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魏建军80亿动力电池工厂即将投产,“钱”途如何?

新闻分类:媒体新闻
更新时间:2019-11-27
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动力电池产业,正处于一个艰难的时刻。 

在这样的艰难中,变化的势能正在不断地酝酿,这是一个产业格局即将重构的前夜。 

在这样的一个时刻,魏建军进来了。 

 

2019年11月,常州市以西40公里的金坛区,一座智能车规级动力电池制造工厂仅用一年时间就拔地而起。


这就是魏建军的蜂巢能源科技常州制造工厂。 

在这个占地达800亩的产业园区,魏建军将分三期砸下80亿元,打造一个总产能达到18GWh的现代动力电池工厂。 

工厂的主体和一期4GWh的生产线,已经准备就绪,处于设备调试状态,将在这个月底进行试生产,于2020年2月进入SOP状态。 

二期8GWh将于2021年1月投产,三期6GWh将于2023年1月投产。 

这些产能,将可以满足36万辆纯电动的动力电池的需求。 

台湾人饶忠儒,是这里的负责人。 

饶忠儒毕业于台湾辅仁大学,获化学博士学位。先后在E-One Moli、锂科股份、波士顿动力等企业从事电池研发和制造工作。在锂科股份和波士顿动力阶段,是相关企业研发和制造的主要负责人。 

作为电池领域有着近30年从业经验的顶尖专家,饶忠儒原本已经打算直接退休的。魏建军在动力电池领域的决心和真金白银的投入,再次点燃了饶忠儒的热情,准备在这个领域大干一场。 

2018年2月,饶忠儒加入蜂巢能源科技,出任副总经理兼CTO。 

打动饶忠儒的,不仅是位于金坛的制造工厂,还包括魏建军此前在在动力电池研发方面坚决地投入。 

2016年11月,魏建军在保定斥巨资打造动力电池研发中心。截止目前,这个研发中心已经有员工2000名,纯研发人员1200名,350名外国专家,占地面积为105.6亩,总投资7亿多元。 

在这里,拥有材料实验室,材料分析中心,固态电池实验室,电性能实验室,安全实验室,正极材料试制线,电芯、模组试制线等齐全的研发布局。 

据饶忠儒透露,保定蜂巢能源科技研发中心,拥有中国第二大、华北地区最大的电性能实验室,试验设备投资2亿元,拥有6960个电芯通道,456个电芯环境箱体。 

上述设备,使得研发人员可以尽可能多地模仿电芯的使用环境,夜以继日地进行可靠性、耐久性测试。 

大规模的试验设备的投入,能够更全面和更快速地对电芯性能进行测试,缩短研发周期。这个道理就如汽车的验证,投入50辆工程试制车和投入500辆工程试制车,效果是完全不一样的。 

这些,都需要真金白银地投入。 

此外,魏建军投资10亿元的无锡研发中心,正在紧锣密鼓的建设中,也即将投入到使用。 

当然了,魏建军在动力电池领域,拥有更大的雄心壮志。 

蜂巢能源科技,计划在2025年之前,在全球范围内,建设100GWh的产能。其中,中国的产能规划为76GWh,欧洲的产能规划为24GWh。

 

完成上述产能建设的资本支出将会达到464亿元。 

这是一个雄心勃勃的计划,是一个机遇与挑战并存的计划。 

 

 

2019年10月,据真锂研究的数据,动力电池巨头宁德时代的出货量达2.08GWh,市占率为50.76%。 

这是一个骇人听闻的市占率。 

与此同时,一些与宁德时代同一时代的竞争对手,开始黯然离场。 

2019年11月13日晚间,昔日的动力电池“巨头”、曾连续从2015年-2017年占据中国动力电池出货量第三名的沃特玛,以一纸公告的方式谢幕。在公告中,沃特玛透露,法院已经受理了该公司的破产清算事宜。 

此外,2019一季度出货量排在第五名的比克电池,也开始出现问题。 

11月16日,科创板的正极上市企业容百科技发布公告,比克电池欠该公司的共计21324.19万元的应收账款,已经出现逾期。随后,容百科技在评估了比克电池的生产经营状况以及还款意愿之后,决定对该公司的应收账款计提了35%的坏账准备,坏账金额达5678.35万元。 

11月7日,容百科技就已经预警了比克电池的应收账款逾期事宜,股价当日下跌9.83%。同一天,当升科技也发布公告,称该公司在比克电池处有3.78亿元应收账款,股价当日下跌6.05%。 

2019年10月,根据真锂研究的数据,比克电池出货量排名已经跌至16位,形势不容乐观。 

对于整个动力电池产业的从业者而言,都需要直面一个残酷的现实:产业的淘汰和整合,已经开始向市场上TOP5的玩家蔓延了。 

这背后的原因是什么? 

