導讀：看到“探秘蜂巢“短刀”電池工廠的消息，引發行業的關注和討論，我從另一個角度和大家談談我了解到的一些蜂巢能源“短刀”的情況。
提到蜂巢能源的“短刀”，要追溯到2019年4月的上海國際車展，蜂巢能源在業內首次亮相就展示了內部代號為“L600”的短刀片磷酸鐵鋰電芯；隨后又在2019年7月份“領創疊時代 守護芯安全”品牌戰略規劃及產品發布會上，展示了一款疊片工藝制作的短刀電池，但當時并未做詳細介紹。
出于對“短刀”電池更詳細設計方案的好奇，我花些時間做了一個專利的分析，主要把蜂巢能源在短刀設計中的一些專利整理了一下。
▲圖1.蜂巢的短刀電池專利
一、蜂巢能源的短刀電池專利解析
檢索蜂巢能源的專利，發現已經有將近50多項的公開專利，初露端倪的專利是2019年的一篇涉及極片的專利，在2020年3月份的專利已經直接公開蜂巢能源的“短刀”電芯和成組方案，在這篇專利的權利要求中直接寫到“一個所述電芯（22）的長度為L，高度為H，200mm≤L≤600mm，50mm≤H≤150mm”，直接限定了電芯長度和高度，結合之前了解到的信息，限定長度一方面是考慮到疊片工藝電池的性能和規模化制造等指標，另一方面“短刀”具有很強的兼容性，支持切換590標準模組，實現串并聯方案靈活變化，具備高標準化、靈活性的特點。
▲圖2.短刀電池圖示
而2020年12月31日申請的授權公告為CN 213988965 U的專利《一種單體電池及電池模組》，在這里有對于整個設計的一些結構。如下圖3所示：短刀電池包括殼體和蓋板，殼體表面積最小的相對兩側面均設置為開口；蓋板分正極蓋板和負極蓋板，分別設置于殼體的兩個開口。正極蓋板上設置有正極極柱和防爆閥；負極蓋板上設置有負極極柱和注液孔。本實用新型提供的單體電池，減小正極蓋板和負極蓋板在單體電池內的占用空間，提高空間利用率，從而增加單體電池的儲存能量；減小了正負極短路的風險，同時降低了電解液污染防爆閥的風險，提高了單體電池的合格率和安全性能。
▲圖3.蜂巢能源短刀電池的設計
在這項專利中，有對電芯的尺寸范圍做了界定，蜂巢能源對尺寸比例也進行了限定，長度a≤600mm，10％a≤高度b≤30％a，2％a≤寬度c≤10％a，經計算，這個尺寸比例的限定，將長度≤600mm的短刀電芯品類都涵蓋在內了。
從專利的設計意圖來看，正負極蓋板分別設在殼體的兩端，正極極柱和防爆閥設在一端，負極極柱和注液孔設在另外一端，如此設置，可以減小正負極蓋板在電芯內的占用空間，從而增加電芯的儲存能量。
從2022年2月25日公告的電池蓋板的專利CN215911486U《電池的頂蓋以及電池》中，我們也能看到很多關于蜂巢能源短刀的資料。
▲圖4.電池極柱設計
1、電芯極柱設計
由于充放電性能的需要，需要把極柱的面積盡可能做大，進而提高電芯的過流能力。因此實際的方法是通過設置多個極柱體，可以增大極柱體的總體積，可以增大極柱體的橫截面積之和，從而可以提高電芯的過流能力。多個極柱體可以與同一個極柱鉚接塊連接，這樣可以增大極柱鉚接塊的橫截面積。
▲圖5.電池頂蓋的設計
2、蓋板設計
蓋板設計，還有一部分是比例的設計，蜂巢能源對蓋板的寬度與鉚接塊的寬度，以及鉚接塊和防爆閥距離蓋板邊緣的尺寸都做了限定。鉚接塊的長度L2與蓋板的長度L1滿足0.3≤L2/L1≤0.5，目的是把極柱的面積盡可能做大。
▲圖6.電池頂蓋的設計
有意思的是，下表1是蜂巢能源在傳統VDA和590電芯上面有關蓋板的專利設計，在原有方殼電芯里面，需要花費大量的時間和精力來對蓋板進行簡化，降低電芯的量是最重要的設計之一。
▲表1.蜂巢能源之前在方殼電池上面的蓋板設計專利
二、蜂巢電池專利凸顯出什么
短刀電池，是之前的方殼疊片技術的延伸，我們在之前也介紹過，這種圍繞電芯卷芯利用最大化的技術，讓軟包在制造技術得到了很好的延伸。在這個產品序列上，結合了軟包和方殼的優勢，其專利技術所制成，核心在于使用原有方殼的封裝和蓋板設計，做簡化以后形成短刀的產品技術。
▲圖7.短刀雙卷芯的設計后續會進一步簡化成單卷芯
對于蜂巢來說，短刀電池產品序列是在之前VDA電芯工藝的技術上繼續延續方殼疊片技術的發展，在金壇工廠驗證了方殼疊片工藝以后，很好的延續到了短刀的這種技術上。因此我們看到蜂巢能源在電池開發圍繞無鈷電池、果凍電池和短刀片電池，在研發上都轉化成了專利技術，根據專利數據庫最新數據顯示，蜂巢能源及其關聯公司（主要為蜂巢能源科技有限公司）在全球126個國家/地區中，共有2900件專利申請，其中有效專利1957件，海外專利申請50件。
▲圖8.蜂巢能源在過往的研發投入以專利的形式沉淀下來
對于蜂巢能源來說，短刀電池的設計，走出了VDA設計的差異，在專利上做了系統性的布局。也就是說從2020年12月逐步展示出來的專利，都是圍繞這種設計來做的，我們后續能看到更多的技術創新和優化。
動力電池行業是個資本密集型、知識密集型和快速創新的環境，評價一家動力電池企業是否具備持續的能力，需要在產品、工藝、成本控制和供應鏈等多維度來看。圍繞研發和產品創新，這塊是通過專利來折射，全球的動力電池專利都在快速提升，主要集中在電芯、電芯成組和熱管理技術上面。
三、小結
目前動力電池，并不是簡單從產品復制就能做好的，也需要投入相當多的研發投入才能在專利技術上突破封鎖，建立自己的護城河。我們評價一個動力電池企業的創新能力，不光看現有的產品和產品技術，也看它整合資源的能力。一個動力電池企業，不是依賴于幾個電芯工程師和技術人員的流動，是看一個公司的組織結構，能不能在現有的技術和產品工藝上不斷推陳出新，提高自身的效率來降低成本。面對當前的原材料價格，真是考驗一家動力電池企業綜合能力的時候。
來源：汽車電子設計 作者：朱玉龍
