深圳中基王磊：開啟全極耳圓柱/固態(tài)電池裝備“變革”
2020年特斯拉率先推出全極耳4680大圓柱電池，今年9月其宣布已經(jīng)實(shí)現(xiàn)第1億顆4680電池下線，同時國內(nèi)不少頭部企業(yè)也都在積極布局。全極耳技術(shù)在圓柱電池領(lǐng)域風(fēng)起云涌，除了應(yīng)用于大圓柱外，目前在傳統(tǒng)小圓柱電池上也在加速導(dǎo)入。
另外，作為具有高能量密度和高安全特性的固態(tài)電池，目前也處于初露鋒芒的狀態(tài)，行業(yè)對其給予很大厚望。
圖為深圳市中基自動化股份有限公司研究院院長王磊演講
在日前舉行的第九屆動力電池應(yīng)用國際峰會(CBIS2024)“新能源電池數(shù)字化與先進(jìn)智造”主題論壇上，深圳市中基自動化股份有限公司研究院院長王磊應(yīng)邀出席，并作主題為《電芯組裝段的新質(zhì)生產(chǎn)力變革》的演講。針對全極耳圓柱和固態(tài)兩種電池，深圳中基在設(shè)備領(lǐng)域都做了一系列技術(shù)布局和革新。
01
全極耳圓柱電池裝備
“圓柱電池在所有類型電池里生產(chǎn)效率最高，最高設(shè)計(jì)產(chǎn)能可以達(dá)到350PPM，常規(guī)100PPM、200PPM高速線已經(jīng)非常成熟。”王磊表示，相對來看方型鋁殼電池產(chǎn)線效率目前行業(yè)只能做到20PPM，軟包電池效率在15-20 PPM的水平。所以圓柱電池高一致性和高效率，是其重要的產(chǎn)品競爭力。
在全極耳圓柱電池裝備方面，深圳中基布局有機(jī)械滾封線和激光封口線兩種技術(shù)路線，覆蓋小圓柱和大圓柱從10mm-60mm全部的直徑規(guī)格，并且具有很高的單線合格率和稼動率。這其中運(yùn)用了不少關(guān)鍵技術(shù)，包括高效傳輸傳動技術(shù)、極耳成型技術(shù)、激光焊接技術(shù)、滾槽封口技術(shù)和高效除塵技術(shù)。
高效傳輸傳動技術(shù)：將凸輪/轉(zhuǎn)塔與磁懸浮相結(jié)合協(xié)同，具有兼容性好、產(chǎn)線效率高的特點(diǎn)，滿足圓柱電池對高生產(chǎn)效率的需求，最高產(chǎn)能可以達(dá)到350PPM。同時該產(chǎn)線柔性高，模塊化設(shè)計(jì)周期非常短，換型成本低，而且參數(shù)化設(shè)計(jì)調(diào)試難度小，后期維護(hù)成本非常低。
極耳成型優(yōu)化技術(shù)：基于模擬仿真分析和缺陷表征，開發(fā)了預(yù)揉和揉平工藝，來提高質(zhì)量和來料兼容能力。王磊介紹，其主要目的是為了提升集流盤焊接良率。同時在此過程中，解決了隔膜損傷以及揉平會容易外側(cè)翻邊的問題，目前工藝已經(jīng)在頭部企業(yè)量產(chǎn)線得到實(shí)際驗(yàn)證。
激光飛行焊接技術(shù)：全極耳電池的焊接尤其是集流盤焊接，對質(zhì)量一致性要求非常高。既要保證高速旋轉(zhuǎn)過程中激光焊接位置精準(zhǔn)度，同時又要保證焊接良率。該設(shè)備運(yùn)用自研的高速旋轉(zhuǎn)位置高精度動態(tài)補(bǔ)償算法，以及自研飛行焊控制系統(tǒng)，配合連續(xù)式轉(zhuǎn)塔機(jī)構(gòu)，既節(jié)約成本，同時又提升效率和質(zhì)量。
“該設(shè)備可以用于集流盤焊接，也可以用于底殼穿透焊接。集流盤焊接最高速度達(dá)到800mm/s，單工位可以滿足120PPM的產(chǎn)能效率。”王磊介紹，實(shí)驗(yàn)測試顯示，轉(zhuǎn)盤達(dá)到100度/s高速旋轉(zhuǎn)中，可實(shí)現(xiàn)整體精準(zhǔn)定位，且設(shè)備未發(fā)生任何畸變。在靜止?fàn)顟B(tài)下焊接200次和連續(xù)飛轉(zhuǎn)4小時不間斷重復(fù)焊接，整體偏離非常小，具有高穩(wěn)定性和一致性。
