官方微信
锂电设备/材料企业如何应战车规级硬指标?
动力电池| 电池材料 文章来源自:高工锂电网
2019-12-19 09:57:41 阅读:14358
摘要我们需要全行业形成共识来做车规级的产品,首先是安全方面是不可讨论的,从当前的指标来看要从ppm级向千万级迈进。

动力电池能量密度和安全性能提升要求突出,打造车规级产品将成为动力电池企业在未来生存竞争的重要命题。

从车规级动力电池的指标来看,锂电池需要在正极、负极、隔膜和电解液等整个材料体系进行全面升级。

而要成为能够生产车规级电池产品的企业,电池企业就必须进行制造升级,从工艺革新到高端制造。

12月17日,“利元亨•2019高工锂电&电动车年会”在深圳机场凯悦酒店火热持续。

大会主要分为车规级要求下的制造升级、从工艺革新到高端智造、应对高能量密度的材料三个动力电池专场。

近20家设备和材料企业围绕上述话题展开探讨交流。

01电池企业对车规级要求的理解

▲捷威动力总裁王驰伟

捷威动力总裁王驰伟认为,我们需要全行业形成共识来做车规级的产品,首先是安全方面是不可讨论的,从当前的指标来看要从ppm级向千万级迈进。

同时还有一个感性指标,就是要怀着敬畏之心来做电池才能够满足车的基本要求,要符合汽车工业级要求。

▲星盈科技总经理郭永兴

星盈科技总经理郭永兴认为,针对车规级电池的硬指标,第一是安全性,粉尘是车规级非常重视的话题。

以前电池生产车间环境设计是10万级别,但现在已经提升到万级和千级,就是5微米粉尘,这表明当前动力电池在应对车规级要求时特别重视粉尘控制。

02 设备如何助力电池企业制造车规级产品

电动化的进程中,对于供应链而言,最为核心和关键的命题是,作为核心的动力电池产品如何能达到车规级。

对于动力电池的车规级要求,业内形成的基本共识是:

一是产品合格率应达到ppm级;

二是产品一致性应达到可不分档使用;

三是产品的耐候性,应能满足汽车产品室外、南方北方、冬天夏天的使用要求;

四是产品的耐久性,应达到10——15年;

五是产品的成本,应该在大批量应用的前提下,比原先在其他领域使用降低1个数量级。

要实现这样的目标,对于动力电池装备制造环节提出了更高的要求,这考验着设备供应商的智慧和能力。

▲海目星激光销售总监韩婧

对此,海目星激光销售总监韩婧表示,为了满足车规级对于动力电池装备的要求,海目星激光持续在做产品的迭代和革新。

以其代表产品激光模切裁断一体机为例,其面临的技术难点主要为两个,一是 R角的冲切与裁切的精确对位,二是从连续运动过度到间歇运动。

电池企业想要做好车规级产品就要对其设备的核心工艺和性能进行升级,而核心元器件对设备性能的提升至关重要。

而激光器是激光设备最核心的部分,其重要性就像动力电池在新能源汽车上的地位,因此采用先进、可靠、稳定的激光器对提升动力电池产品性能和降低制造成本拥有积极意义。

▲锐科激光新能源行业总监童慰

锐科激光新能源行业总监童慰表示,当前动力电池行业降成本要求突出,但是降本不意味着降低产品性能要求,因此锐科激光也在不断改进公司的产品适应锂电行业的要求。

当前,锐科激光国产光纤激光器的龙头企业已经掌握了高端激光器的所有核心技术,所有的核心器件包括芯片、光纤、耦合器、传输光缆都可以自主研发、自主生产和自主可控,不会被外企掐住脖子。

除了设备升级之外,在线检测和环境测试也成为车规级电池制造必不可少的环节。

▲易鸿智能总经理王刚

“做机器视觉与做设备有本质的区别。视觉检测在整个制造过程中处于守门的位置,这个地方做不好,设备和产品很难做好。”

易鸿智能总经理王刚表示,因为锂电池厂家对于产品的安全、性能、品控要求越来越高,CCD检测在锂电池领域的地位也日益突显。

基于锂电池领域客户的需求,目前易鸿智能的CCD产品在锂电池检测中已经覆盖了20道工序,包含EV前段工序、EV模组段、EV后工序以及3C前工序。

要想制造车规级电池产品,解决掉锂电池工序中的不可忽视的危险源—粉尘,极为重要。

与传统的除尘方法相比,超声波除尘系统被认为是锂电池工艺中的颠覆性应用。

▲钛玛科副总经理李维能

钛玛科副总经理李维能表示,钛玛科超声波除尘产品的首个应用是锂电材料表面的除尘,根据材料的不同分为三种:

第一是小型的,适用于幅宽200~500(mm)的材料,如在隔膜机、以及卷绕机和激光模切机上应用。

第二类是中型的,适用于幅宽500~1200(mm)的材料;

