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新一代全自动产线对高比能量电芯安全性、一致性的重要意义
2016-10-27 10:10:00
关键词:动力电池应用国际峰会电池应用国际峰会

图为江苏天鹏电源有限公司陈璇总经理做主题演讲

为了帮助企业客观分析2016年动力电池行业运行情况,正确把握行业发展趋势,加大动力及储能电池的开发应用,由中国化学与物理电源行业协会和电池中国网联合主办,双登集团股份有限公司、壹能(北京)网络科技有限公司共同承办的“2016年第五届中国电池市场年会暨2016年第一届动力电池应用国际峰会、2016年第二届中国电池行业智能制造研讨会”于11月14日在北京拉开帷幕。本次年会聚集了来自政府主管部门领导、知名科研机构专家、新能源汽车动力电池产业链上中下游的企业家、投资机构代表以及媒体记者等500多人参会。

  在本次会议上,江苏天鹏电源有限公司陈璇总经理做了题为《新一代全自动产线对高比能量电芯安全性、一致性的重要意义》的专题报告,以下是根据速记整理的内容,未经本人审核,仅供参考。

  陈璇:非常感谢协会给了我们这次机会,来给大家讲一下天鹏现在在智能制造这一块的一些新的布局和进展。刚才因为有幸刚好听了亿纬袁总这块的思考和介绍,在那个之前我们也听了三星的,因为也是中国籍的高管的介绍,确实在之前很长时间大家的感受或者体会觉得我们中国的电芯厂产量大、但是质低,水准还比较低。我觉得今天我们在路上,我们在往国际一线水准的路上,我们袁总刚才分享了很多非常实在的,作为锂电企业遇到的一些挑战和他们做的一些思考,我在这个地方也把天鹏这几年的一些判断和想法跟大家做一个分享。

  总体来讲,大的方向,我跟袁总的判断是一样的,就是说未来不会是所有电池的过剩,应该是劣质电池的过剩,或者说性价比不高的电池过剩,真正能够存活下来的可能有这么几点。第一个,有足够的能力能够把产品做好,这是首先的一个条件。第二个,确实能够把性价比提高,就是把价格能够再做的更便宜一些。这里面我们做电芯的都知道,原材料的成本各家的采购差异没有那么大,但是可能从成品率、合格率到全生命周期电池的性能来看的话,这个成本差异会非常大。所以我们现在也是致力于说我们能不能一起通过各方面的努力,能够把我们从原材料到制成过程、到最后给客户带来的成本,到我们自己售后的成本,整个成本把它降下来。这个过程其实就是一个非常大的挑战,因为电池是一个类似于有点像人的身体一样,就是到现在医学发展的今天,还是很难说清楚癌症的来源是什么。大家都知道,电池最可怕的就是它内部的一些短路或者安全性的问题,但是这些问题首先来自于设计,然后是制造,然后是使用,每个过程都至关重要。所以我们做电芯厂的,只能说我们从设计到制造的过程,我们把它做的更优秀、更精准、更精致,确保在我们能够关注到的细节上面把它做好。

  PPT做的比较仓促,因为上个星期才确定我过来做这个讲座,但是希望也是分享一下天鹏的一些做法和想法。

  前面这个就不多说了,因为我看每一个讲座前面都讲到我们现在的需求大家是比较明确的,甚至到2030年,我前两天听一个新闻说,认为电动汽车的保有量会占到40%—50%,我不太敢这么乐观,但是我觉得至少说明大家都是有所期待。我的主要题目会分三大块,一个也是基于需求的判断,我们为什么现在要投巨资来做智能制造的升级、来做电芯。第二个,是我们硬件方面的一些做法。第三个,我们在软件方面的一些配套的状况。这个不赘述了,刚才我看大家几乎都是以这个开头。

广西快3APP下载  讲一个大家现在比较关注的地方作为我的引子,目前的新能源补贴政策有一个比较突然的变化方向,包括对客车和未来可能家用车也会涉及到,对乘用车现在也有这个说法,虽然今年补贴不变,但是未来可能对续驶里程和能量密度也是有要求的,所以我目前了解的一些版本,当然我打了三个问号,是因为属于传说版,不是属于正式版。但是基本上是,对于PACK以后的能量密度,对纯EV和专用车、客车分别有一些要求。从这个角度来讲,首先给我们做三元的圆柱形电池厂应该算是一个利好,因为目前来讲,能量密度比较高的还是三元电池。第二个,圆柱的能量密度走在最前面,第三个,补贴退坡,太贵的电池用的也吃力,圆柱是通过自动化和大规模生产,目前能够把电芯和成组的成本做的最有说服力的一个选择。但是对于圆柱电池来讲有一个问题,我们基本上在使用高能量密度的材料,在各种电池型号里面、类型里面是走在最前面的,比如说像高镍的跟硅碳的这些材料,我们大概在三四年前就已经在做很多的实验和验证,目前应该说有很多型号的储备,都会用到比较前沿的材料体系。