首先,这是由动力电池产业本身的高门槛决定的。其次,中国新能源汽车市场,因受大幅度补贴退坡影响而带来的暂时性衰退,“冻死”了一些体系能力弱的选手。 

2018年2月28日,全球最大的汽车零部件供应商罗伯特-博世对外宣布,该公司将放弃研发动力电池的电芯。 

在解释原因的时候,该公司指出,要想打造一个有竞争力的电芯业务,他们预计需要投入200亿欧元,且难以保证是否能够成功。 

博世认为,宁德时代、松下、比亚迪、LG、三星SDI等企业,已经占据了有利的市场地位,且这个产业技术路线还在高速的迭代,不确定性太大了。 

动力电池,是现代社会中仅次于芯片的高精密制造产业,对制造精度、效率、良率,有着极其严苛的标准。 

任何一点制造上的瑕疵,都将会影响动力电池,都会导致在一个长达10年的车辆使用周期中,出现性能衰退、安全等难以承受的问题。 

这使得动力电池制造商,在研发、制造上的投入,将会变得非常庞大。动力电池产能建设的成本,通常情况下是汽车产能建设成本的2倍左右。 

此外,动力电池产业是一个高度讲究规模经济的产业。规模,可以有效摊销高昂的研发费用、庞大的Capex资本开支,以及在与上游的议价中处于有利的市场地位。 

“大块头”的从业者,一方面,在争夺客户的过程中,更有能力发起价格战。另一方面,在上游的供应链上可以胁迫供应商打压竞品。 

新能源汽车市场的下挫,在此时此刻,也加剧了动力电池产业链条的经营困局。 

受新能源补贴政策大幅退坡影响,从2019年7月起,中国新能源汽车销量已经连续4个月同比下滑。 

 

受此影响,根据真锂研究的数据,2019年10月份,中国动力电池整体出货量仅为4.09GWh,同比下跌了33.19%。 

比克的大客户——众泰汽车,就是在燃油车和电动车市场的双重衰退中,经营状况恶化,难以支付6.2亿元应付账款,拖累了比克。 

不仅是比克,车市的下滑将在整个动力电池产业掀起腥风血雨,这条供应链上的大多数经营者,将会遭遇营业额断崖式下跌、应收账款逾期、降价等诸多挑战,大幅亏损和现金流断裂,将会是经营状况恶化的直接表现。 

在市场低谷的时候进入,对于魏建军的蜂巢能源科技而言,也将带来额外的挑战。 

当然了,宁德时代依然会利用强势市场地位,尽可能多地锁定客户和市场份额,尽量维持优势市场地位。 

此外,不断地提升动力电池的性能,也是宁德时代的基本竞争策略。必要的时候,价格战也许也会是一种策略。 

这些都将会持续不断提抬高动力电池业务的进入门槛。这么做的结果,会让很多实力不济的市场参与者被淘汰出局。 

 

蜂巢能源的机会在哪里呢? 

首先,尽管现阶段中国新能源汽车市场还在持续下挫中,但绝大多数的产业核心决策者,都不会怀疑电动化是整个汽车产业的未来。 

2019年11月15日,大众汽车集团监事会通过决议,将在未来5年,大幅度追加对汽车科技产业的投入。在一年之前,该公司计划在2019年-2023年的5年时间里,投资440亿欧元,发展电动车、智能驾驶、数字化和共享出行。调整之后的数字是,从2020年-2024年,将投资600亿欧元。电动化的投入,从300亿欧元增加到330亿欧元。 

2019年10月15日,现代汽车集团宣布,将在未来5年,斥资350亿美元,发力电动化和智能驾驶业务。 

在此之前,包括丰田、宝马、戴姆勒等传统汽车巨头,均已经决定大幅度提升了推出电动车产品的速度和力度。 

电动化的未来,由以下几点决定: 

1、整个电动化供应链的性能大幅度提升,成本快速下降。以2019下半年推出的车型为例,Pack能量密度有的已经达到了180Wh/kg,综合续航里程已经比较轻松就可以做到500km,有的甚至可以做到600km。 