滾槽風(fēng)口技術(shù)：圓柱電池封口常規(guī)有兩種工藝，鋼殼電池通常用滾槽封口，鋁殼電池采用激光封口。“因?yàn)殇摎げ牧暇哂泻芎玫难诱剐裕菀讓?shí)現(xiàn)機(jī)械封口，成本比較低，良率比較高。對于常規(guī)封口工藝來說，鋁殼沒法采用機(jī)械封口形式。”王磊指出。
針對該特點(diǎn)，深圳中基開發(fā)了專門針對鋁殼電池的輥封工藝，采用機(jī)械封口代替激光焊接，突破了整個行業(yè)鋁殼電池機(jī)械封口的難題。“因?yàn)榧す馐且粋€不穩(wěn)定的熱源，即使?fàn)幦∽龅椒€(wěn)定性很高，但是良率始終難以和機(jī)械結(jié)構(gòu)匹敵。”王磊指出，該技術(shù)的滾槽精度達(dá)到±0.05mm，同時具有非常高的模具壽命，已經(jīng)在國內(nèi)某頭部圓柱電池企業(yè)有量產(chǎn)。
高效除塵技術(shù)：對于鋰電來說除塵非常關(guān)鍵，一點(diǎn)的粉塵可能就會造成產(chǎn)品質(zhì)量下降。深圳中基運(yùn)用流場模擬分析吸塵管路流體狀態(tài)，通過對粉塵的流動優(yōu)化管路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提升了整體的除塵效率。
02
軟包固態(tài)電池裝備
軟包是目前固態(tài)電池比較成熟的封裝形式，王磊表示，在軟包電池設(shè)備領(lǐng)域，深圳中基具有豐富的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累，目前其軟包電池設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)單線產(chǎn)能超過18PPM，產(chǎn)品合格率達(dá)到99%以上，稼動率達(dá)到96%，尤其是多規(guī)格兼容390-590mm，包括不同的單側(cè)出極耳和數(shù)碼軟包都可以滿足要求。
據(jù)介紹，深圳中基的超聲波極耳焊接技術(shù)，可以兼容單雙出軟包電池，配備超聲焊接實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)，同時可以實(shí)現(xiàn)電池尺寸在制造過程中被監(jiān)控的閉環(huán)，設(shè)立獨(dú)立工位和隔離設(shè)計(jì)保證除塵效果，采用高壽命的極耳裁切刀，單機(jī)效率大于20PPM。
王磊表示，深圳中基的鋁塑膜精密沖坑技術(shù)，同樣兼容性比較好，集成了鋁塑膜的放卷、張力控制系統(tǒng)于一體，保證放卷過程的一致性，同時特殊的凹凸膜設(shè)計(jì)，使沖坑過程運(yùn)行平穩(wěn)、速度快，沖坑精度可以控制到±0.1毫米。該設(shè)備單機(jī)效率也滿足20PPM高效率需求。
據(jù)王磊介紹，在鋁塑膜精封技術(shù)方面，深圳中基設(shè)備的封裝壓力可以做到實(shí)時控制，同時可以對極耳進(jìn)行獨(dú)立預(yù)熱，實(shí)現(xiàn)對電池尺寸的閉環(huán)監(jiān)控，真空腔體可以達(dá)到5Torr，真空腔體封印厚度精度±15μm，封頭溫度均勻性±3℃，鋁塑膜切刀壽命≥100萬次，單機(jī)效率≥20PPM。
“針對軟包的固態(tài)電池，我們配合國內(nèi)外的客戶做了些產(chǎn)線，從2022年開始有一系列的出貨，而且目前的項(xiàng)目狀態(tài)基本都達(dá)到量產(chǎn)的狀態(tài)。”王磊表示，公司在固態(tài)電池、半固態(tài)電池相關(guān)設(shè)備的研發(fā)方面，已經(jīng)有非常成熟的經(jīng)驗(yàn)，希望能夠跟相關(guān)電池企業(yè)進(jìn)行更多協(xié)同合作。
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