新嘉拓技術總監朱高穩：雙層高速涂布機—EV電池之重器
圖為深圳市新嘉拓自動化技術有限公司技術總監朱高穩作主題演講
11月16日，“2017’第二屆動力電池應用國際峰會暨第三屆中國電池行業智能制造研討會”在北京啟幕。本屆峰會由中國化學與物理電源行業協會和電池中國網共同主辦，天津力神電池股份有限公司聯合主辦；中國化學與物理電源行業協會動力電池應用分會承辦，無錫先導智能裝備股份有限公司聯合承辦。參加此次峰會人數超600人。
深圳新嘉拓自動化技術有限公司技術總監朱高穩帶來了對于雙層高速涂布機的詳細介紹。
（以下為朱高穩發言全文：）
朱高穩：大家下午好！我們新嘉拓是璞泰來的全資子公司。我今天講的主題是雙層高速涂布機—EV電池之重器。大家先看這個圖，這是我們對雙層高速涂布機的定義，區別于我們以前傳統的涂布機，具備了幾個特點。第一個，它的是專門用在鋰電池正負極涂布的，涂在鋁箔和銅箔上面的。第二個是它是用擠壓模頭方式來涂布的。 第三連續涂布方式。第四，A+B面雙層串聯涂布。這種在國內也有，但是相對來說A+B串聯的涂布是相對特殊一點的涂布。最后一個也是最關鍵的一個，它的涂布速度要求大于70米，這是我們今天說的這個主題，高速涂布的一個主要的特點。最后一個是涂布的寬度大于650mm以上，最大可以到1.4米左右。
我今天講的這個報告里面總共包含了這八個內容，第一個是我們現在國內鋰電池終端的需求量，第二個就是我們國內的動力電池在全球的占比，第三個是我們現在國內的動力電池對涂布機的需求量，第四是進口涂布的主要廠家及類型分布。第五是雙層高速涂布機對動力電池生產的意義，第六是國產雙層高速涂布機的現狀。第七是雙層高速涂布機怎么能做的好，有哪些關鍵的地方，最后一個就是新嘉拓公司在雙層高速涂布機上面的一些功能實現。
第一，我們目前在一些相關網站上面取的一些數據，從2016年到2020年未來這五年時間，我們鋰電池行業整個需求量的預測，其中我們可以看到總的需求量從去年的62.4GWh到2020年估計可以達到170GWh，預計每年的增長大概在28.3%。動力電池這一塊，去年是30GWh，到2020年規模可以達到110GWh，平均每年增長的速度也是接近了30%。
第二個是我們動力電池占全球的占比，2016年的時候，我們國內動力電池總的產量大概在30GWh，全球的產能大概在53GWh，大概是占到56%左右。但是從2016年到2020年逐年遞增，預計到2020年的時候，我們中國的動力電池占比從56%會上升到70%。
第三個是動力電池不斷增長，對涂布機的需求量增長，這是我們預測的。數量是我們根據每年的動力電池需求量，反推回來，對應的我們單層標準涂布機產量，從去年大概221臺到2017年245臺，也是逐年往上增的，到2020年預計涂布機的需求量大概372臺，這個推算主要是動力電池涂布機的需求量，可能會有一些出入。因為現在市場上一個是產能過剩，第二個是其他的一些電池涂布機可能混在一起，所以我們算的話只是動力電池的。預計增長量，大概每年15%的增長量。
我大概統計了一下，目前我們國內的進口涂布機和高端的一些涂布機的產量。從日韓賣到國內的一些大廠的數量，我們從這個表上可以看到，前面三項是日本的設備，后面四項是韓國的設備，最后一項是其他的設備。從數量上可以看到，這些設備不管是單層的還是雙層的，整個數額不是非常大，相對來說比較集中。我們可以看第一項，第一項是日本的廠家，這個是日本東麗的，目前在國內單層涂布機大約30臺，雙層涂布機大概是36臺。這個比例占到整個進口涂布機數量的46%，可以說是一家獨大。第二家是日本井上的，他目前在國內的數量和第三名的數量差不多，總數16臺，占比是11%。我們可以看到前三項，日本廠家整個占的比例差不多有70%，日本的設備在我們國內的銷售量是非常大的。第四個是韓國，韓國的設備雖然是有4家，但是第一家占了絕大部分，其他比較少。第四家設備占我們進口設備的20%，這個量也是比較大。這些主要是分布在我們高端的客戶，像力神、比亞迪這些比較大的工廠里面。
這是做的一個分類統計，日本的占了69%，韓國占了30%，我按涂布機的類型來分的話，單層設備占了31%，雙層設備占了69%，所以國內的客戶選擇還是雙層涂布機的比較多。最后還有一項，這一項跟我們今天講的這個主題雙層高速涂布機是相關的。大概150臺里面，大概有18%的涂布機是雙層高速的涂布機，大概有二十幾臺。從整個數據分析來看，雙層高速涂布機目前數量相對來說是很少的，在整個進口設備里面占的比例也相對比較小，所以有很大的發展潛力。
