【利元亨·高工透视】23家设备企业如何变制造为“智造”?

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楼主 2020-11-25 11:40:52
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编者按

事实上,除电池、PACK及材料环节以外,电池制造质量还主要依赖自动化设备的稳定性和可靠性。未来动力电池行业的大规模智能制造也离不开自动化设备的有力支撑。设备技术水平的提升对于电池制造的重要性不言而喻。


锂电行业原本就是一个技术创新驱动的行业。尤其在动力电池性能亟待提升的当下,产业链各个环节都在花大精力推动产品技术创新,并取得了不错的成果。


高工锂电前些天报道了《围绕能量密度及安全 这17家电池/PACK企业做了哪些创新》、《提高能量密度关键在材料 这14家材料企业做了哪些创新》,从中可以看到这些锂电企业辛苦努力的成果,其中不乏一些赶超国际顶尖水平的创新产品技术,值得业界恭贺。


事实上,除电池、PACK及材料环节以外,电池制造质量还主要依赖自动化设备的稳定性和可靠性。未来动力电池行业的大规模智能制造也离不开自动化设备的有力支撑。设备技术水平的提升对于电池制造的重要性不言而喻。


本文将主要梳理23家锂电设备企业的创新产品技术,看这些创新产品如何提升电池制造稳定性、可靠性、安全性、生产效率及自动化水平,又如何帮助电池企业节省能耗、降低成本,给设备同行以借鉴,同时供电池企业参考。


1


先导智能


先导智能“18650/21700圆柱形锂电池卷绕机”解决了设备的效率瓶颈,最高效率有望达到40ppm,远超日韩设备28PPM的水平;大量采用伺服技术,使得产品生产规格切换更加便捷;采用更先进的纠偏技术,使电芯的卷绕对齐度稳定在0.2mm以下,比国内0.5mm、国外0.3mm的标准更高。


具体而言,产品具有以下五大优势:1)兼容性更优:可以兼容隔膜外包和负极外包的18650、21700、26650等电芯,而国内的卷绕设备生产的是常规的18650电池;2)产能更高:最高效率有望达到40ppm;3)卷绕精度更高:电芯的卷绕对齐度稳定在0.2mm以下;4)稳定性更高:稼动率能达到98%以上,而同行设备只有95%;5)安全性更高:对粉尘控制更加严格,既考虑原材料切断,掉落粉尘控制和检测,同时对机构本身产生的粉尘也有精确控制。


2


镭煜科技


镭煜科技与国内一线主流动力电池企业合作开发的全自动ROLLTOROLL干燥系统的特别之处在于:颠覆后段电芯装配干燥工艺,以辊压之后、分切之前的前段干燥设备对电芯材料、极片等干燥进行取代。


相比传统后段干燥工艺及产线,上述设备干燥一致性达99.99%,干燥速度可达120m/min,幅宽85厘米,相同产能情况下能耗降低于8倍以上。使用全自动ROLLTOROLL极片干燥设备后,干燥设备采购费用至少降低50%,干燥房以及其建造成本可分别降低50%。


3


大族激光


大族激光动力电芯盖板顶焊高速焊接系统。这款设备的动力电池高速封口焊接工作台,工作效率高,结构简洁,维护方便,能更好地利用空间和资源生产出高品质产品。


以2614897方形电芯为例,焊接工作台效率是传统激光设备的1.5倍;以4000W激光器焊接为例,效率可达20PPM/Min,焊接速度达到200mm/s,设备产品良率≥99.5%,极大提高客户生产效率,降低单位劳动生产成本。


不同于激光焊接头装载于XY轴二维平台布局方式,动力电芯盖板顶焊高速焊接系统还采用独特的龙门式工作方式,Y向直线电机与X向直线电机分开。


大族激光称,这种设计可实现以下几大效果:一是既减轻X向直线电机所承载负荷,保证激光焊接头在焊接时能更高速跑动,又能更大限度保持焊接头持续工作(双夹具双Y向直线电机布局方式);二是设备运行时,保证Y向直线电机与X向直线电机用差补方式实现动力电池圆弧角的焊接完好;三是合理布局位置,保证四轴机械手能够单手系工作,夹电池组件和电池夹具极大减轻重量,保证功能顺畅同时提高了搬运与传送速度。


4


海目星


目前海目星全自动顶盖焊接机已在行业内多家知名电池生产企业应用,由于具备高稳定性、换型低成本和生产高效性,获得客户一致认可。


海目星激光称,全自动顶盖焊接机中的激光工位采用固定式治具,治具随动设计,焊接基准固定并统一,具备精度高、稳定性好、焊接质量一致性好等优点。此外,整款整机设备采用模块化设计,零部件少,换型时间缩短,大大降低成本。