第三是超大型的机器,适用于幅宽1200~1800(mm)的材料。

▲大成精密总经理张孝平

“无测量,不制造。在锂电池生产制造过程中,测量和检验始终是确保电芯一致性的重要装备。” 大成精密总经理张孝平如是说。

在来料环节,检测铜箔、铝箔、隔膜,要求检测平整度、波浪边、串泡,大成精密检测精度≤0.05mm。

在涂布环节,要求对隔膜及涂层(Al2O3、PVDF)厚度一致性的检测,大成精密检测精度≤0.1um。

对铝箔及锂盐涂层面密度一致性、尺寸的测量,大成精密检测精度≤0.1%。

在极耳焊接环节,大成精密对极耳的焊印毛刺检测精度≤1μm。在分条环节,对正负极极片的宽度、弧高检测精度≤0.1mm。

▲广东贝尔销售总监郭佩

广东贝尔销售总监郭佩表示,GB/T 31486 标准在试验方法中对环境温度及偏差进行了要求,温度偏差±2℃;温度梯度 ≤2℃;温度波动度≤1,风速≤1.7m/s。

GB/T 31486 标准在试验方法中对环境温度及偏差进行了要求,温度偏差±2℃;温度梯度 ≤2℃;温度波动度≤1,风速≤1.7m/s。

机器视觉在锂电瑕疵检测的应用越来越广,想要打造车规级电池,提高动力电池检测水平,对电池良率提升至关重要。

▲奥普特技术总监贺珍真

奥普特技术总监贺珍真表示,奥普特主要从锂电瑕疵检测软件、硬件、锂电设备应用等三方面进行着手解决,不断提升瑕疵检测水平。

锂电瑕疵检测软件上,主要是自主研发和不断迭代升级;锂电瑕疵检测硬件上,主要是在光源,镜头,光源控制器进行提升。

电池生产过程中,温度检测报警环节痛点是采集数据的精确度、复杂环境下的提前反馈时长、使用寿命的长短。

尤其是提前预警时长和准确率方面,由于环境复杂,数据采集难度大,往往困难很多。

▲中恒智能创始人王方明

中恒智能创始人王方明表示,在立库火灾探测上,客户需求主要在预警方式、响应时间、成本低、环境温度记录精度。

针对这种情况,中恒智能自主开发出红外热像测温技术,能提前8分钟左右实现预警,进而让电池企业有足够时间处理。

在测温报警上,与传统烟雾报警器和DTS相比,红外热像测温能够在电池温升阶段就触发报警,实现火灾预警,赢得足够的响应时间。

尤其是在电池过充或者快速升温的情况下,具有定位精准,反馈时间段,数据可收集,实时性好等特点。

03 车规级要求下的工艺革新

要制造车规级的产品就离不开先进的设备,这就要求设备企业不断进行产品性能提升和技术升级。

一方面,动力电池正在加速驶向车规级方向,另一方面,智能制造发展浪潮不断向前推进。基于此背景,头部动力电池企业开始将新工厂的建设目标,转移到数字化工厂上。

▲利元亨研究院院长杜义贤博士

利元亨研究院院长杜义贤博士认为,数字化工厂是智能工厂的必经之路,基于车规级电池生产、数字化精益生产的需求,必然离不开数字化工厂。但是数字化工厂不等于无人工厂。

也是基于这种理解,利元亨从研发到应用将其分为五个层级,包括执行层、控制层、数据层、车间层和企业层,并利用数字孪生技术搭建了可视化平台。

▲镭煜科技研发制造中心经理龙国斌

镭煜科技研发制造中心经理龙国斌认为,动力电池的高安全性和高能量密度成为趋势。

在安全性方面,水分是导致电池热失控,出现安全事故的重要原因之一。

能量密度上,高镍三元电池材料日益受到关注。干燥工艺就是要解决电池安全性和高能量密度的水分等问题。

针对注液工序前干燥,镭煜科技开发出高真空急速干燥系统,具有效率高、温控精度高、无污染、低能耗。

软包电池方面,镭煜科技开发出单体式和容置式真空干燥系统,在宁德时代的工厂中有一定应用。

关于未来趋势,在“降本增效”的动力电池行业背景下,龙国斌认为传统后段极速干燥,运风辐射干燥,常规隧道炉都将在未来2年内随着技术不断进步,锂电工艺的革新而取消,被前段的粉料干燥和高真空极片干燥所取代。

激光焊接是动力电池生产过程中尤为重要的工艺环节之一,其中光纤激光器在提高效率、节省能耗、使用寿命、提供精度和制造工艺等方面都有明显优势。

▲阿帕奇应用部经理张婧博士

阿帕奇应用部经理张婧博士表示,IPG光线激光器的光电转换效率达到了45%,能够大幅降低制造成本。

为进一步提升激光器的产品性能,IPG不断推陈出新,针对锂电池制造过程中难点痛点研发出新型激光器,研发了一款新产品——光束模式可调激光器(AMB)。

该产品具备最大范围光束轮廓可调谐性、无飞溅、提高焊接质量、适用于电动汽车和传统汽车制造的高速焊接、提升焊接效率等优势。

动力电池模组PACK制造,有四十几个工序,看起来简单,实际上难点很多。对锂电设备企业而言,模组PACK制造的核心关注点,应该集中放在对电芯的性能理解,电芯加工数据处理上。