這一頁我寫了幾個，就是我們雙層高速涂布機對動力電池生產的一些意義。第一個是我們涂布效率提高，像我們傳統的設備發動機的速度在20-30的速度，但是雙層高數土地的效率可以提高很多，至少速度在70米，最快的已經達到80米的速度。第二個，它的整體效率是折合成涂布的寬度或者開機率這些因素算到里面去，一臺的雙層高速涂布機相當于我們原來傳統涂布機產能的7-8倍，這個有實際數據支撐的。第二個，使用雙層高速涂布機提高了開機率，這個也比較容易理解。第一個是A+B面雙層涂布，減少上下料，減少了做首件的周轉時間。第三個就是使用雙層高速涂布機的話，提高了我們單位面積的產值。像我們現在這一臺設備占地面積是400個平方左右，相當于同等產能傳統涂布機的場地節省的空間至少是一半以上。第四個就是我們人力成本的節省，像這種雙層高速涂布機，需要兩個人，最多三個人就可以實現設備的運行。但是傳統涂布機我們平均一臺需要一個人或者接近兩個人，所以我們同樣的產能，我們的人員可以減少80%以上。第五個就是我們的電池一致性大大提高，一臺設備做出來產品的質量遠遠高于不同的設備，不同的操作人員做出來的極片一致性，所以對電池性能的提高具有非常大的改觀。最后一個，特別適合大規模的生產，因為我們現在國家政策的一些需求，或者是我們電池廠規模的一些要求，像這樣一臺涂布機的產能，一年可以達到1GWh以上，所以我們一臺的涂布機就可以滿足一個小型工廠產值的要求。
目前國產雙層高速涂布機的現狀，國內整體雙層高速涂布機的數量比較少，只有二十多臺，包括進口線在內。第二，國產雙層高速涂布機發展較晚，我司是2014年最早投入雙層高速涂布機的研發。國內的意識或者設備廠的研發比較晚，因為擠壓式涂布機生產也是2011年的時候才開始大批量生產，相對日韓來說，我們起步比較晚，有些地方我們現在還在追趕當中。像我們14年開始投入的雙層高速涂布機的研發，在15年我們設計出了一臺樣機，2015年10月份的時候可以實現速度70米的生產，這個也是當時國內第一臺速度能達到70米的雙層高速涂布機。在2016年的時候，我們接到兩臺雙層高速涂布機的訂單。我們跟日本的設備放在一起同時PK，交貨的時間比日本短的非常多，我們不到四個月的時間就完成了交付。這個設備也是在第一代設備上進行改進的，大概在今年5月份開始交付使用，目前已經連續生產半年時間，生產速度超過80米，比日本同一批進來的設備交付的時間早，速度比它快。最快的速度可以達到80米以上，寬度他們設計的時候最寬的寬度可以達到1米，這兩臺設備也得到客戶的一致認可。截止到目前為止，包括在調試中的設備，我們目前已經有六臺雙層高速的設備出貨。
對于雙層高速涂布機這種大型的設備有哪些關鍵的技術，我這里列了幾點。第一個就是對設備整體剛性和強度的把控，我們這樣一臺寬度在七到八米，高度在六米的高度，設備大概在兩百噸左右，是我們整個電池工序里面單機設備最大最重的一個設備，所以對設備剛性、強度要求非常高，如果這個把控不好，在前期安裝，在后期連續使用的時候，我們設備的一些精度可能就達不到，會產生一些不穩定的因素。第二個就是我們的烘箱設計。速度提高到80米后，對烘箱的設計要求非常高。首先前期的分析非常關鍵，一旦烘箱能力達不到，干燥的效果達不到。第三是加工精度的要求，這個也是目前我們國內跟國外比的一個短板。像我們加工精度這一塊有幾個比較典型的，第一個是我們鈑金的加工，目前國內鈑金加工雖然比以前有很大的提高，但是相對于日本的加工水平，我們差距非常大。很典型的幾個，第一個是對我們鈑金的折彎或者平整度要求，對國內供應商來說，基本上達不到國外客戶要求。第二，環境的把控，因為我們的烘箱要求是無塵的，這個目前國內大部分同行也是很難保證。我們這一塊要求所有的烘箱配套供應上必須要建自己的清潔房，所有的零部件清洗完然后再安裝，保證裝配完的烘箱是清潔的。第四個就是張力波動的控制，這個對整個控制還有設計結構的要求，原來我們的速度可能20米、30米，要求相對來說比較低。速度提到80米、90米以后，怎么能夠保證我們不斷帶，對張力波動控制要求非常高。