5


光大激光


公司激光制片机机型特点有:1)专用于锂离子电池极片的极耳成型;2)适应性强:可适应不同形状极耳切割,使用方便快捷,成本低廉;3)切割速度快:切割速度≥60m/min,国内领先;4)毛刺小:切割毛刺≤10um(距离基材);5)切割热影响区小:正极片≤50um,负极片≤30um;6)激光器使用寿命可达10万小时,稳定性好,设备性价比高;7)设备后期维护成本极低,基本属于免维护;


8)采用气涨轴装夹,以便实现快速换料;9)具有变转速、变张力控制功能;10)自动换卷、放卷主动纠偏,具有跑偏报警功能;11)收卷前具有检测是否跑偏,并主动纠偏以保证收卷精度;12)切割后废料通过废料口落入废料箱;13)可选配CCD极片缺陷检测及标识、极片激光切孔标识及单放双收功能。


6


新龙浩


新龙浩研发的动力电池全自动真空氦检漏设备及全无油干式氦气回收系统,改善了原有氦检完成后可能存在的产品鼓胀现象,大大提高产品的一致性,同时兼容性比较强,对后段工序上下料及流转带来便利性。


同时,该设备还可大大降低电池企业的氦气使用成本,每条线每年可节约近20万左右。此外该设备还配备标准漏孔,大大方便了生产使用过程中对设备精度的校准,保证了设备的高精度和高稳定性,保证产品的检测的可控性。


7


时代高科


时代高科自主研发的全自动隧道式真空干燥系统是一套多工序连续式的自动化真空干燥设备,推翻传统干燥工艺,遵循工业4.0规范,全自动化、智能化控制,实现各工序腔体的无缝对接。在设备的长时间稳定运行中,可以保持1Pa-100Pa的高真空、2个PPM的低湿度露点值、0.1度的温度控制精度、2.5度的高温度均匀度。


该系统采用隧道式全真空密闭结构,将传统的真空干燥各分散工序整合为一体流水线操作,彻底解决干燥过程中质量不稳定的隐患,大幅提高真空干燥效率和缩短干燥时间。


同时,全自动真空干燥系统还采用多模块分区域加热及多点温控设计结构,解决真空干燥炉内温度均匀性问题,大幅提高电池批量生产质量的一致性;采用全自动封闭门技术,保证不同工序舱内的工作环境;采用全自动上料工艺设计。


8


上海君屹


上海君屹激光焊接设备(在电池包装配线上的应用)。该设备采用激光焊接,实现对焊缝的完全密封。具体来看,该设备包含的电池焊接工位有产品转运、产品定位、柱视觉定位系统、激光焊接系统等。


1)产品定位夹具,使用电缸+压力开关+位移传感器,实现对电池包定位时的压紧力、长度监控,保证电池包长度精度达0.2mm,并具备吹保护气机构及吸灰机构;2)夹具配有首件夹具,实现焊接参数的验证;3)采用4-6KW高功率激光器+振镜,用振镜实现螺旋轨迹的焊接,设备本体不进行移动,避免颤抖,焊接功率稳定保持50W浮动,保证焊接熔深熔宽,保证焊缝均匀,焊接速度快效率高,焊接速度80-100mm/s;


4)焊后质量检测系统:通过激光轮廓扫描和智能相机,对焊缝长宽高,颜色等进行检测,精度0.1mm;5)设备整体配有除尘设备,稳压器冷水设备,除湿设备,监控设备,保证工作站稳定运行,并实施监控,对污染物进行收集。


9


浩能科技


高速精密双面挤压涂布机是浩能科技在涂布设备领域的又一力作。具备三大特点:1)设备效率大幅度提高,目前涂布速度可达80m/min,一台高速精密双面挤压涂布机的效率是之前同款单层挤压涂布设备的10倍以上;


2)通过采用一系列的产品质量闭环控制技术,大大提高了产品的精度一致性,提高了设备的良品率(≥99%);3)设备自动化程度提高,采用了不停机自动换卷技术、自动供料系统、风速自动监控等一系列的自动控制技术,使涂布机真正成为一款智能化设备,减少人工干预。


10


超音速


超音速自主研发的锂电池电芯材料全自动在线高速表面缺陷视觉检测机,打破了国内对进口产品的依赖。设备精度可达到正负0.3mm以内,检测速度快,可达80米/分钟以上,可分辨出直径大于0.2mm的金属漏箔,各项指标均达到了国内领先的水平,缩短了与国际同行业的差距。


11


大成精密


大成精密推出创新设备锂电池涂布厚度面密度测量一体机。该产品将大成精密自主研发的“亚微米级高精度厚度测量技术”、“XRay/βRay高精度面密度测量技术”两大核心技术融为一体。并针对锂电池涂布工艺特征,首创出“微斑面密度测量技术”,打破了涂布边缘、削薄无法在线测量的现状,使得涂布面密度测量再无死角。


