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软包电池制造掣肘 国产叠片设备冲出“围城”

北极星储能网  来源:高工锂电  作者:左伟峰  2019/9/29 8:34:10  我要投稿  

北极星储能网讯:一度被寄于厚望的软包电池,在国内电动汽车市场配套上似乎陷入泥泞。

(来源:微信公众号“高工锂电” ID:weixin-gg-lb 作者:左伟峰)

凭借高能量密度、高安全性、设计灵活、内阻相对较小等优点,过去两年,软包动力电池增长势头明显,不少相关企业也风光无限。

但进入2019年之后,局面发生了变化。高工产业研究院(GGII)数据显示,2019年上半年国内软包电池装机量达到2.63GWh,占全部动力电池装机量约8%,这比2018年的整体占比13.4%下降了近6个百分点。

更为明显的是,不少排名领先的软包电池企业在装机量排名上也出现了明显下滑。

软包装机量下滑的背后,原因错综复杂,既有车企产品的选择调整,也有动力电池行业惨烈的竞争。这其中,不可忽视的一个非常重要的因素就包括,软包电池企业的产能掣肘。

产能掣肘,生产制造过程中核心设备的效率不高要承担主要责任。叠片设备就是其中之一。

与方形电池采用的卷绕工艺相比,软包电池采用的叠片工艺需控制的性能参数多、工艺相对复杂、结构难点多、电芯良率、优率、设备稳定性、稼动率提升较为困难。

用一个很形象的比方,叠片是将一块布先剪切成一条条,然后再精细准确地层叠起来,要求不能一丝偏差。卷绕则直接把这块布卷起来,偏差在一定范围即可。两者的难度,肯定不在同一个等级上。

这种工艺的差距,直接通过设备的效率和性能反映出来,最终影响到了产线投入和产能效率之上。这甚至让一家从车企切入动力电池领域的企业不惜自己重金投入做叠片设备的开发。

从效率困境看,目前国内Z型单工位叠片机效率普遍在1s/pcs,国外日韩卷叠是0.17s/pcs。其中国内中天和自动化设备采用的双凸轮结构单工位叠片机效率是0.6s/pcs,双工位可高达0.25s/pcs,且能批量生产。

对比数据可看出国内叠片机效率存在差距。不过其他方面,国内设备优势更明显,例如性价比高,兼容性强,售后服务好等特点,市场上基本已取代日韩。

国内外的设备差异,原因主要有三点。首先国外日韩设备在锂电方面投入较早,在专利和知识产权保护下,选用的叠片工艺跟国内不同。国外叠片工艺是先将负极与隔膜裁切成单元进行叠片,再跟正极用卷绕方式制成电芯。

国内为规避专利法诉讼,主要用热复合和Z字型叠片工艺,大致是将正负极,隔膜裁切后直接层叠,做成电芯后热压,贴胶下料。国内的叠片工艺相对来说,较为复杂,对设备要求高,进而生产效率方面受限制。

其中热复合叠片工艺的代表企业是先导智能、吉阳自动化;Z字型叠片工艺代表的企业是超业精密和中天和自动化。

其次电池型号兼容性。受新能源市场爆发,国内电池企业一般要求叠片设备至少兼容六款型号不同的电池。国外日韩设备只专注于一款或两款电池型号。自动化设备兼容性越强,做精做强耗费的成本就越高。同等条件下,跟国外相比,国内设备兼容性强,自然在稳定性和稼动率方面就相对差一些。

最后国产设备注重抢占市场份额,关注性价比,售后服务等客户体验。国外日韩设备则走高端路线,只服务特定领域的电池企业。

纵观2019年的国内叠片设备市场格局,主要集中在先导智能、超业精密、格林晟、赢合科技、中天和自动化、新宇智能(排名不分先后)等主营或包含叠片设备的装备企业。

事实上,锂电设备严重依赖于动力电池的发展。就叠片机设备企业发展而言,市场前景具体要看所获主要订单的电池企业。

业内有种戏称,将电池企业称为大甲方,设备企业为小乙方。因此设备主供应的电池厂家占市场份额大,设备企业的市场份额自然高。很明显,未来受电池企业头部效应影响,叠片设备的市场集中度会提升,当然在技术上的挑战也会更多。

针对叠片机的技术挑战,包括利元亨、超业精密、中天和自动化等国内设备企业都在不断进行技术革新与迭代。

利元亨用全自动叠片动力电池装配线,实现全部自动化流程对接,提高生产效率。主要包含对接叠片段极组上料,尺寸检测,厚度检测,X-Ray检测,叠极组包胶带,极组包预焊,极组极耳裁切,短路测试,连接片与极组超声波终焊,顶盖打码,盖板与连接片激光焊接,合芯,包绝缘片,极组入壳,激光预点焊,激光周边焊,短路测试,验漏及本段生产线物流等生产工艺。

超业精密董事长林万盛将极片切割后的断面视为“伤口”,认为叠片工艺在转移和层叠极片过程中,对“伤口”的防护性不足,“伤口”处于不可控的状态,导致后期电芯的安全性,一致性、良率、优率差。

针对此研发出冲切叠一体机,能缩减切片与叠片之间工序转接,减少“伤口”不可控时间,自动化程度高,电芯的对齐度和一致性高,目前已实现大批量生产。

中天和自动化开发出全自动切叠一体机,采用激光切割方式,节约运行成本,兼容不同极片型号,能实现即切即叠,叠片速度可达0.25秒/片。

粉尘方面,用负压吸尘,刷粉除尘,布袋除尘及等离子风刀除静电进行控制粉尘。

可靠性方面,运动模块有定位销固定,传动部位自带反馈值实时监控。设备运营方面,人工减少2/3,占地面积减少1/2,实现设备的少人化,自动化。

总而言之,叠片机结构复杂,需控制的参数较多,过程复杂,主要集中在四个方面:

生产效率:生产受制于过程工序多和设备结构。目前解决方式是增加多工位,对来料进行管控,优化结构布局,搞一体机模式。

电芯重片:叠片过程中,多抓取单片和有坏品未有效筛选。解决方案是用更精密的视觉传感器检测,直接剔除坏品,同时管控来料质量,减少误判几率。

叠片单元对齐度:优化设备结构,提高机加件的加工精度,CCD相机光源精度提高,装配调试时注意细节。

尾部贴胶:电芯叠完后,尾部贴胶力度不够,影响电芯性能。一般采用真空棍吸附,用辊压方式,尽可能稳定贴胶质量,让电芯表面不打皱,不受损伤。

值得注意的是,在12月16-18日举行的2019高工锂电&电动车年会上,包括利元亨、超业精密等在内的多家企业都将会分享软包电池制造的最新进展和技术趋势。


原标题:软包电池制造掣肘 国产叠片设备冲出“围城”

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