文/柔南
2020年9月23日,在特斯拉的电池日上,埃隆·马斯克发布了4680电池,电池生产工艺技术创新之处是干法电极,干法电极可以从不用溶剂,不用烘干这两个特点获得环保与节能的收益,大幅度降低锂离子电池的成本,以支撑其年产2000万台电动车的目标实现降本的目标。这个目标正当且诱人,干法电极随后被业界视为锂离子电池工艺的“圣杯”。
而过去的三年,干法电极工艺依旧存在很多不确定性,正极量产何时走通还是未知,但如何走通这已成为马斯克执意要攀登的“珠穆朗玛峰”。
环葆嘉节能科技有限公司的简甦觉得马斯克的执念,启发了他的执念。“马斯克的执念就在于——怎么能不用溶剂;我的执念是怎么用溶剂。对,循环使用而不消耗溶剂,不排放就没有有污染,没污染成本就不高。溶剂只是辅料,像工具一样,善用才是关键,不能因为用刀有风险就不用刀。”
最终,对锂电池的关键零部件极片来说,努力攀登的“珠峰”就是如何解决电池生产过程中的环保和能耗问题,如何大幅度降低电池的生产成本问题,“所以用干法还是湿法,就好比从南坡爬珠峰还是从北坡爬珠峰。谁先爬上去,真不知道呢。那就比比呗。”
技术灵感
2021年10月,环葆嘉的董事冯伟找简甦商议,如何利用公司原有的技术沉淀,在锂电池这个热门行业,做点事?
简甦从2008年开始投身节能环保领域,2010年创办了广东环葆嘉节能科技有限公司,“环保+节能”是公司的名称,也是他技术创新的方向。环葆嘉最初的技术方向是用冷凝的方式回收有机溶剂,没有什么比循环利用更美妙了,不但不污染空气,还节省购买溶剂的费用,企业与环境双赢。这个思路在蓄电池隔板制造行业取得了成功,溶剂的回收率超过99%,每年创造的经济价值超过5000万元。但冷凝回收这条技术路线在包装印刷行业的尝试却因回收率过低而受挫。为解决包装印刷行业的回收问题,想到需要提高废气中的浓度,简甦他们研发了减风增浓(后期起名为ESO)的系列技术,无意中把热风干燥的节能做到了极致,并与RTO组合出包装行业全面推广应用的VOCs治理整体解决方案。
如今,冯伟的提醒,让简甦认真研究起锂离子电池行业,寻找适合自己作为的关键点。很快,他锁定了与马斯克相同的目标,正极极片生产的“环保+节能”,这与环葆嘉多年来在溶剂回收与热风节能烘干方面的技术沉淀有很高的重合度。
结合锂离子电池正极极片生产的工艺特点,简甦设计出一个溶剂在线循环,溶剂损耗与排放几乎为0,且涂布能耗下降80%的解决方案。为对比评估自己的技术方案,简甦很快就了解到马斯克执迷的干法电极方案,他非常认同马斯克的目标,“传统制作锂电池极片的工艺,就是用溶剂NMP制浆,然后涂布在铝箔上,再用热风将极片烘干,NMP随热风排出。在这个过程中消耗溶剂排放污染,热风干燥的能耗也很高,生产电池的过程非常不环保,经常受到诟病。因此,干法电极可以从不用溶剂,不用烘干这两个特点获得环保与节能的收益,是非常正当且富有挑战性的目标,很符合ESG的理念。”
而简甦认为自己的方案是现有成熟工艺技术的进化,产品的性能,生产的良率都有保障,创新的风险相对较小,验证周期也会短很多,在他看来,取得成功是必然的。“马斯克的干法电极方案革命更彻底更值得期待,但未知因素太多,值得资源充足的人去探索。”
系统设计
让溶剂就像汽车里的机油一样,作为工业辅料,百分之百循环使用,不排放不污染,就是简甦这么多年来的执念。
现在大部分电池制造商也都在回收溶剂,只是回收率有高有低,能做到环保达标已经算是优等生,完全不敢想溶剂百分百的回收可能。而且回收的溶剂还要拿去精馏提纯,能耗也很大,管理也很繁琐,应对环保监管的成本也很高,对于这些的望而却步,导致大家都认可不用溶剂的干法电极。
环葆嘉有它多年的技术储备,能系统地从产业链、供应链的角度去设计、看待问题,所以百分之百回收再利用就溶剂成为可能。而且它有相应的技术,能让溶剂保持边用边回收变提纯,实现了在线循环,就解决了溶剂储存的关键问题。“现在,大型电池企业都用很大的储存罐储存溶剂,这本身就是危险隐患。”
要做到百分百溶剂回收这个效果,必须从前端制浆工艺,到后端涂布工艺,进行一个系统化的整体闭环设计。为了实现这个目标,应该去打造一个系统性的样板工厂。
这份对技术的自信,传递出去还是非常艰难的。
