澳洲礦場的一粒沙,如何讓中國一顆「汽車心臟」跳動?|碳案

來源:36氪
發佈時間:2022-05-23
這是一場關乎礦石資源、産能規模、生産效率、産品品質、供應鏈穩定的全方位比拼,任何一個環節的漏洞,都有可能成為對手趕超的理由。

「碳案」是 36 碳圍繞“雙碳與ESG”議題推出的案例解讀欄目。碳中和目標確立後,業界清楚其重要性,但困惑于“誰在做?怎麼做?”,我們希望解決這種資訊不對稱,通過對企業節能減碳、綠色環保、社會責任等代表項目的一線走訪、360°拆解報道,用“優等生”的事跡與成果産生借鑒價值,以影響産業裏更多角色。

「碳案」第二期,我們探訪了國內汽車動力電池企業「蜂巢能源」。發展新能源交通工具是國家「雙碳」目標實現的重要手段。動力電池作為新能源車的核心組成,其高品質發展對交通行業的減排有重要借鑒意義。

2021年蜂巢能源電池裝機電量達到3.1GWh,同比飆升430.8%,居全球第10。巨大的新能源汽車機遇面前,蜂巢能源如何繼續尋求高速、穩定的發展?

   

文 | 李安琪

編輯 | 蘇建勳

時隔兩年,機器轟隆的聲音再次迴響在澳大利亞西部一處鋰礦的上空。

從2021年1月至今,在新能源汽車市場驅動下,動力電池上游鋰礦資源價格暴漲,核心材料碳酸鋰價格更是翻了10倍。

為此,澳大利亞鋰礦公司Pilbara宣佈旗下的Altura鋰精礦迎來重啟,預計在2022年中恢復至18-20萬噸鋰精礦産能。此前由於2018年鋰精礦價格持續下行,Altura鋰礦從2019年10月起一直處於維護狀態。

不出意料的話,經過礦脈轟鳴與初步加工後,一批出自Altura的鋰精礦將穿過西澳狹長、荒涼的公路,送往全球最大的鐵礦石出口港——黑德蘭港。在海上航行15天后,抵達中國港口城市青島。

隨後,鋰精礦石將被提煉為碳酸鋰,成為新能源汽車電池的核心正極材料,它們將被運往一個長三角城市——常州。

常州市金壇區,蜂巢能源的電池製造工廠正在高速運轉。同一批礦石從採礦到最後正極材料到達蜂巢能源,正常情況下大約需要4-5個月,而從原料到最終車輛電池成品,還需要15-20天,期間經過電極、裝配、化成三大製造工序,産品品質控制環節超過2000項。

比如在電極工序,需要將攪拌後的正負極原材料,均勻涂到極流體材料上,經乾燥壓實之後切成一定尺寸,形成電池極組。

然後在裝配環節,採用疊片工藝進行組裝,經過熱負荷、對齊度檢測、異物檢測、絕緣耐壓測試等測試後,焊接成方形鋁殼乾電池。

不過此時乾電池還算不上真正的電池,仍需要在化成環節注入電解液、浸泡,首次充放電測試通過後,才算成為合格的汽車電池。

至少要5-6個月時間,澳洲礦場的一粒沙,才能讓中國一顆汽車心臟真正跳動起來。

蜂巢能源短刀電池

自2019年以來,新能源汽車逐步走出政策補貼驅動市場的階段。2021年我國新能源汽車銷售完成352.1萬輛,同比增長1.6倍;動力電池裝車量為154.5GWh,同比增長142.8%。

電池行業巨頭寧德時代從2018年的800 億元市值飆升至萬億市值。巨大的歷史機遇擺在所有人面前,但行業窗口期同樣向其他玩家開放。

據中國汽車動力電池産業創新聯盟發佈的數據,4月寧德時代動力電池裝車量市佔率降至38.28%,此前3月寧德時代仍佔據50.49%的市場份額,而在磷酸鐵鋰電池裝車量上,比亞迪以47.14%的市佔率反超寧德時代34.29%的市場份額。