▲大族激光总监刘昊

大族激光总监刘昊认为,客户对模组PACK线集中在速度快,效率高,错误少。在电池模组PACK线提速和提质方面,可主要从设计仿真,数据处理,工艺优化,检测提升等四方面进行着手。

最后在检测提升上,刘昊表示不放过一个不良品,研制出激光焊接光学相干成像检测等技术,能精准测定焊接过程及判定焊缝质量,熔深。

04 车规级产品要求下的材料体系优化

动力电池的产品性能提升最关键在于电池材料性能的提升和优化,其中高镍材料、硅碳负极、陶瓷涂覆隔膜、超薄铜箔等关键材料的性能突破迫在眉睫。

在正极材料方面,三元材料电池是当前新能源乘用车市场的主流,而在能量密度提升和降成本要求下,NCM811材料的商业化应用正在加速。

▲容百科技研究院院长李琮熙博士

容百科技研究院院长李琮熙博士指出,当前全球主要的正极材料企业都在努力开发镍含量90%以上的三元材料以大幅提升产品竞争力和降低成本。

第三代电动汽车方向的正极材料要求高级片压实密度。为了提升正极材料的利用度,Ni—RICH正极材料镍含量的提高,材料的强度也会降低,因此必须努力提高材料的强度。

李琮熙指出,为了改善Ni—RICH正极材料的利用率,镍的含量也应该设计越来越高,通过烧结和结晶化温度的降低,为除去表面存在的残留锂化合物、水洗及干燥工艺,增加的表面改制工序的最佳化是非常重要的。

▲深圳斯诺高级工程师袁媛

在硅碳负极方面,深圳斯诺高级工程师袁媛介绍到,在纳米硅制备方法方面,斯诺采用低温化学法,其技术优势是安全环保、能低耗、低成本、规模化。

用该方法制备的纳米硅材料的首充容量449mAh/g,首效91.9%,循环100周容量保持率≥95%,前景可期。

▲壹石通研发总监王韶晖博士

在隔膜涂覆方面,壹石通研发总监王韶晖博士表示,隔膜涂覆应用陶瓷粉体,可防止锂枝晶穿透,抵抗高温收缩,确保锂电安全;隔离正负极,实现正负极之间的电子绝缘;

提供正负极之间的离子通道,实现锂离子电池的充放电功能;

吸收和保持电解液,保证锂电池的循环寿命;保证足够的气孔率,保证锂离子电池的倍率特性。

其中,勃姆石材料正正契合了陶瓷粉体涂覆趋势的发展。

▲苏州锂盾总经理夏文进

在铝塑膜方面,苏州锂盾总经理夏文进指出,铝塑膜被破坏70%的原因由封装失效,只要解决封装,就能解决铝塑膜的关键难题。

苏州锂盾自主研发的微波非极性物理锚固法解决方案,通过物理锚固形成界面力学性能各向一致性,层间粘结更牢固;一体化粘结界面非极性化保证了电池的耐腐蚀性,电池寿命更长久,适合动力电池封装。

▲诺德股份常务副总裁陈郁弼

在锂电铜箔方面,诺德股份常务副总裁陈郁弼表示,铜箔性能提升方向体现在:提高抗拉强度、提升延伸率、面密度一致性、厚度(提升电池能量密度)、润湿性、抗氧化性等方面。

目前锂电用铜箔已经发展出了超薄厚度(4-6μm)、高抗拉、高延展等批量化高技术附加值产品,以满足电池性能提升需求。其中铜箔由8um降低到6um,可提升电芯能量密度约5%。

▲皓明有机硅副总经理王春华

在有机硅材料方面,选用有机硅材料为动力电芯、电池包加速导热、传热、散热、隔热,是当前电池企业保障电池安全的一种普遍选择。

皓明有机硅副总经理王春华表示,化学交联度、气泡量及大小控制、气泡开孔/闭孔控制、气泡孔壁厚度及泡棉表层厚度,以及填料种类及添加量,是对泡棉材料应力应变产生影响的关键因素。皓明有机硅可提供多品种的应力应变产品选择,可定制特殊应变力要求产品。

▲万向一二三高级产品管理经理石先兴博士

万向一二三高级产品管理经理石先兴博士指出,在全球碳排放标准政策以及中国双积分政策的双重驱动下,全球整车企业对于EV、PHEV、HEV、MHEV(48V微混动力系统车型)的车型路线选型正在受到影响。

其中,48V微混系统基于高性价比优势,将会拥有广阔的发展空间。从市场预判来看,预计2025年EV市场占有率达10%,复合增长率25%。而基于48V的MHEV系统市占率达20%-30%,复合增长率达40%。

此文章有价值
手机扫一扫,分享给朋友
返回顶部