恒温热压(锂电制造核心工序装备升维“路径”)

Posted 2023-05-26

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恒温热压(锂电制造核心工序装备升维“路径”)

2022年以来，4680大圆柱电池应用提速，麒麟电池等CTP、CTC等新结构加速迭代，磷酸锰铁锂、硅基负极等新材料层出不穷，半固态/固态电池量产提速……这些在给锂电装备企业带来新的市场机遇同时，也带来了巨大的挑战。

另一方面，动力电池单线产能正在从2-3GWh向5-6GWh，甚至10GWh以上迈进，意味着传统产线已无法满足单线效率跃升的需求。

规模化制造升级、技术与工艺的持续创新成为产业发展的重大挑战。锂电智能装备企业需同时满足多种新要求：

高质量一致性；
不同工艺路线的兼容性；
前后自动化设备间的交互协同；
工艺控制高精度；
大量数据的智能化处理与运维等。

在上述挑战面前，智能装备企业技术向“高精度、高效率、高稳定、无人化、数字化、自动化”方向发展

以智能制造、极限智造为目标，锂电制造核心工序段已经迎来全面升级。

在匀浆环节，循环高效制浆工艺、双螺杆制浆工艺已经启动传统的双行星制浆工艺的替代，新一代制浆工艺大幅提升制浆效率的同时，解决传统制浆系统浆料不稳定、能耗高、污染、占地面积大等难题。

尚水智能、红运机械、宏工科技、金银河等企业在高效制浆工艺领域处于领先水平。

尚水智能：

循环式制浆系统能够实现高效运营的逻辑是：1、粉体打散成烟雾状后与快速流动的液体接触，可实现更快地润湿；2、采用打循环的方式保证所有浆料被有效分散的时间基本相同，由此实现了更短地分散时间；3、采用小间隙（2mm）的定转子分散单元来提高分散强度，得到了更好的分散效果。

宏工科技：

宏工新一代制浆机实现了重要的三大突破：1、在不影响制浆效率的情况下，产热减少；2、改进叶轮，实现产能放大化，同时解决金属磨损问题；3、改进分散模块，解决易返料、过载问题。

在涂布环节，双面涂布、双面同时干燥工艺也在逐步替代传统的折返式双层涂布机结构设计。可显著提升电池循环、容量、自放电、内阻等性能，提升干燥质量，节约设备成本和运行成本，节省安装空间。

涂布效率是领先企业进一步比拼技术实力的重要标准。当前领先的涂布机设备在保证上述技术的前提下，主攻提升涂布效率，主要的手段包括提升涂布机运行速度和涂布宽度，领先企业的涂布速度能达到120m/min，涂布宽幅达1400mm。

利元亨与嘉拓智能均推出了双层高速宽幅涂布机，大大提升涂布速度和幅度。

嘉拓智能新品双面同时底涂涂布机，双面底涂速度200m/min，若箔材、浆料更好能够达到300m/min。

嘉拓智能针对涂布机智能化做了诸多思考与尝试：1、模头自动调节，与多架湿膜干膜联动闭环；2、尺寸自动调节，与CCD，纠偏及模头移动做闭环控制；3、模头自动清洁，不用打开模头，自动清洗模头流道内的浆料；4、自动穿带，在烘箱内及穿带不方便的位置实现自动牵引穿带。

在辊压工序，辊压分切一体机兼具电池极片轧制和分切功能，显著提升电池极片的生产效率。

衡量辊压机技术先进程度，主要看面密度、压实密度。当前领先设备能使得磷酸铁锂正极材料比容量达到200mAh/g，磷酸铁锂正极材料压实密度达到1.5g/cm3。

涉及辊压分切一体机的企业包括先导智能、利元亨、嘉拓智能、大族锂电智能装备、易鸿智能、金银河等。

金银河高精密辊压分切一体机，辊压机采用双机连续辊压电池极片，电池极片反弹变形减少，尤其适合负极电池极片辊压；设有拉伸装置，通过张力辊和拉伸摆辊恒张力闭环控制，消除打皱；恒辊缝恒压力控制，确保极片辊压精度；主机轧辊完全同步，生产速度可达100m/min；热压恒温系统保证两轧辊温差±1.5℃。

易鸿智能辊压多级分切一体机的优势是：高速大幅宽辊压分切做到Max1500mm；具备在线分切宽度闭环系统&防缺口断带闭环系统；分切宽度精度≤±0.3mm；张力控制精度高，使用张力传感器+摆辊PID控制；轧辊压力，间隙闭环控制，轧辊使用伺服电机控制，降低能耗，提高传动精度。

在卷绕工序，卷绕机工艺向更高效、兼容电芯尺寸范围大、精度更高方向演进。激光模切卷绕一体机应用规模也在不断扩大。国内领先企业能做到圆柱电池张力波动控制在5%以下，方形电池张力波动控制在10%以下。圆柱电芯能达到18米/秒以上的高速卷绕速度，方形电芯由于需要保证线速度恒定，因此变角速度卷绕较慢，国内领先企业能达到0.8米/秒以上。