该款产品通过实时在线无死角的测量出极片涂布面密度,辅助生产设备进行工艺参数在线调整,可以大大提升极片产品质量,为提高电池一致性建立基础。同时通过及时测量,避免了批量报废。在锂电原材料成本剧增的今天,使用“锂电池涂布厚度面密度测量一体机”可以显著降低锂电池生产厂家的不良报废成本。


12


杭可科技


杭可科技软包锂离子电池热冷压化成设备包括机架、可变条件充放电电源、热压化成夹具、冷压夹具、上下料机构和电池抓手,可变条件充放电电源、热压化成夹具、冷压夹具、上下料机构和电池抓手。


以上部件均受控于同一控制机构。其中上下料机构位于机架的两端;冷压夹具位于热压化成夹具之间;可变条件充放电电源与热压化成夹具相连;热压化成夹具和冷夹具均包括铝层压板,并与电池接触;电池抓手能一次性抓取电池,并在上下料机构、热压化成加成夹具和冷压夹具之间流转。该设备将电池的化成、热压、冷压三个工序集中在同一设备中,进一步简化工序,其电池平整性、电池寿命、工艺老化时间也都大幅度提升。


13


苏州巨一


苏州巨一的新型自动化测厚称重设备、六面零件自动包胶机及其包胶方法,较之于传统的包胶方式,具体有以下竞争优势:


1)测厚、称重装置通过在工件放置时,利用工件自身的重力下落到放置面上,从而避免机械手直接将工件放置于各放置面上出现硬接触;2)六面零件自动包胶机,将测厚、称重与包胶有效集成,设备集成度高,自动化程度更强,效率更高;


3)在供膜装置中增加纠偏装置以及增加底面包胶用的辊筒,能够有效保证包胶过程中,电芯和薄膜位置的一致性,避免包胶后再底面及侧面形成有气泡,提高了产品的合格率及保证了多个产品的一致性;4)能够实现六面包胶,有效防止了因顶面不包胶导致易出现薄膜外翻而增加工件厚度的问题,有利于后期加工。


14


联赢激光


相较于传统激光焊接技术大都选用单一波长激光器进行焊接,容易产生飞溅、气孔等焊接缺陷,导致焊接效率低下的情况,联赢激光推出的双波长激光复合焊接技术,在全球范围内首次采用光纤激光与半导体激光的复合焊接技术,并应用于动力电池顶盖、密封钉、极柱、软连接等环节焊接,可有效减少焊接缺陷,提高焊接效率。


与传统单波长激光焊接相比,双波长激光复合焊接在极柱焊接当中,一次焊接优率可以由94%提高至98%以上;顶盖焊接一次优率与传统焊机相同,但焊接速度可由80mm/s提高到200mm/s,同时飞溅、气孔等焊接缺陷大大减少,极大地提升了焊接品质和焊接效率。目前该技术已取得实用新型专利,发明专利和PCT国际专利正在申请中。


15


盛弘股份


盛弘股份电能回馈逆变技术、脉冲化成工艺。该技术采用全新IGBT逆变技术实现交-直流双向变换功能,有效解决了电池厂家电源交流侧的功率因数、谐波电流、逆变回馈节能等问题;设备动态响应时间可达到10ms以内,控制精度达到0.05%FS+0.05%RD。正负脉冲工艺大幅缩短化成周期,减少电池的发热量,大幅提高了生产效率,节约生产成本。


盛弘股份表示,公司自主研发生产的电池检测与化成设备,采用全新IGBT开关电源技术和DSP控制算法,具备双向充放电功能,放电时可以将电池电能逆变回局域电网,达到循环再利用的节能效果,大大节省用电量。


同时,设备采用模块化设计模式,配置灵活多变,各通道既可独立运行也可并联使用,通过并联使用可以实现对不同容量电池进行测试,从而实现一机多用,提高设备利用率的效果。电源的模块化设计与设备本身的结构设计,使得设备的维护简单易操作,大大减少了设备维护的周期与成本。


16


蒙特


蒙特GREENDRY除湿系统所使用的无框架空调箱结构能够给客户带来超出预期的节能效果。同时无框架的结构相对常规框架式空调箱表现出更加优异的隔热和密封性能(无明显冷桥效应),且内板光滑无死角,更易清洁。


在第三方检测中,蒙特的除湿系统产品所使用的空调箱已达到以下高级标准:1)箱体机械强度符合标准的D1等级;2)箱体空气泄露符合标准的L1等级;3)传热系数符合标准的T2等级;4)热桥系数符合标准的TB2等级。


