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短刀电池是否只有蜂巢能源可以做？

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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

Part 1

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

●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

●盖板设计中，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

Part 2

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。

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。

使用再生材料，你需要知道的一切

使用回收材料制造新产品。 这似乎是对人类消耗自然资源和产生大量废物的明显答案。 那么是什么阻碍了企业完全采用再生材料呢？ 用回收材料制造家具等产品有哪些优势？

益处：

保护自然资源

首先，也是最明显的，使用再生材料可以保护有限的自然资源。 地球超载日（Earth Overshoot Day），它计算人类在一年中的哪个日期开始开采比地球实际能够补充的更多的资源，目前是 7 月 29 日——这个日期自 1970 年成立以来一直在逐步延后。令人担忧的是， 1990 年地球超载日为 10 月 11 日。

家具行业的市值为 5270 亿美元，消耗大量材料。 尽可能多地使用回收材料，尤其是塑料和金属，是企业可以用来减少全球对原始材料依赖的重要方法。

有助于保护野生动物和自然

回收材料可以减少焚烧、填埋或倾倒在大自然或水道中的废物量。 每年只有不到 20% 的城市垃圾被回收，其中大量被送往垃圾填埋场。 据估计，到 2050 年，全球城市固体废物的产生量将增加约 70%，达到 34 亿公吨。
更重要的是，由于 COVID-19 大流行，欧洲、亚洲和美国的回收率实际上有所下降。 最重要的是，疫情以来个人防护装备和一次性物品产生了大量的新废物。 美国国家科学院院刊的研究表明，迄今为止，这场疫情已经在全球产生了超过 800 万吨的塑料垃圾，其中超过 25,000 吨的垃圾进入了海洋。

很明显，回收材料在未来几年对于避免对环境造成灾难性损害、维持材料的可持续循环经济至关重要。

节约能源

用回收材料制造产品比用原材料制造产品需要的能源要少得多。 这是因为回收材料已经提炼和加工过一次，是密集型能源与资源。

生产模制再生铝比制造可无限循环利用的原始铝节省 95% 的能源。 对于钢铁而言，能节省约是70%。 生产再生纸比原生木纤维消耗的能源少 40%。

看看三个最可回收的塑料品种——聚乙烯 (PET)、高密度聚乙烯 (HDPE) 和聚丙烯 (PP)——相比之下，生产原生塑料所消耗的能源是使用回收塑料的1.7倍，甚至3倍以上。 该图还包括废塑料的收集和分类以及分类回收塑料颗粒的生产。

减少碳排放和污染

减少能源密集型生产的连锁反应是减少碳排放和污染物。 以同样的三种塑料品种为例，与原始树脂相比，PET 的排放量减少了 67%，HDPE 减少了 71%，PP 减少了 71%。 塑料回收商业协会 (APR) 进行的一项影响深远的研究中，在所检查的 84 项类别中，只有四项没有达到节能。

在金属方面，再生钢生产与原生钢相比，空气污染减少了 86%，用水量减少了 40%，水污染减少了 76%。 与生铝相比，生产再生铝可减少 92% 的二氧化碳排放。

挑战：

回收并不是什么新鲜事，但在工业领域上，还有很长的路要走。 金属回收，尤其是使用工业废料（工厂下脚料），确实意义重大。 事实上，据说生产的 70% 的钢材和 75% 的铝材至今仍在使用。 目前钢铁的回收率为 80%，而欧洲在回收铝方面的回收率最高，为 81%。

当我们看塑料时，这种差异再惊人不过了。 自 1950 年代以来生产的大约 83 亿公吨 (Mt) 塑料中，只有 9% 被回收，其中 12% 被焚烧，79% 在垃圾填埋场或自然环境中。为什么利率这么低呢？

更昂贵

商品市场专家标准普尔全球普氏能源资讯 (S&P Global Platts) 的 2019 年报告显示，与新制造的塑料相比，再生塑料每吨的成本高出 72 美元。 价格上涨的部分原因是希望使用更多可回收材料的制造商对可回收塑料的需求不断增长，但由于美国页岩热潮推动石化产品大量生产，原生塑料价格下跌。

基础设施

原则上，由于将再生塑料转化为新产品使用的能源更少，因此应该更便宜。 然而，许多国家缺乏基础设施阻碍了其被获得和使用。

多年来，北美和欧洲国家向中国输送了数百万吨的可回收物。 这种情况在 2018 年发生了变化，当时中国停止从海外购买可回收物。它导致可回收物的价格暴跌，并给出口国留下了无法自行处理的堆积如山的垃圾，此前他们依赖中国而不是投资当地设施。

正如我们在金属领域提到的那样，由于工业和国内都采用了强大且既定的程序来回收铝和钢等材料，因此回收率非常高。 对于塑料，以及最近的电子垃圾，这并不容易。 首先，塑料种类繁多，很难正确分类。 尽管大多数发达国家都提供大规模的回收计划，但人们往往最终将可回收和不可回收的塑料混合在同一个盒子或垃圾箱中，这意味着它必须再次分类，这会影响塑料在转售时的价值。 手机充电器和小型电子产品等物品含有大量硬质塑料，如 (PP) 和 (HDPE) 以及贵金属和半贵金属，但由于它们的复合性质，它们在大规模计划中很少被回收，其中专注于预先拆解的、单一材料的物品，如包装。

创建回收材料市场

尽管使用回收材料（尤其是塑料）具有明显的环境效益，但全球使用量增加的趋势需要政府监管和有机市场的结合，使其更容易和更具成本效益。

从 4 月起，英国公司如果在包装中使用不含有至少 30% 可回收材料的塑料时，将缴纳额外税款。 循环塑料联盟是一项旨在采取行动促进欧盟再生塑料市场的组织，其目标是到 2025 年每年生产 1000 万吨现成的再生塑料。

FLOKK 的回收材料

增加我们在家具中使用的回收材料的份额是 Flokk 作为一家公司为自己制定可持续发展目标之一。 1995 年，我们首先开始推出使用再生塑料进行实验的椅子，从那时起，我们的设计中的再生材料份额稳步增加。 我们的目标是到 2030 年，在我们所有的家具中平均使用 60% 的可回收材料。

通过 2021 HÅG Tion，我们实现了 68-74% 的再生材料，表明我们正在朝着实现这一目标迈进。 我们甚至推出了占消费后塑料 94% 份额的按颜色分类的再生塑料，这是我们长期努力的重要突破。