第五個就是對設備的安裝精度要求高，因為這是一個大型設備，安裝要求系統化的有層次的保證安裝的精度，一層一層的累積。第一道如果沒安裝到位的話，第二道就不能安裝，像這種大型設備一般安裝的時候，先把整個平臺安裝好，保證平臺的平整度，達到我們要求的范圍之內，再安裝其他的部件。因為我們烘箱是裝到平臺上面的，烘箱是否平整接影響我們走帶的平順還有干燥的質量，所以平臺安裝好之后，我們在安裝烘箱的時候，固定好之后，過輥平行水平，風嘴的平行度。第六個是高速自動換卷的設計、調試，自動換卷的設計，程序的控制要求非常高，這一點我們現在積累了相當豐富的經驗，能夠完全滿足80米的要求。第七個也是比較難的問題，就是我們調整涂布，怎么能保證極片不打皺，不單單是涂布這個位置，在輥軋、分切等等，中間極耳位置非常容易打皺，非常不好解決。我們涂布機上有一些獨特的設計，積累了一些經驗，把我們基材的除皺解決的比較完美。第八個是對一些自動化的要求，后面有一頁專門講我們在自動化這塊做的一些涂布。
我大概列舉了以下幾個在我們涂布行業相對來說有些突破的自動化的功能，第一個就是我們的模頭橫向重量閉環自動調節，這是我們今年才研發出來的比較新的一個功能。后面一頁我單獨會講一下我們的模頭橫向重量閉環自動調節，第二是縱向重量流量閉環自動調節，我們的漿料粘度或者是溫度變化的時候，縱向有一個變化的趨勢，是變重或變輕，通過我們測量系統跟我們的供料系統做一個閉環，保證縱向的流量是穩定的。這個相對來說應用的時間比較早，大概有一兩年時間了。第三個是我們的上下料AGV對接這一塊，現在很多客戶都希望實現自動化，但是涂布機與AGV對接這一塊，目前國內真正用起來，我知道也就是兩到三家公司把它用起來。我們這一塊與客戶密切配合，已經能實現AGV上下料的自動對接。它的主要難點，可能比后段的設備更大。第一個，一般車間的涂布機相對比較多，怎么能保證AGV與每一臺涂布機都能完美的匹配，上料及下料，還能跟我們的輥軋以及后面的分切對接，這是比較難的。AGV要求的精度很高，上下料卷筒長度保證一致。這一點對客戶來講，就產生了一些額外的成本，卷筒必須要做定制的。還有料卷做的越來越大，重達兩噸，像這么大AGV的搬運，在國內能做的廠商數量有限，價格比較昂貴。第四個是我們的數字化的功能，我們動力電池在正反面極片邊緣閉環對齊的時候要求很高，怎么能夠保證涂布過程中和涂布后，能夠實時調整，實時檢測，這個在低速的時候其實用了很多年，在高速的時候，因為它要實現高速對齊，另外還要檢測邊緣偏差，相對來說難度還是非常大的。我們通過一些結構的改善，實現程序的優化。第五個，自動穿帶功能，在烘箱不降溫的情況下，烘箱入口有牽引裝置，把新的極材牽引過去。最后一個是安全方面的自動化，速度快了之后，單位時間產生的NMP的量比以前多了很多，怎么能夠保證設備安全穩定的運行，這時候我們有一些監控和保護的裝置，設置報警點和強制停機功能。
模頭橫向重量自動調節，這是鋰電涂布首創，通過我的電機的驅動，來控制涂布出料的縫隙，來控制漿料的流量。這個圖上可以看到有一排白色的就是我們的控制點，一個對應一個，可以上下調節。每一個有數據反饋和位置反饋到我們的顯示屏上面。我們啟動閉環控制的時候，就能實現自動調節，綠色的線是調之前的，紅色的線是調完之后的，實現無人操作，在此之前，我們這些橫向重量是沒法實現自動化操作的。每個機頭都要站一個人，有了這個功能之后，就實現了自動的調整，人力成本也節省了，而且可以對質量做一個預判，控制在一個比人工更精準的范圍。通過我們的實驗數據，橫向的重量可以做到正負2mg。
最后我寫了一個結束語，我們涂布作為鋰電池最為關鍵的工序之一，其產品對整個EV電池的生產起大至關重要的作用。雙層高速涂布機以其強大優勢，結合越來越先進的檢測和自動化手段，成為未來EV電池大規模、高品質生產首選之重器。在國家政策強推下，電芯廠家規模化趨勢明顯，雙層高速涂布機逐步成為主流。前五名動力電池的廠家已經占了國際市場的70%以上，這些大廠在有限的這些場地空間之內，要作出那么大的產量，雙層高速涂布機也是他們的一個首選。國產雙層高速涂布機技術也會迅速發展完善，代替進口設備。謝謝大家！
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