這絕對不僅是行業頭部兩個玩家的賽場,中創新航、國軒高科、蜂巢能源、億緯鋰能、欣旺達等無不在追趕。

另一個數據同樣值得關注:2022年4月我國新能源汽車市場共計34家動力電池企業實現裝車配套。牌桌上的玩家在不斷減少,但可以確定的是,眾玩家面前是一個巨大的蛋糕。

西澳的礦脈,也因遠在6000公里之外的中國大陸再次跳動。

這不僅是一場關乎礦石資源的爭奪,更是産能規模、生産效率、産品品質、供應鏈穩定的全方位比拼,任何一個環節的漏洞,都有可能成為對手趕超的理由。

汽車「心臟」快速跳動的背後

常州市金壇區,電池公司蜂巢能源總部所在。2018年蜂巢能源由車企長城汽車孵化、剝離獨立,2019年蜂巢能源從保定搬至常州。

目前常州電池工廠的一、二期已經投産,四期正在建設中。工廠周圍300公里半徑內,有超過30家整車製造企業,超過25家鋰電配套企業。

每天,上游企業將電池製作的核心原料運送至此,經過勻漿、涂布、輥壓、模切、疊片、裝配、測試等環節後,合格的電芯産品才會正式流向新能源車輛市場。

蜂巢能源短刀電芯涂布工序

蜂巢能源正在全球規劃像金壇這樣的生産基地,分佈在南京、成都、鹽城、馬鞍山、遂寧、湖州、上饒七座國內城市,以及德國薩爾州。

這是市場需求驅動下的産能巨大預期。據電池中國統計,蜂巢能源2021年簽約、在建(含已有擴建)産能已達到295GWh。

但擴建速度仍趕不上需求的爆發速度。2021年蜂巢能源表示要在2025年實現600GWh産能目標。去年電池日上,蜂巢能源CEO楊紅新透露,目前收到的截至2025年的乘用車訂單已經接近400GWh。

與此同時,業內玩家也競相提出了産能擴張目標。到2025年寧德時代産能規劃預計達到600GWh,比亞迪達到430 GWh,國軒高科達到300GWh,中創新航要達500GWh,億緯鋰能預計達到200GWh。

作為一個系統性工程,電池生産製造的巨輪轉動,需要眾多上游供應商高度配合。

“上游至少有兩個環節,一個是礦業公司,另一個是原材料供應商。”蜂巢能源高級工藝總監劉小安告訴36氪。

然而不同産品的生産週期不相同。蜂巢資本總經理賀明星告訴36氪:電池公司的産能擴建速度比原材料産品生産快得多,基本上12個月左右就可以建成産線,而正負極材料、隔膜、電解液等核心主材的擴産週期則平均要2年。

電池産能嗷嗷待哺,但原料供應僧多肉少,這也是2021年鋰電上游産品原料價格暴漲的原因。

2021年,蜂巢資本正式成立,借助投資入股上游供應商,來實現供應鏈的完備。從2021年至今,蜂巢資本投資了9家電池領域公司,覆蓋正極材料、負極材料、銅箔、電解液、隔膜等材料公司,以及智慧製造及設備企業。

“有些公司非常靈敏,快速地把産能釋放出來,趕上了浪潮。但如果晚一兩年再建設産能,可能建成之後就面臨産能過剩的情況了。”賀明星表示。

因此,對於被投企業,蜂巢資本有自己的投資邏輯:一是有無技術壁壘,二則是擴産速度能否跟上電池公司的節奏。

以蜂巢資本投資的負極材料公司河北坤天為例,此前河北坤天屬於行業二級梯隊玩家。去年擴張之後,河北坤天在河北、四川、雲南三個基地加起來有20萬噸産能,今年投産4萬噸。憑藉快速擴張,河北坤天躋身行業第一梯隊,也從蜂巢能源負極材料第二供應商轉成第一供應商。