当然,度电成本还不理想。 

2、越来越严苛的排放法规,使得燃油车不得不向电动化转型。尤其是中国的“双积分政策”和欧洲2030年阶段严厉的碳排放减排目标,迫使传统车企面对现实,做出了高速向电动化转型的抉择。 

3、特斯拉的成功,也使得传统车企不得不跟进研发智能电动车产品。 

在2025年左右,如果电动车销量的渗透率为25%,约为2500万辆,则对动力电池的需求将会达到1250GWh。 

2018年,根据高工锂电的数据,全球动力电池的装机量仅为106GWh,这里显然有着巨大的市场增长空间。 

其次,在可预计的将来,全球电动车市场优质动力电池供给不足的状况,还将会持续存在。 

在中国市场,超过50%的动力电池供应来自于宁德时代,这样的局面,对于任何一家车企而言,都是非常恐怖的。 

这就意味着,在电动车最核心的零部件的供应上,车企基本上没有靠谱的Plan B可供选择。这将导致,车企在采购动力电池事项上,毫无议价权,且在供应安全上,都难以保障。 

宁德时代3季度财报显示,该公司在Q3实现销售收入125.92亿元,但预收款达到了令人震惊的72.12亿元,预收款占营业额的比例为57.3%。我们可以理解为,在整个车市环境下滑,大部分供应商都饱受OEMs拖款困扰的时候,“甲方们”57.3%的采购,都需要预付货款。 

这样的局面,是不可持续的。 

任何一家车企,都会竭尽所能地培养替代供应商。这也是为何,像丰田这样的巨头愿意与比亚迪合作,采购对方的电池。 

最后,动力电池产业的技术迭代还在高速推进,这同样是新进入者的机会。 

对于整个动力电池产业而言,现阶段量产版电芯的能量密度才达到260Wh/kg,度电成本还将近1000元。 

如果电动车要对燃油车实现彻底的替代,则能量密度需要达到400Wh/kg,度电成本需要降低到600元以内。 

这就导致,整个动力电池产业,在技术路线、制程两大核心方面,都还有很大提升的空间。 

尤其是制程,传统的强势动力电池制造商,由于在传统制程技术上投入巨大,将会影响其更新工艺和设备的决心和速度。 

当然了,动力电池技术路线的更迭,也将会比较彻底地影响供应链体系,以及制程技术,这也是新进入者的巨大的机会。 

在这样的背景下,蜂巢能源拥有两大可能的突破点: 

1、通过在研发和制造上加大投入强度,打造靠谱的产品,成为车企的替代供应商。 

2、将当下的创新制程与固态电池技术路线相结合,攻击竞争对手难以快速更新制程的劣势,实现超越。 

 

 

对于魏建军的蜂巢能源而言,第一重要的,是打造出可靠的动力电池产品。 

这是他们进入动力电池世界的“入场券”。 

动力电池产品的制造,和芯片非常像,研发和制程都是极端重要的。 

在研发环节,魏建军除了延揽最好的专家之外,再给他们配置最好的试验设备,以提高研发效率。

 在验证环节,通过大幅度增加验证设备,降低研发周期。这是他在保定蜂巢能源科技研发中心做的事情。 


(图:蜂巢能源保定研发中心的电性能实验中心 )

制程是另外一条重要的腿。 

饶忠儒认为,国内动力电池在化学体系、材料的应用上,区别不大,但不同的动力电池制造商拿出的产品,在性能、可靠性和稳定性上千差万别,主要的原因还是在制程上。 

饶忠儒说,近些年来,中国车用动力电池的问题此起彼伏,最重要的原因在于,中国动力电池的制程是在消费电池制程的基础上升级过来的。 

消费电池和车规级动力电池,对失效率的要求,差别太大了。 

比如,一台笔记本电脑,里面会有12颗电池,4串3并,每颗电池容量为2.3Ah-3.2Ah;而一台纯电汽车,单电芯的容量达到100Ah,通常情况下,一个Pack需要100个电芯。 

从这个角度而言,一台汽车的失效率,是一台笔记本电脑的200倍。如果一台笔记本电脑的失效率是万分之一的话,放到汽车上,就会放到2%。这就意味着,制造商每卖出100台汽车,就有2台车是需要召回的。这对于任何一个汽车制造商而言,都是不可接受的。 