  但是我们这几年下来的体会是什么呢?就是说随着能量密度越来越高,实际上他的安全性是越来越低的,是一个不可回避的矛盾,当你的能量密度高了,你的高镍也好、能量膨胀也好,你的活性分子越来越不受你的控制,你怎么保证你做的更高的能量密度的产品符合现在更安全的这样一个趋势?更高能量密度以后,我们大家没有办法容忍它更不安全,但是事实就是这样,怎么办,就是要提高控制能力。

  我们还有一个,大家现在在签约的时候都会比较痛苦的一点,整车厂会要求我们签8年12万公里的要求,他最后是一个系统的问题,但是对电芯厂来讲的话,这是什么样的挑战,这是对单体的电芯提升以后,对一致性和系统能力的一个共同的挑战,系统方面我们现在不是主要的议题,刚刚星云也给大家分享了对于整个PACK的制成控制点,他讲到说PACK其实没那么容易,我要讲是电芯其实更不容易,要想把高能量密度的电芯做好,其实已经跟我们当年比如说18650做到2200、2400以下的容量,到了2800、3000以上的容量的电芯,它的危险性和它对制成控制的要求,已经完全不在一个水平线上,是几何级上升的要求。这也是我为什么前一段时间有一个会议上讲说,我们可能要考虑做更大一点的圆柱,比如说20或者21,我们现在天鹏也有这方面的储备,可能是缓解一下能量密度的焦虑,能够让我们在新的材料体系没有完全成熟之前,我们能够有一定的更好的解决方案能够给到客户,对PACK的数量和PACK的难度上做稍微大一点的圆柱,也是基于考虑既能保证他的自动化,也能保证他的一致性的这两个方面的一个权衡。

  这个地方是我列举了一些在锂电生产过程当中,对高能量密度的电芯会提出的更高的要求,比如说高镍体系和硅碳需要更低的制成湿度和更好的粉尘控制,更薄的薄膜。更薄的薄膜为了更高的容量,但是更薄的薄膜意味着安全性更差、强度更低,包括我们这两天一直在讲涂覆的陶瓷薄膜,即使是涂覆的陶瓷薄膜,当陶瓷薄膜更薄的情况下,对隔膜的材料要求也是不一样的,所以需要更高的涂覆、碾压、分切、卷绕设备,而且还需要更洁净的空间。当你的隔膜在20以上的时候,其实一定量的粉尘是不会对电池不管是短期还是长期造成内短路的风险,但是当隔膜做到16以下甚至12以下的时候,很多细小的空气里的粉尘或者制成当中的粉尘,都有可能造成这个电芯的内部短路,所以这个要求已经完全不一样了,用厚隔膜的时代和做薄隔膜的时代是完全两回事。网传的一个版本是说,那个问题也跟隔膜比较薄有关系,我相信一定是其中的原因之一,但是即使是我们的老大哥,他们可能也会出现走钢丝的时候有一些风险,但是我们原来都是走红光大道的,突然走到小道上,其实对我们这些厂家的要求,我希望大家怎么重视都不为过,只有做的非常彻底能够做到我们能想到的所有的东西,他也不为过。其他的大家就看一下,因为时间有限。

  我简单介绍一下天鹏,天鹏是一个做了10年动力圆柱电池的公司,现在是一家上市公司在控股,我们目前有两个基地,光是设备的总投资已经超过20亿元,这里面不包含流动资金和其他方面的一些投入。我们目前的一号基地已经满产是1GWh,二号基地我们明年年底会满产,基本上是4GWh的产能,两个基地满产以后我们应该能够给客户提供大量的高品质电芯。

  在整个过程当中,我当时想给大家看一些数据的,但是时间原因,我们给大家看,大家都知道高镍的产品在水分下可能吸水性比普通的523以下的材料要吸水快得多,而且很难烘干,就是说产生副反应以后烘不干,现在我们也会用到一定的硅碳负极,硅碳负极在不同湿度下反弹也是有差异的。所以我们基于一些真正测试的数据和验证的数据,我们会对我们新厂的湿度控制做的非常低,应该能够跟目前日韩的同行在齐平的水平。另外一个,温度和容量测试、内阻测试,很多方面的一些影响,我在这个地方不详细讲了。总之,对于电池生产厂来讲,温度的控制,刚才我们三星的同行说他们能控制在正负2度,在充放电整个过程当中做到正负2度确实很不错,我们目前的目标是可能比这个更严格一点,但是确实非常难,因为你想你的环境是固定的,但是充电和放电时候产生的热量是完全不一样的,这里面很多细节的难度还是非常高的。我们要买设备的同时,真正能把它用好,能把环境控制好,把生产管理做好,也不是一件容易的事情。如图,这个是对容量、电压、内阻测量环境温度的一些影响,相信大家在使用电池的时候都知道,为什么特斯拉会花那么多钱去做恒温,做电池组的均热、均流,其实这种情况下电池的一致性才能够比较长时间保持比较高的一致性。