河北坤天CEO宋志濤告訴36氪,河北坤天目前以低於市場30-50%的價格為蜂巢能源供貨,公司雖然短時間內讓渡了部分利潤,但是電池行業是個長遠的賽道,要看未來的發展。

如果在以往,負極材料30-50%的價格下調,給電池公司帶來的效益可能有限,但在去年正極材料價格暴漲的情況下,更便宜的原料供應無疑能緩解電池公司的成本壓力。

“2020年-2022年是電池行業供應鏈安全階段,核心關鍵是快速把産能擴張起來,才會有行業地位。有了地位之後,才能有生存,生存下來之後才能談其他的競爭。”賀明星説道。

通過投資上游供應商,蜂巢能源獲得了更穩定、低價的生産原料,應對産能擴張。但除此之外,電池行業的多變技術路線,是蜂巢能源持續尋找上游同盟的另一原因。

“當下電池行業的技術路線變化非常快,這帶來一個問題:如何保證蜂巢能源目前的技術方向不會在未來兩年被顛覆。”賀明星表示。

近幾年,磷酸鐵鋰電池與三元鋰電池兩種技術來回交鋒,當下行業也正在熱烈討論固態電池、鈉離子電池等新技術。

但與層出的技術路線相反的是,每一個技術路線從産品研發到量産,都要經歷漫長的過程。劉小安曾主導試製了長城汽車內部首顆電芯,他從2016年加入長城汽車動力電池事業部。

他告訴36氪,電池研發需經過材料選型、結構化設計、倣真分析,應用場景分析等前置環節,才能確定技術路線;落到産線上還有小試、中試、AB樣件定型,安全性能測試等環節,整個開發流程大概需要一年半時間。

2017年首顆電芯産品小試下線時,長城汽車採用了市面上主流的捲繞工藝來製作電芯,但電芯試製出來後,內部覺得性能不夠好,才改為疊片工藝。當然也交了一定的“學費”,捲繞工藝所採用的機器設備都無法再使用。

這僅是在研發階段的糾偏,如果電池産線投産之後再改動,那麼付出的時間代價和市場損失無疑是巨大的。

因此,蜂巢能源正在積極佈局新技術、新材料、新工藝等,如快充、固態電池等技術研發。作為行業老兵,劉小安也表示要快速學習新技術路線,把新技術可能存在的失效模式研究透了,才能在電池研發過程中快速糾偏。

“明顯的感受就是,在蜂巢的成長速度可能是原來公司的三倍以上,在這個公司幹一年,等於在其他公司幹三年。很累,但痛並快樂著。”劉小安笑著説。

這也要求上游供應商具備快速反應的能力。“如果電池設計路線發生變化,但材料公司和電池公司的關係不夠緊密,也容易在研發上掉隊。”

蜂巢能源與材料供應商會定期開展技術交流會、派人到産線上進行指導。當材料供應商有新品推出時,也會率先給到蜂巢能源進行産品性能驗證。

除投資上游材料企業之外,長城汽車從2017年開始佈局上游礦産資源。2017年長城控股出資約2800萬美元,購買西澳鋰礦企業Pilbara 3.5%的股權,首個五年內每年可獲得7.5萬噸鋰精礦。

Pilbara擁有全球最大的礦石鋰礦,其股東名單上還有贛鋒鋰業、寧德時代等國內鋰電玩家的身影。2019年雙方簽訂附加協議,Pilbara從2019年起將連續6年向長城汽車每年運送2萬噸精礦。