打造这样的样板工厂,最少需要不下两千万的启动资金。简甦带着这个构想去找到涂布机行业头部企业之一进行沟通。“我们有技术,但是没有资金实力,所以想和整个产业链中的一道核心工序厂商合作,找到一个龙头老大,共同来合作研发这套设备。”
相谈甚欢,这家涂布机企业却没有接过这根接力棒。作为一家自己订单都来不及做的涂布机企业,它不太可能会另辟山头,给自己安排这么巨大一个挑战:无限信任一家公司的新技术,然后去说服锂电池厂商,去整合一个产业链,研发一套环保设备,卖给电池厂商。“他们对这个技术有好奇,但是整合难度太大了,一个涂布机厂商并不愿意去揽事获得一个系统产业链的话事权。“
“2019年,特斯拉以2.35亿美元的对价收购了Maxwell公司,收购的主要目的事后被证实是获取Maxwell的干法电极(DBE)。因为特斯拉是甲方,干法工艺影响的是甲方的切身利益,所以马斯克才会有动力自己做这些事。不站在甲方的地位,是很难有自发的驱动力,去整合这个系统的。我作为丙方,希望乙方接过我的接力棒,把我的技术展现出来制作一套设备,去卖给甲方。这比较难
“请相信我的技术。”是那段时间简甦与人合作的中心思想。“几次碰壁,简甦想到数年前公司推广ESO技术,贴钱做推广,反复几年,在各种场合把技术原理、技术细节搬开揉碎,反复讲,一遍又一遍之后,当别人都相信这项技术的时候,这项技术的核心要点也就被彻底暴露了,仿制就快速泛滥。可两难的是,一个转换思维的新技术,不和别人毫无保留地讲细节、底层逻辑,就很难得到别人对这项技术的全盘信任。“推一个创新的技术,你是发明者,自然胸有成竹,可对别人来说,充满了对未知的怀疑。”
谁是整合者?有整合实力的人没有这样的技术远见,简甦认为自己有技术眼界和见识,但是他没有经济实力去统筹这件事。最后,只有把产业链,把商业模式叠加进去,对外展开融资。“融资去建造一个工厂,这是一个很难的目标,又是一个最不难的目标。因为只有把一个更宏大的目标完整展现出来,才能有融资的可能。”
2022年,融到第一笔资金,2023年,江门中试工厂启动。
中试工厂
坐落在“狂飙之地”江门的中试工厂——云极新能源,乍一看,与普通工厂没有什么区别,干净、清爽、简单。
简单恰恰就是它的不简单。这是一个简单得只做锂电池正极片的专业工厂。因为产品简单、单一换来了工厂的标准化规模化。工厂所有的盈利点都来自于产品的高性价比,而高性价比的最主要的支撑就是溶剂在制造过程中在线循环不损耗,而且大幅度节能,综合成本与马斯克执迷的干法电极目标成本非常接近。
简单的工厂外观背后是不简单的设计。整个工厂就是一部大型的流畅设计的一体化机器。“从制浆、涂布、烘干,到热风循环、溶剂回收提纯,以及环境调控设备,所有这些都融合成为一个闭环系统,这样才能达成产品品质有保障,溶剂不泄露,热能不外排的理想运行状态。
“之前,类似的工厂都是开环设计的。所谓开环,是指溶剂在烘干工艺之后,回收、储运送到回收厂商那里,不会直接进行回用。或者类似宁德时代、比亚迪这样的大厂商有自己的回收、提纯车间。溶剂储存运送到这些车间,完成各道环保工序后,再一次用回到制浆环节。等于一个批次的溶剂,脱线,处理,再上线。而我们是一条生产线作为一个闭环循环,在线完成整流程。我们制浆系统用溶剂,溶剂会变成浆料,输送给涂布机,溶剂在涂布机上使用又挥发在空气里面,经过我们的循环系统后回收又变成液体,之后自动循环,再回到制浆系统,这样形成闭环。
因为溶剂使用是在线闭式循环,所以工厂生产流程很简单。没有物料溶剂的储存,运进运出的步骤,不像传统工厂有那么多储罐和提纯装置。一切的环保设计都在隐形处,溶剂悄无声息地断循环使用,“就像汽车的机油,有自己独特的位置,不用经常加,一年检查一次就够了”。
这样一座工厂,极简主义的背后是他的独一无二的自制。工厂从图纸到建成,花了一年时间。因为没有现成的生产线。只有把各种设备重新设计、整合,根据公司独到的设计理念,自制生产线。 “目前,已经初步验证这个方案可行,我们还在持续优化,预计今年年内达到预设目标,就是大幅度降低极片生产成本,实现百分百溶剂回收,循环利用,节能也能做到原来能源消耗的20%,就算干法电极最后也取得成功,我们仍然具有相对竞争优势”。
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