先导智能、利元亨、嘉拓智能、易鸿智能、诚捷智能都在发力卷绕工序。

易鸿智能激光模切卷绕一体机的优势是：模切速度120m/s，卷绕速度3m/s-3.5m/s；速度匹配有利于提高生产效率；极耳间距一键算法生成；激光复位重切闭环控制；极耳对齐度闭环控制：EA长度20m，极耳对齐度控制在±2mm内；EA长度40m, 极耳对齐度控制在±3mm内；Overhang闭环控制：过程精度±0.2mm，甩头甩尾±0.2mm；无扰动精准张力控制系统。

在叠片工序，动力电池电芯长薄化趋势下，卷绕工艺已无法满足需求，生产工艺向“叠时代”迈进。切叠一体机应用规模也在持续上量。目前国产动力电池用叠片机的效率相比韩国差距较大，国产设备以双工位居多，效率普遍在0.5-0.8秒/片，而进口叠片机效率为0.17-0.2秒/片。

先导智能、利元亨、科瑞新能源、巨一科技等企业的切叠一体化设备得到市场的良好反馈。

利元亨高速动力切叠一体机目前最优叠片速度0.15s/pcs，在技术突破方面：1、高速高精度裁切控制技术，精度可以控制在±0.15mm，大幅提升动力电池能量密度和安全性；2、整机粉尘分区域万级控制技术，解决生产粉尘顽疾；3、传送皮带人性化设计，更换时间10min，易操作易维护；4、叠片机械手电子凸轮同步性控制技术，设备协调性强，保障高速叠片效率；5、叠片辅助时间控制在＜6.5s内，有效提升生产效率。

装配段，先导智能、逸飞激光、深圳中基等企业突破了大圆柱电池的极耳焊接难点；利元亨在长薄电芯焊接上实现了多个新技术突破；海目星的方形铝壳电芯装配线、大族锂电智能装备的方形装配线与软包电芯焊接线、联赢激光的CTP自动焊接线均积累了丰富的项目交付经验。

在方壳电池领域，联赢激光超高速设备在防爆片的焊接速度可达到200mm/s，相比于市场速度提升了100%；极耳焊接速度是36mm/s，提升了80%；转接片焊接速度为450mm/s，提升125%；顶盖焊接速度为500mm/s，提升了150%。

圆柱电池领域，联赢激光在圆柱集流体焊接上实现了40mm/s的速度，相比于市场速度提升了近5倍。圆柱封口焊接，铝壳的焊接速度从100mm/s提升到现在的250mm/s，钢壳的焊接速度可以达到500mm/s。

不仅如此，在锂电池制造设备的整体解决方案上，联赢激光具有60PPM方壳电池全自动装配线、24PPM刀片电池全自动装配线、40PPM电池盖板全自动装配线、方壳模组自动装配线、4680圆柱电池200PPM全自动装配线、液冷储能模组&PACK20PPM全自动装配生产线等产品，可满足不同客户的需求。

在电芯干燥环节，接触式极速高真空烘烤设备获得越来越多电池企业青睐，其优势在于，可大幅缩短烘烤时间，提高烘烤效率，降低生产能耗。涉足该工艺的企业包括时代高科、镭煜科技、大成精密等。

镭煜科技研发的注液前干燥的全新三代电芯干燥系统较第二代系统承诺成本降低30%，占地面积减少50%，而且更标准化。

其中，镭煜科技研发的Roll To Roll开卷极速干燥系统具备干燥速度可达120m/min，幅宽兼容范围大；干燥一致性99.99%，干燥效果远优越于目前干燥设备；产能高,能耗低，相对产能情况下能耗低于8倍以上；通过前端极片高效干燥，迭代注液前的电芯干燥等性能优势。

在注液工序，嘉拓智能与铂纳特斯等企业的新产品均有效提升了注液精度。

化成分容工序，利元亨的串联化成分容新技术显著提高化成/分容产品的一致性与能效。深圳中基的软包电池夹具化成设备成为其拳头产品。

广州擎天串联化成分容方案优势在于：1、电芯一致好。电流绝对一致，擎天已成功投运114串电源，进一步提高电芯一致性；2、节能降耗多。相比并联电源，充放电效率提高20个百分点，用电成本大幅下降；3、调试效率高。相比并联电源，调试检修维护工作减少50%以上，提高产线利用率；4、缺陷辨识全。智能识别电芯微小缺陷，提高系统安全。

仓储物流环节，利元亨、思客琦、时代高科等企业共同赋能了锂电行业物流仓储的数字化与智能化转型。

利元亨在智能仓储环节，利元亨提出了线库一体的方案，具备合理的空间规划、产能精确保证、整线稳定性高、完备的异常处理机制、安全可靠性高、WCS & WMS系统等优势。

模组与PACK段，利元亨、海目星、大族锂电智能装备、思客琦等企业领先向模块化、柔性化、智能化方向转型。

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参考资料：高工锂电