目前,蜂巢能源在國內還入股了廣西天源和永杉鋰業,共計鎖定了6萬噸鋰産品産能。

憑藉著入股上游供應商、儲備新的技術路線、出海投資礦山等一系列提前佈局,蜂巢能源在2021年電池裝機量排行榜上表現搶眼。

根據南韓調研機構SNE Research發佈的數據,2021年蜂巢能源電池裝機電量達到3.1GWh,同比飆升430.8%,居全球第10。國內動力電池裝機排名從2020年的十名開外躥升至第六,客戶覆蓋東風嵐圖、長城汽車、合眾新能源、零跑汽車等。

人工智慧,滲入電池製造

然而,在2025年實現600 GWh産能目標面前,投資上游企業和礦山只是解決了貨源問題,如何造出更多高品質的電池,還是要回歸製造行業的本質——生産效率

劉小安告訴36氪:從原料到電芯的15-20天裏,有些生産環節的時間是無法被壓縮的。比如電芯成型後注入電解液的環節,必須要讓電解液與正負極充分接觸,才能保證電芯的放電性能。

但有些環節的確可以通過改進機器來加速。在電芯裝配環節,疊片工藝雖然比捲繞工藝擁有更高的能量密度和安全性,但其生産速度一直是行業痛點。國內疊片工藝效率普遍在0.6-0.8s/片之間,而蜂巢能源目前採用的疊片機效率可達0.4s/片。其下一代設備疊片效率可以達到0.125s/片,超越捲繞工藝生産效率。

蜂巢能源在方形電池上採用高速疊片工藝

但單純設備側自動化升級改造,只能帶來局部效率提升,真正的智慧製造應該著眼于全局最優。在智慧製造背景下,蜂巢能源正將資訊化、網路化、數字化、智慧化技術融入電池製造的全過程。

2021年8月,蜂巢能源成立了專注于智慧控制和智慧製造領域的全資子公司章魚博士智慧技術(上海)有限公司,提供能源互聯、工業智控硬體、AI演算法與核心工業軟體、燈塔工廠總包整合等方向産品與服務。

人工智慧怎麼對電池製造帶來效率提升?蜂巢能源首席資訊官、章魚博士總經理李羿輝向36氪舉了一個例子:

近年全球氣候變暖,極端天氣時有發生。一般而言,傳統車間的溫度和濕度控制,採用比較固定的環境控制策略。在突發暴雨或者高溫情況下,這些控制策略顯得捉襟見肘。

而動力電池很多關鍵工序對環境要求很高,譬如雙面涂布環節速度1分鐘在80米左右,如果車間環境溫濕度控制不好,30分鐘就會造成數千米涂布材料的問題;

借助人工智慧系統,蜂巢能源的車間能夠利用物聯傳感網路和IOT平臺,對生産環節的各項關鍵控制參數進行高頻、連續監測,借助大數據分析預警,並結合邊緣計算,對工藝控制策略進行實時調優,形成“人、機、料、法、環、測“的聯動,提升電芯産品一致性。

簡而言之就是,把車間環境的預測和調控交給人工智慧和大數據。

這些能力的構建,離不開背後的團隊研發。據了解,章魚博士正在與十余家AI生態聯盟企業在常州基地規模開展AI智慧場景測試驗證工作;還與華為等企業成立AI實驗室,研發面向鋰電池行業的機器視覺、AI人工智慧與大數據分析技術。

這些成果不僅只在蜂巢能源內部“消化”,章魚博士還在試圖“外供”。從蜂巢能源出發,章魚博士面向新能源行業,開發應用了一系列智慧製造軟硬體系統,包括規劃了上百個AI應用場景、包含幾十種關鍵演算法的AI平臺,覆蓋電極全過程工藝的視覺檢測系統、端雲融合的大規模5G協同製造系統、融合物聯網關、2D/3D智慧相機及數據中臺等核心工業軟體系統。

李翌輝表示:目前蜂巢能源一條産線關鍵控制參數在2000多個以上,每天産生數據達到幾百GB。章魚博士構建了全域數據庫,通過AI演算法平臺及數據中臺,能7*24小時實時無間斷地進行數據進行監控、分析、預警與故障及時干預處理。

