摘要

進(jìn)入規(guī)模化制造時代，電池行業(yè)的科技屬性逐漸回歸到制造屬性。頭部鋰電廠商技術(shù)趨同趨勢下，競爭核心將體現(xiàn)在企業(yè)的制造能力上。

隨著電動化與儲能市場需求的大規(guī)模啟動，終端對能量密度、安全性、技術(shù)指標(biāo)等提出更高的要求，實現(xiàn)鋰電產(chǎn)業(yè)的智能制造，提升規(guī)模化、高質(zhì)量交付水平迫在眉睫。

根據(jù)工信部發(fā)布的數(shù)據(jù)，2022年全國鋰電池產(chǎn)量750GWh，僅電芯環(huán)節(jié)規(guī)劃項目就達(dá)40余個，規(guī)劃總產(chǎn)能超1.2TWh，規(guī)劃投資4300億元，TWh時代近在咫尺。

需要引起重視的是，鋰電產(chǎn)業(yè)作為一個巨大的賽道，雖然歷經(jīng)了十幾年的飛速發(fā)展，但是制造底層的信息化、數(shù)字化、智能化依舊薄弱，制造水平仍有較大的上升空間。

蜂巢能源工藝裝備中心負(fù)責(zé)人、上海章魚博士總經(jīng)理尹東星認(rèn)為，當(dāng)前時代背景下，電池行業(yè)的科技屬性逐漸回歸到制造屬性，所有的高科技在投入量產(chǎn)后將迅速平民化。

“進(jìn)入規(guī)模化制造時代，頭部電池企業(yè)的技術(shù)水平已經(jīng)逐漸趨同，未來電池企業(yè)的核心競爭力將體現(xiàn)在制造能力上，包括質(zhì)量控制能力、成本控制能力和智能化水平。”

同時，隨著動力電池規(guī)模化演進(jìn)，也將對電池制造的工藝路線產(chǎn)生深刻影響。

目前來看，動力電池領(lǐng)域存在方形卷繞、方形疊片、圓柱卷繞、軟包疊片等多種制造工藝。其中，方形疊片在電芯長薄化趨勢下實現(xiàn)市場快速滲透。隨著鋰電頭部廠商掀起智能制造躍遷，也將牽動主流電池制造工藝的變革與升級。

高工鋰電智能制造峰會期間，高工鋰電與蜂巢能源工藝裝備中心負(fù)責(zé)人、上海章魚博士總經(jīng)理尹東星進(jìn)行了深度對話，圍繞TWh時代動力電池智能制造挑戰(zhàn)、蜂巢能源智造戰(zhàn)略部署以及章魚博士的布局等話題進(jìn)行了詳細(xì)探討。

規(guī)模化制造能力將成競爭關(guān)鍵

“如果說，十年前，電池行業(yè)靠產(chǎn)品技術(shù)取勝；五年前，電池行業(yè)靠差異化定位取勝。那么到了TWh時代，電池行業(yè)將是得規(guī)模化制造能力者得天下。”

這是尹東星對于接下來動力電池企業(yè)競爭的研判。

如其所說，過去數(shù)年間，頭部動力電池企業(yè)通過材料體系優(yōu)化和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，不斷探尋向上的技術(shù)邊界，目前基本搶占了全球電池技術(shù)創(chuàng)新的制高點。

與此同時，終端多樣化應(yīng)用場景對于產(chǎn)品性能的訴求，包括高安全性、高能量密度、長循環(huán)壽命、高功率快充等要求也驅(qū)動著電池產(chǎn)品在細(xì)分領(lǐng)域往更高性能突破。

總體而言，頭部動力電池企業(yè)的技術(shù)水平正在趨同，未來最大的差異將體現(xiàn)在規(guī)模化制造能力上。

而當(dāng)前，動力電池行業(yè)產(chǎn)能擴(kuò)張的主要矛盾，來自于大規(guī)模擴(kuò)產(chǎn)的需求與相對落后的生產(chǎn)線水平。尤其是隨著自動化程度要求越高，越需要增強(qiáng)過程檢驗，但檢驗點越多，帶來的是整線OEE越來越低。

根據(jù)測算，按現(xiàn)階段投入1TWh電池廠75%OEE來算，每年制造損失將高達(dá)2500億元，而這筆損失將足夠再新建一個1TWh電池工廠。

尹東星指出，規(guī)模化制造能力是電池行業(yè)最核心、最基礎(chǔ)的競爭力，是把20多個工序連續(xù)不斷的每天重復(fù)上百萬次，造出來的電池需要一樣性能、一樣精度、一樣循環(huán)衰減、一樣安全。