这就使得车规级动力电池制造工厂,在制程管控能力上,缺陷率的控制上,至少要从传统的4sigma,提升到6sigma。 

饶忠儒认为,对于一个动力电池制造工厂,6sigma的缺陷率,仅仅是及格线水平,≤3.4PPM的水平,也意味着每交付一万辆汽车时,会有3.4辆召回的概率。 

常州蜂巢能源的动力电池制造工厂,在饶忠儒看来,是一个真正意义上的车规级动力电池工厂。 

他认为,动力电池制造的水平,除了缺陷率控制之外,一致性和稳定性是核心的考核指标。要让每一颗电芯,在出厂的时候,都能够如实、一致地达到设计要求,并保持性能的稳定性。 

饶忠儒从环境控制、毛刺控制、金属异物检出率、电池自放电水平检出率、制程追溯系统和全过程的SPC控制等几个方面,阐述了一个合格的车规级动力电池制造工厂与传统电池制造工厂的区别。 

以环境控制为例,每立方英尺的粉尘数量是动力电池制造时的一个核心控制指标,非车规级的粉尘控制标准是每立方英尺10万颗,车规级至少需要降低一个数量级,只允许1万颗,在一些核心的制程中,粉尘数量甚至要控制到1千颗级别。 

毫无疑问,这样的空间必须是封闭的,人员、设备、材料的进出,需要严格的规定和要求。 

以工作人员进入作业区为例,非车规级电池工厂的人员只需要经过一次更衣,但进入车规级工厂,至少需要经过两次更衣,才能获准被进入。 

在毛刺的控制上,饶忠儒指出,友商的毛刺控制是≤7μm的水平,仅仅是要求不刺穿隔膜的一半即可。但他认为,动力电池在大电流充放电过程中,隔膜的损伤,往往是自放电的罪魁祸首。车规级制程的要求是,不允许毛刺对隔膜造成任何损伤。


在金属异物的检测上,传统工厂只使用一次HIPOT(电压击穿)测试,它的问题在于,难以检测出小于100μm的金属异物,且不能探测到铜金属异物。蜂巢能源使用两次HIPOT检测,加上AI特征辨识法,能够检测到75μm的金属异物和铜金属异物,异物检出率大幅度提升了50%。 

在过程追溯系统上,传统电池工厂的MES系统,只检测了1500个信息采集因子。蜂巢能源,对人、机、料、法、环、测、时七个维度的2500个因子进行信息采集,可追溯到单电芯在每个制程的过程数据。 

另外一个令饶忠儒感到骄傲的是,AI能力在制程管控中的应用。 

蜂巢能源常州工厂,在三个维度上应用AI能力。 

第一个维度,是在单工位维度的检测。比如,利用AI视觉,结合后台的数据库,对所有的尺寸进行100%的检测,确保制造公差在可控范围内;此外,还包括焊点的检测和甄别等。 

第二个维度,是跨制程领域的应用。比如,当一个电芯在进行HIPOT测试时失效,类神经网络(Nuro-Network)就会针对这个电芯,对所有制程的所有参数进行定位,来快速定位失效的原因,并给出优化和调整的建议。 

第三个维度,将MES上的数据当成一个库,在库上建立一些Model(即Knowledge Database),这些Model就已经可以做一些决策支持了;这些Model是基于原来的专家系统,这些专家系统,通过Model来link MES系统的数据,帮助你做出决策,哪些设备该维护了,哪些参数该调整了。 

这个架构,可以帮助专家降低寻找最佳化参数的时间。饶忠儒认为,一开始,他们的AI系统不会特别准确,还是需要专家,但经过不断的数据积累和Deep Learning,系统会越来越可靠,于是工厂就变成了Smart Factory(智慧工厂)。 

这个智慧工厂系统,另外一个重大的作用是,当在欧洲、美国等地方制造新工厂时,因为当地没有这方面的人才储备,可以迅速地将制造体系复制过去。 

饶忠儒说,这也是为何,他们的MES系统需要2500信息采集点。 

饶忠儒告诉我,他们的第一批产品的B样,分别送给了一家欧洲车企和一家造车新势力做验证,在与其他两个竞争对手的PK中,产品性能与可靠性处于领先位置。 

“量产的产品,产品品质将会更好。”饶忠儒补充道。 

巧合的是,我们在保定蜂巢研发中心和常州蜂巢能源制造工厂参观时,均遇到了那拨欧洲客户。 

长城电动车,以及长城和宝马合资的光束汽车,会成为蜂巢能源的基石客户。 

蜂巢能源的第一批产品,将是三元811体系,能量密度约为260Wh/kg,方形,采用叠片工艺。 

据饶忠儒透露,蜂巢能源此前引发比较多关注的“四元电池”和“无钴电池”,在2020年底或2021年初,基本上有希望实现量产。 

“四元”主要面向国内,“无钴”面向欧洲。都将会在蜂巢常州工厂生产。 

 

