流做的是Z型的疊片，它有的弊端是制造過程跟是隔膜高速往返，就不可避免對隔膜產(chǎn)生拉升，特別是大規(guī)模的狀態(tài)，電芯會更長，這就會導(dǎo)致隔膜內(nèi)部的褶皺。

這個是我們在清華大學(xué)做的測試，把主流使用的隔膜拿去做了拉伸測試，這個拉伸測試是完全模擬了折疊的過程，從不受力到核心能力，往返了幾次。在這個過程當(dāng)中，會對隔膜產(chǎn)生不可逆的變形。當(dāng)然，其中還會出現(xiàn)隔膜的微孔、變形，對于鋰離子的傳輸也會有一些影響。我們就提出使用全片式疊片來規(guī)避和解決Z疊的問題。打造的問題是做得更平整，避免出現(xiàn)孔隙，避免電解液缺失出現(xiàn)的問題。我們已經(jīng)研究了3年，并且也推出了成熟的產(chǎn)品，目前主流客戶中都是使用這種方式。解決的就是疊心內(nèi)部的界面，以及之后循環(huán)過程當(dāng)中的問題。這是制作工藝，右邊就是其中一個客戶實(shí)際制作出來產(chǎn)品的情況。

最后跟大家分享一下動力電池制造的理想狀態(tài)，制造首先就會設(shè)定目標(biāo)，目標(biāo)是可以理解為五個方面，包括安全、質(zhì)量、效率、柔性和速度。這個是我們做的路線圖，其中考慮到產(chǎn)品的品種、制造成本、制造安全性、CPK、單機(jī)產(chǎn)能和材料利用率，都提出了一定的發(fā)展方向。我們想推廣并建議的，就是行業(yè)內(nèi)電池品種還是偏多的，是可以參照和對比芯片的數(shù)量，包括液晶和顯示器都是規(guī)范的。電池的規(guī)格未來不需要太多，而是把規(guī)格定量化，做得更好。

制造轉(zhuǎn)型的核心手段就是通過智能制造的平臺，智能制造平臺不僅是我們提到的新系統(tǒng)，而是在新系統(tǒng)里面有更多的仿真。從設(shè)計(jì)源頭、材料選擇到制造端，全過程的考慮。

在提升質(zhì)量上有一些思路，現(xiàn)在國內(nèi)主要做的是邏輯控制和檢測水平，最終我們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)智能制造，我們一定要導(dǎo)入工藝模型，把工藝的數(shù)據(jù)和制造做成一個閉環(huán)，把制造過程進(jìn)行可控化。

接下來是對智能工廠的構(gòu)建做簡要的分享，我們覺得智能工廠是可以大致分為三個階段：前端的合漿到烘烤；中間是組裝到分選；后端是模組。這是我們對設(shè)備的劃分。具體到控制層級來說，從現(xiàn)場的數(shù)據(jù)字典，再到每個設(shè)備具體的數(shù)據(jù)，再逐漸的上升到ERP、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等的平臺。除了智能工廠之外，還有工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)就是微服務(wù)的平臺，希望最終是能夠做成綜合的APP，這樣能直接的響應(yīng)和實(shí)現(xiàn)智能制造過程滿足需求。

這一頁就是前面的小結(jié)，講到一個數(shù)據(jù)閉環(huán)，有的公司已經(jīng)把生產(chǎn)過程的監(jiān)控點(diǎn)做到兩千或者是三千以上，這個工作是大家需要做的，我們從整個的極片制造、電芯制造、電池PACK生產(chǎn)的數(shù)據(jù)形成閉環(huán)，通過閉環(huán)之后來指導(dǎo)電池的更好制作。

這里做一個小總結(jié)，我們認(rèn)為最終動力電池制造的三大核心目標(biāo)是在制造成本、一次制造合格率和材料制造率是要朝著現(xiàn)有的CPK是1.33往2.0來邁進(jìn)，現(xiàn)在目標(biāo)是這樣的，過程還是需要各位同行努力完成。

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