“規(guī)模化制造不是靠堆工位、無限制增加檢測點，而是對產(chǎn)線進(jìn)行極簡化、集成化和智能化升級，以此實現(xiàn)檢測點不斷減少，最后實現(xiàn)消滅檢驗點。”

動力電池規(guī)模化制造要實現(xiàn)極致安全、極致效率、極致成本，其根本是要將動力電池由工藝品轉(zhuǎn)變?yōu)楣I(yè)品，從精益生產(chǎn)的“一個流”管理理念轉(zhuǎn)向規(guī)模化制造的“多個流”并行處理。

基于對智能制造的理解，蜂巢能源通過工廠規(guī)劃、產(chǎn)品工藝設(shè)計、設(shè)備管理、制造管理、品質(zhì)管理、廠內(nèi)倉儲物流等六大主線來推動智能制造的落地。通過引領(lǐng)開發(fā)核心裝備，突破鋰電制造效率極限，并真正將人工智能充分融入整線，打通全過程數(shù)據(jù)鏈路，實現(xiàn)“用戶側(cè)-生產(chǎn)側(cè)”的雙向進(jìn)化。

飛疊技術(shù)突破制造效率極限

圍繞動力電池核心裝備工藝革新與制造效率的挑戰(zhàn)，過去幾年，蜂巢能源已經(jīng)做了一系列積極探索。

為提升規(guī)模交付能力，蜂巢能源“飛疊”技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

蜂巢能源高速疊片1.0技術(shù)于2019年首次發(fā)布。隨著技術(shù)和工藝的迭代，高速疊片技術(shù)核心優(yōu)勢體現(xiàn)在質(zhì)量控制能力、優(yōu)越的產(chǎn)品性能和整線智能化水平。

為進(jìn)一步改善成本和效率，2022年蜂巢能源發(fā)布自主研發(fā)的高速疊片3.0：“飛疊”技術(shù)，其生產(chǎn)效率也從0.6秒/片提升至0.125秒/片，相比與第二代技術(shù)，“飛疊”技術(shù)實現(xiàn)單位占地面積減少45%，疊片工序單位投資減少53%。目前蜂巢能源正研發(fā)第四代疊片技術(shù)，疊片效率可達(dá)0.06秒/片，單臺疊片機(jī)可實現(xiàn)1GWh產(chǎn)能。

在生產(chǎn)質(zhì)量上，為了確保電池的安全，蜂巢能源一直采用最高端的陶瓷隔膜。在生產(chǎn)過程中，“飛疊”技術(shù)對電池內(nèi)部每一片隔膜和極片的尺寸、定位公差、表面缺陷都是使用AI視覺技術(shù)100%全檢，并根據(jù)檢測結(jié)果在線實時修正，實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量自適應(yīng)調(diào)整。

作為新開辟的電池形態(tài)路線，相比于圓柱卷繞和方形卷繞工藝，蜂巢能源“飛疊”技術(shù)正體現(xiàn)獨特優(yōu)勢。

一般來說，一條16ppm的卷繞型生產(chǎn)線會配備5-6臺卷繞機(jī)，相同效率之下需要配置18-20臺傳統(tǒng)疊片機(jī)。如今在結(jié)合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與疊片工藝的自主創(chuàng)新下，飛疊效率已逐步追平卷繞，最新數(shù)據(jù)來看，一條16ppm的短刀裝配線只需要6臺飛疊設(shè)備。

效率趨同之下，疊片工藝空間利用率更高，原理一致性、安全性更好。

借助“飛疊”技術(shù)，蜂巢能源也從動力領(lǐng)域快速切換到了儲能領(lǐng)域。由于儲能市場對產(chǎn)品的循環(huán)壽命要求更高。飛疊技術(shù)極片與隔膜完全復(fù)合保證了正負(fù)極反應(yīng)界面在長壽命循環(huán)后的一致性，加上產(chǎn)品內(nèi)部零缺陷的制造，能夠為儲能市場提供更高能量密度，更安全、更長循環(huán)壽命、更穩(wěn)定內(nèi)部結(jié)構(gòu)的電芯。

在“飛疊”技術(shù)加持下，蜂巢能源最新推出的龍鱗甲電池不僅實現(xiàn)了熱電分離，保證最大的安全系數(shù)，體積利用率更是達(dá)到了行業(yè)最高的76%，使磷酸鐵鋰體系的電池包達(dá)到了與三元電池包相同的續(xù)航里程。

