导读：看到“探秘蜂巢“短刀”电池工厂的消息，引发行业的关注和讨论，我从另一个角度和大家谈谈我了解到的一些蜂巢能源“短刀”的情况。
提到蜂巢能源的“短刀”，要追溯到2019年4月的上海国际车展，蜂巢能源在业内首次亮相就展示了内部代号为“L600”的短刀片磷酸铁锂电芯；随后又在2019年7月份“领创叠时代 守护芯安全”品牌战略规划及产品发布会上，展示了一款叠片工艺制作的短刀电池，但当时并未做详细介绍。
出于对“短刀”电池更详细设计方案的好奇，我花些时间做了一个专利的分析，主要把蜂巢能源在短刀设计中的一些专利整理了一下。
▲图1.蜂巢的短刀电池专利
一、蜂巢能源的短刀电池专利解析
检索蜂巢能源的专利，发现已经有将近50多项的公开专利，初露端倪的专利是2019年的一篇涉及极片的专利，在2020年3月份的专利已经直接公开蜂巢能源的“短刀”电芯和成组方案，在这篇专利的权利要求中直接写到“一个所述电芯（22）的长度为L，高度为H，200mm≤L≤600mm，50mm≤H≤150mm”，直接限定了电芯长度和高度，结合之前了解到的信息，限定长度一方面是考虑到叠片工艺电池的性能和规模化制造等指标，另一方面“短刀”具有很强的兼容性，支持切换590标准模组，实现串并联方案灵活变化，具备高标准化、灵活性的特点。
▲图2.短刀电池图示
而2020年12月31日申请的授权公告为CN 213988965 U的专利《一种单体电池及电池模组》，在这里有对于整个设计的一些结构。如下图3所示：短刀电池包括壳体和盖板，壳体表面积最小的相对两侧面均设置为开口；盖板分正极盖板和负极盖板，分别设置于壳体的两个开口。正极盖板上设置有正极极柱和防爆阀；负极盖板上设置有负极极柱和注液孔。本实用新型提供的单体电池，减小正极盖板和负极盖板在单体电池内的占用空间，提高空间利用率，从而增加单体电池的储存能量；减小了正负极短路的风险，同时降低了电解液污染防爆阀的风险，提高了单体电池的合格率和安全性能。
▲图3.蜂巢能源短刀电池的设计
在这项专利中，有对电芯的尺寸范围做了界定，蜂巢能源对尺寸比例也进行了限定，长度a≤600mm，10％a≤高度b≤30％a，2％a≤宽度c≤10％a，经计算，这个尺寸比例的限定，将长度≤600mm的短刀电芯品类都涵盖在内了。
从专利的设计意图来看，正负极盖板分别设在壳体的两端，正极极柱和防爆阀设在一端，负极极柱和注液孔设在另外一端，如此设置，可以减小正负极盖板在电芯内的占用空间，从而增加电芯的储存能量。
从2022年2月25日公告的电池盖板的专利CN215911486U《电池的顶盖以及电池》中，我们也能看到很多关于蜂巢能源短刀的资料。
▲图4.电池极柱设计
1、电芯极柱设计
由于充放电性能的需要，需要把极柱的面积尽可能做大，进而提高电芯的过流能力。因此实际的方法是通过设置多个极柱体，可以增大极柱体的总体积，可以增大极柱体的横截面积之和，从而可以提高电芯的过流能力。多个极柱体可以与同一个极柱铆接块连接，这样可以增大极柱铆接块的横截面积。
▲图5.电池顶盖的设计
2、盖板设计
盖板设计，还有一部分是比例的设计，蜂巢能源对盖板的宽度与铆接块的宽度，以及铆接块和防爆阀距离盖板边缘的尺寸都做了限定。铆接块的长度L2与盖板的长度L1满足0.3≤L2/L1≤0.5，目的是把极柱的面积尽可能做大。
▲图6.电池顶盖的设计
有意思的是，下表1是蜂巢能源在传统VDA和590电芯上面有关盖板的专利设计，在原有方壳电芯里面，需要花费大量的时间和精力来对盖板进行简化，降低电芯的量是最重要的设计之一。
▲表1.蜂巢能源之前在方壳电池上面的盖板设计专利
二、蜂巢电池专利凸显出什么
短刀电池，是之前的方壳叠片技术的延伸，我们在之前也介绍过，这种围绕电芯卷芯利用最大化的技术，让软包在制造技术得到了很好的延伸。在这个产品序列上，结合了软包和方壳的优势，其专利技术所制成，核心在于使用原有方壳的封装和盖板设计，做简化以后形成短刀的产品技术。
▲图7.短刀双卷芯的设计后续会进一步简化成单卷芯
对于蜂巢来说，短刀电池产品序列是在之前VDA电芯工艺的技术上继续延续方壳叠片技术的发展，在金坛工厂验证了方壳叠片工艺以后，很好的延续到了短刀的这种技术上。因此我们看到蜂巢能源在电池开发围绕无钴电池、果冻电池和短刀片电池，在研发上都转化成了专利技术，根据专利数据库最新数据显示，蜂巢能源及其关联公司（主要为蜂巢能源科技有限公司）在全球126个国家/地区中，共有2900件专利申请，其中有效专利1957件，海外专利申请50件。
▲图8.蜂巢能源在过往的研发投入以专利的形式沉淀下来
对于蜂巢能源来说，短刀电池的设计，走出了VDA设计的差异，在专利上做了系统性的布局。也就是说从2020年12月逐步展示出来的专利，都是围绕这种设计来做的，我们后续能看到更多的技术创新和优化。
动力电池行业是个资本密集型、知识密集型和快速创新的环境，评价一家动力电池企业是否具备持续的能力，需要在产品、工艺、成本控制和供应链等多维度来看。围绕研发和产品创新，这块是通过专利来折射，全球的动力电池专利都在快速提升，主要集中在电芯、电芯成组和热管理技术上面。
三、小结
目前动力电池，并不是简单从产品复制就能做好的，也需要投入相当多的研发投入才能在专利技术上突破封锁，建立自己的护城河。我们评价一个动力电池企业的创新能力，不光看现有的产品和产品技术，也看它整合资源的能力。一个动力电池企业，不是依赖于几个电芯工程师和技术人员的流动，是看一个公司的组织结构，能不能在现有的技术和产品工艺上不断推陈出新，提高自身的效率来降低成本。面对当前的原材料价格，真是考验一家动力电池企业综合能力的时候。
来源：汽车电子设计 作者：朱玉龙