17


新宇智能


新宇智能软包电芯焊接封装线兼容性广,可应用于数码电芯、动力电芯、储能电芯等,具备以下四大市场竞争力:1)适用于数码、动力、储能等多样化锂电池产品,满足市场不同的需求;2)根据客户不同料框储料方式及料框结构,采用不同上、下料方式与实际储料方式匹配,有效提高设备生产效率;


3)针对不同规格的锂电芯型号,采用不同的输送方式,能有效提高生产效率,结构更优化;4)采用新型导向机构,可有效降低设备总体结构尺寸,机架采用一体式方法焊接,整机外观漂亮,操作高度及空间设计合理,性价比极高。


18


瑞昇新能源


传统干燥模式采用干燥箱腔体四壁发热,通过循环充放干燥气体将热量带到箱体电池进行烘烤,而瑞昇新能源研发的全自动接触式干燥技术,为干燥箱体内每个电芯周围配备了独立发热源,热量传递方式实现从热辐射到热传导的改变。整体来看,接触式干燥方式相比于传统加热方式,具有以下4个明显优势:


1)接触式干燥技术加热方式的优化,加快了电芯内部升温速度,将动力电芯的干燥时间从之前的24-48小时缩短至2-8小时;2)接触式干燥技术的热能利用率更高,缩短了干燥时间,单位电芯所节省的能耗可达40%-60%;3)接触式干燥技术加热效率更高,同等产能下,烘箱数量更少,设备占地面积可节约50%-70%;4)接触式干燥技术的性能更稳定,对每个发热源进行精准控制、精细化干燥,极大提高了电芯一致性。


19


鸿宝科技


鸿宝科技出产的新全自动焊接贴胶机,进行了众多的产品优化和创新:1)优化了转盘式结构,在将设备产能提升到15PPM的同时,保证了各设备之间上下料的稳定、便捷性;2)改善了各机构、机构与机构之间的传输稳定性,将设备整体稼动率提升至97%,产品优率提升至99.7%;


3)将设备焊接精度提升至±0.3mm,帮助客户提升了产品一致性和安全性;4)解决了切极耳和切胶带时废料粘切刀的情况,减少了切刀机构报警的情况;5)化解了极耳上料时因歪斜导致卡料的问题,通过使用具有一定角度的弧形料槽,提升设备稼动率;6)调整了转盘上夹具对电池加紧的方式和力度,确保转盘转动但电池保持固定的同时,电池不被意外损坏。


20


瑞能股份


瑞能股份RCDS电能回馈型动力电池充放电检测系统,主要应用于锂离子电池、铅酸电池、镍氢电池等电池生产或实验中的寿命老化测试和质量控制。


其创新性在于采用了先进的三电平拓扑结构,DSP数字化控制模式,先进的设计提供快速的电流响应速度,针对实时路况电池仿真,可以实现毫秒级的电流输出,多种测试工步可自由搭配,为电池厂商、电动汽车制造商提供先进的电池组性能测试方案。


21


众迈科技


众迈科技研发生产的自动注液设备,目前均采取模块化、标准化,注液设备关键部位(注液嘴、拉线等)均采取标准化的设计模式。这种模式有两大创新优势:一是使用该注液设备模块后,不同型号的电池只需更换夹具则可进行兼容,提升整个注液机的兼容性;二是注液机整机设备采取模块化的设计组装,模块可便捷操作进行增减,改变了以往增加产能则必须购买整台设备模式。


22


艾兰特


艾兰特自主研发的X-ray全自动在线无损检测设备利用机器视觉技术提高了检测速度和精准度,对造成产品质量出现问题的原因提供分析和判断,使产品的生产流程和生产工艺得以改进,自动检测、自动识别、自动判定、自动分选功能。


相比于传统的检测方法,X-RAY无损透视检测仪的检测结果具有更高的稳定性、正确性、一致性,图像具有杰出的清晰度、自动编程检测、软件自动检测分析、优良的实用性。通过在检测设备中增加对生产流程的数据采集和监控系统,该产品可以追溯质量不合格产品的生产过程的所有数据,从而分析出造成质量问题的原因,指明了整改的方向,从源头上彻底解决产品的质量问题。


23


奥瑞特


奥瑞特动力电池干法高粘度搅拌机实现了两大方面的创新:一是ORT最新研发分散盘为针状。其最大优点是在高速剪切作用力下,保证充分分散、均匀物质,不破坏物质分子链,保证颗粒的完整性使导电剂、粘结剂均匀包覆(鸡蛋黄原理),并能有效解决“爬杆”现象,缩短分散时间。更有利于粘结剂溶解和稳定,从而电池性能更优。


二是真空与密封、防油、防尘设计。二条传动轴各装一套机械密封,动静环配合,保证真空,寿命长。同时,机械密封下装有轴承和骨架油封,机封座装有密封圈,保证机械密封里面的油不会因轴发热流向料桶,污染浆料。


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