尹東星透露，目前飛疊技術(shù)已成功導(dǎo)入蜂巢能源鹽城、上饒等多個量產(chǎn)基地。

打造車規(guī)級AI工廠

推進(jìn)鋰電產(chǎn)業(yè)底層信息化、數(shù)字化和智能制造是解決規(guī)模交付的關(guān)鍵。

蜂巢能源提到，面向新周期的動力電池智能制造，要有標(biāo)準(zhǔn)和整體設(shè)計，專注于設(shè)備自動化、單項信息化或者專注某一點上數(shù)據(jù)分析，不足以支撐整體智能制造的發(fā)展。

在戰(zhàn)略層面，蜂巢能源已經(jīng)將AI智能制造戰(zhàn)略作為四大子戰(zhàn)略之一，并搭建一整套的實踐體系，集中體現(xiàn)在蜂巢能源數(shù)智化“1441”戰(zhàn)略：

“1”即代表一套數(shù)智化標(biāo)準(zhǔn)，兩個“4”分別代表打造四大數(shù)字協(xié)同與四類領(lǐng)域的智能化，包括從試驗到量產(chǎn)的研發(fā)協(xié)同，從尋源到齊套的供應(yīng)鏈協(xié)同，從訂單到交付的運(yùn)營協(xié)同，從銷售到回款的業(yè)財一體；以及裝備智能、數(shù)據(jù)智能、平臺智能、運(yùn)營智能。最后的“1”則是一套支撐體系，涵蓋AI蜂能聯(lián)盟、工控智能硬件實驗室、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺等。

蜂巢能源目前已于金壇打造出首個數(shù)字孿生工廠，并憑借其車規(guī)級AI能力獲得2022年世界智能制造大會的十大科技進(jìn)展獎。

尹東星表示，蜂巢能源在金壇打造的數(shù)字孿生工廠，基于車間、環(huán)境、設(shè)備、物流、員工進(jìn)行建模和仿真。通過IoT技術(shù)采集相關(guān)設(shè)備的信號，以及通過數(shù)據(jù)中臺連接制造系統(tǒng)和管理系統(tǒng)，使得設(shè)備、物流狀態(tài)、故障情況相關(guān)數(shù)據(jù)可完美孿生、追溯及再現(xiàn)，從而更好解決工廠生產(chǎn)出現(xiàn)的問題。

從工廠的架構(gòu)體系變化來看，在智能制造賦能下，傳統(tǒng)的智能制造架構(gòu)已過渡到新型的端邊云結(jié)合的架構(gòu)。在這個轉(zhuǎn)變中，核心要素并非硬件的更迭，而是經(jīng)由底層的OS將硬件協(xié)議完全打開，從而實現(xiàn)通訊的無縫銜接和邊緣端的智能處理。

作為蜂巢能源鋰電產(chǎn)業(yè)智能化的“操盤手”，上海章魚博士智能技術(shù)有限公司開展一系列前瞻性布局。

目前，上海章魚博士在過程AI視覺檢測、設(shè)備智能控制、大數(shù)據(jù)分析與自適應(yīng)控制等領(lǐng)域打造了大量應(yīng)用場景。針對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸效率無法滿足動力電池生產(chǎn)對設(shè)備控制速度的要求，章魚博士引入邊緣計算及工業(yè)OS，在設(shè)備實時控制方面做了大量創(chuàng)新，開發(fā)出了線體智能控制器等邊緣智能硬件。

同時，章魚博士還構(gòu)建了一整套AI大數(shù)據(jù)企業(yè)平臺，基于自研智能硬件，融合AI深度學(xué)習(xí)+機(jī)器視覺算法，提供低代碼AI大數(shù)據(jù)企業(yè)平臺，實現(xiàn)對動力電池缺陷在線實時檢測、大數(shù)據(jù)實時監(jiān)控及企業(yè)其他場景AI應(yīng)用。

未來，蜂巢能源也將構(gòu)建章魚型操作系統(tǒng)，打通硬件協(xié)議與通訊總線，實現(xiàn)生產(chǎn)制造的智能化。在底層硬件與軟件實現(xiàn)融合，實現(xiàn)現(xiàn)場層、IDOS、應(yīng)用層的聯(lián)通，并借助產(chǎn)品化的應(yīng)用與場景，服務(wù)于整個鋰電產(chǎn)業(yè)。

在工廠智能化升級方面，蜂巢能源還提出了“工廠代差”的概念，通過不斷優(yōu)化核心裝備工藝，保持先進(jìn)的制造技術(shù)引領(lǐng)，打造標(biāo)準(zhǔn)化車規(guī)級AI智能工廠，在智能制造道路上持續(xù)探索，保證在全球范圍內(nèi)新建基地制造水平的持續(xù)升級。

審核編輯：劉清