广西快3APP下载  刚才说到环境控制方面参照日本松下控制的标准,全流程采用低湿度控制,然后我们所有的过程当中都能够满足未来的811以上材料的批量使用和稳定性。高效净化车间,就是我刚才讲的,减少细小粉尘,当然这里面还有设备上面,所有产生毛刺和粉尘过程当中的吸尘和处理,这方面有很多的细节需要去控制,不是一个本身清洁的空间就能够一直保持清洁的,在制造电池本身的过程中,细粉也会产生很多的,包括分切、碾压都会产生粉尘,这个当中的控制就是各家要想办法去把它做好。

广西快3APP下载  我们的选择,设备方面的选择跟刚才亿纬锂能的袁总讲的是一样的。我们也是选择了目前国内最先进的自动化设备,而且我们目前的整个设备设计是兼容18650、20650和21700三种性能锂电电芯,虽然未来可能切换产线会麻烦一点,这个比PACK厂的切换产线还要复杂太多,但是由于我们处在一个多边的年代,目前18未来走向何处确实还不清楚,21和20目前都有很多客户非常感兴趣,所以在这种前提下我们这次投入的时候兼容了这些可能性,到未来整个方向定了以后,我们可能就不需要换来换去了,但是正是这种可能性未来给天鹏留下了特别好的灵活性,无论最终的标准是什么,我们都能够去适应它。

  我在这里讲一下,因为我们今天有很多国内的设备厂商大家也在做分享,我们看到这几年国内设备的进步确实非常快,但是从目前如果我们考虑到非常高速度的要求,比如说我们装配线达到200PPM,比如我们的分切、碾压达到差不多60到80米以上的速度,在这样的情况下又保证精度、又保证效率的情况下,我们可选择的确实还不多,所以我在这个地方也期待说未来我们能够在正在规划的三厂有机会选择到更多的国产设备。这次我们在做上料设备选择的时候,我们经过考核和验证,最后选择了一家已经做了十几年上料系统的,确实能够做到精准控制,而且系统的可靠性,在我们几个大的同行里面已经得到验证,所以我们买了他们的上料系统。但是从制浆到数据采集,我们目前都面临着数据精度压力,所以不得不花很多钱去买精度设备。

广西快3APP下载  这一点我要稍微讲一下,在线监控,刚才我们三星的同行业提到在线监控的问题,其实当手工化作业还比较多的情况下,你发生大批量不良的可能性反而是小的,因为员工即使不能要求每个员工都负责任,但是他们毕竟是有眼睛和大脑的,当看到明显不良的时候还是会有人给你反馈和提出警告,你的品质人员也会给你不断的去做检查。但是全自动化高速线上了以后,其实靠人是靠不住的,所以我们在新的产线选择的时候,也是在每一道关键工序都设置了大量的探测,包括CCD检测和很多感应的设置,我们认为如果上自动化不上在线监控,就是对产品最大的不负责任。因为你那么快的速度,我在200PPM面前根本看不到我的电池在哪儿,这种情况下,你说不靠这种智能化的监控是扯淡的。

  我们这里简单的介绍了一下我们在所有的工序上增加的一些监控,但是这个不能完整的描述我们整体的细节。

  天鹏的选择是,我们两年前就自己通过集团有十几年的团队,自己做ERP和MES的开发,目前我们每一道工序的MES都是通过他们设计以后到现场验证反馈,然后我们经过多次的磨合,他已经完全能够做到所有的数据采集、反馈、分析和最后的包括报警,完全能够做到在线结合。

  我们在每一道工序上做了大量的工作,对系统的一些信息进行采集、分析、判断、反馈,包括这里面对品质的反馈和隔离,都已经包含在这个系统里面,所以我说我们在路上,我们在向国际一线品牌的诉求和水平方面去进展,我觉得我们目前应该还是有很大的差距,但是经过几年的努力这个差距一定是可以缩小的。

  这是天鹏的一厂,这是二厂,这个厂房已经在装修阶段,今年1月份设备调厂,明年二季度投产,欢迎大家来天鹏指导。谢谢!

  

作者: 陈璇      稿件来源: 电池中国网
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