如果仅仅是这样,蜂巢能源恐怕只能是一个动力电池市场的Plan B。 

魏建军,还有更大的期待。 

为此,蜂巢能源还有另外一套破局的打法,那就是固态电池技术路线和高速叠片工艺相结合的竞争策略。 

在保定蜂巢能源的研发中心,还有一个占地面积达3000平米的固态电池研发中心。 

在这里,将进行固态电解质、锂金属与富锂负极、电解质/电极界面研究和固态电池工艺四个方面的技术研发。 

这支秘密部队的研发目标,是要在2023年,实现能量密度为350Wh/kg的固态电池的量产。 

当然了,在全球范围之内研发固态电池的,不仅是蜂巢能源。 

蜂巢能源做固态电池的优势是,叠片工艺。 

坦率地说,蜂巢能源第一期产线的叠片工艺,效率只能达到0.6s/pcs(一片0.6s),生产率低于传统的卷绕工艺。 

这是蜂巢在初期需要忍受的效率损失。 

当然了,叠片工艺的长远优势,异常明显。一方面,叠片工艺的技术升级成本相对比较低;另一方面,未来高功率的固态电池的制造,只能采用叠片工艺。 

目前固态电池有潜力的电解质,硫化物、氧化物都属于无机电解质,无机物电解质膜较脆容易断裂,所以叠片工艺是更适合的方向。 


 (图:蜂巢能源常州工厂的高速叠片车间)

叠片工艺的另外一个在产品上的优势是,阻抗比较低,热分散性好,卷芯形变量很小。这会使得生产出来的电芯产品,在稳定性上优于竞品。 

当然了,现阶段动力电池产线的产能瓶颈主要还是涂布机的效率。 

以蜂巢常州工厂为例,两台涂布机的年产能为6.3GWh,一期因为叠片工艺的限制,产能只能做到4GWh。 

但是,据饶忠儒介绍,该公司与韩国供应商联合研发的下一代叠片机将会在2020年中即可投产,这一代叠片机的效率将会提升0.45s/pcs,这就意味着生产效率提升了25%,或者说设备投资降低25%,可节省将近1亿元投资。 

鉴于蜂巢工厂二期在2021年1月投产,那时候就可以用到第二代叠片机。这也是为何,彼时的产能将可以达到8GWh的核心原因。 

此外,饶忠儒透露,他们正在与供应商在联合开发第三代叠片机,届时效率将会达到0.25s每片,意味着效率再度提升44%。 

这个时候,意味着叠片工艺的制造效率,将超越卷绕工艺。 

对于宁德时代,或者其他使用卷绕主要工艺的电芯制造商,届时要向固态电池技术方向升级时,将会遭遇两大核心挑战。 

1、需要对现有的制程,进行比较大幅度改造和升级。改造成本将会是一个天文数字。 

2、在叠片工艺上没有积累,在生产效率上处于劣势。 

当然了,据饶忠儒透露,无论是宁德时代、AESC、LG和三星,他们的产品工艺的Roadmap,到2025年时,全部都会转成叠片。 

从这个层面上看,魏建军的蜂巢能源,将会在制程设备和工艺上,保持一定的领先优势。 

在保定,蜂巢能源有一个专门的设备研发部门,未来会是一个公司。 

 

总结

2019年下半年到2020年上半年,中国新能源汽车市场会是惨淡的。 

在这个时间段中,整个动力电池的供应链,将会饱受因市场衰退而产生的阵痛。 

在激烈的竞争中,一些体系能力差的选手,将会被淘汰出市场,供应链的上下游,将会以更快的速度实现整合。 

与此同时,像蜂巢能源这样的“新势力”也将会杀入到市场。 

动力电池产业,将会拉开一个新的竞争时代,从草莽的春秋进入到战国时代。 

在这个时代,每一个参与者,都具备了很强的体系能力,能够提供优质的产品,在保证安全性、性价比的前提下,高效地推进技术迭代。

这是一种高质量的竞争。也只有这种竞争,才会在真正意义上,促进电动化时代的到来。 

蜂巢能源的进入,仅仅是一个开始,是一个动力电池产业变局的开始。


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