蜂巢能源常州總部

當然,如果將工廠視為一個生態圈,除了機器設備不斷數字化、智慧化之外,人機協同,提高對一線人員的數字化協同能力也非常重要。

“長期以來,行業中設備自動化與系統資訊化、智慧化是脫節的,大量的電池生産經驗與知識,散落在各個不同的系統、技術人員和高級技師的腦海裏。”李翌輝説道

“但通過數字化技術可以拉通時間和空間上的障礙,把零散的知識,變成可以復用的結構化知識和經驗,通過數字孿生,在蜂巢全球範圍各製造基地高效同步和分享。”

針對産線人員,蜂巢能源構建了全套數字化系統,譬如打造了設備故障員工自助引導修復系統。通過對故障進行特徵提取並智慧分類,建立故障知識庫,對每種故障給出最有效的互動式解決措施。

李翌輝表示:當機器發生典型故障時,AI系統可以推薦給出典型故障解決方法,員工按系統指導,可以在5分鐘內將70%以上的小問題消滅在現場。

此外,員工還可以通過AR/VR系統,將問題快速反饋給後端的數字化主管系統,通過設備維修專家,遠端診斷並進行維修指導。

此外,智慧演算法與分析控制技術不僅可以提升內部生産效率,同時對外部供應也有波動預警和調節輔助作用。

李翌輝告訴36氪,蜂巢能源將在長三角、華東、西南等地區建立建設大型供應鏈園區,産業鏈相關材料企業、零部件企業、設備供應商和智慧製造企業都可以入駐園區,由章魚博士統一提供5G通訊、IOT平臺、線體智慧控制核心繫統、工業網際網路基礎平臺、供應鏈協同平臺等軟硬服務,提供産、供、銷一體的供應鏈服務。

與此同時,章魚博士還在面向大供應鏈構建一套大數據分析與預警系統,結合國際形勢、大宗物資期貨走勢、貨幣匯率及供需協同資訊等,對未來30天的核心物料進行波動預測並給出採供建議。

“就像構建多級級聯接力工作的智慧調節水庫一樣,一旦狂風暴雨或者枯水期到來的時候,可以起到削峰填谷的作用。”李翌輝表示。

他認為:雖然當下原材料價格暴漲,但如果不未雨綢繆構建産業網際網路,形成上下游資訊共用與大供應鏈調節能力,將來産能過剩後行業又是一地雞毛,很多企業抗不過週期波動,會很快消失在歷史長河之中。

“我們希望利用蜂巢能源對大供應鏈長期穩定的管理與建設,利用數字化的手段,促進行業的穩定。大家能在比較平滑、可以預期的環境裏發揮核心競爭力。”李翌輝説道。

此前,蜂巢能源董事長兼CEO楊紅新在接受36氪表示:未來電池行業的競爭比拼將會聚焦在三點:一是技術(材料、結構和製造創新),二是産能與規模,三是供應鏈競爭。

這些都並非能夠靠蜂巢能源一己之力達成,目前蜂巢能源仍在這三個方向的道路上求索。

近日,蜂巢能源與36 氪正式啟動 “創新成就你我 • 先蜂産業合作夥伴全球招募”大賽,聚焦鋰電三新(新技術、新工藝、新材料)和工業網際網路(大數據、AI智慧、通信等)等領域,向全球招募優秀的人才技術團隊進行孵化創新,尋找高潛力的行業和技術領先型企業或高校團隊,通過構建産業生態,為企業快速成長賦能。

此外,招募將有5億元産業鏈投資基金支援,入圍的團隊將入駐章魚博士並獲得管理、成長等多方面的産業協同賦能方案。通過大賽,蜂巢能源將與合作夥伴共同探索、應用電池行業前沿技術,以製造模式的升級提升産能供給,滿足新能源行業不斷增長的産能需求,推動社會可持續發展。

  

本文圖片來自:採訪供圖 正版圖庫