鉅大LARGE | 點擊量：942次 | 2020年01月16日
鋰電設備/材料企業如何應戰車規級硬指標？
動力電池能量密度和安全性能提升要求突出，打造車規級產品將成為動力電池企業在未來生存競爭的重要命題。
從車規級動力電池的指標來看，鋰電池需要在正極、負極、隔膜和電解液等整個材料體系進行全面升級。
而要成為能夠生產車規級電池產品的企業，電池企業就必須進行制造升級，從工藝革新到高端制造。
12月17日，“利元亨•2019高工鋰電&電動車年會”在深圳機場凱悅酒店火熱持續。
大會主要分為車規級要求下的制造升級、從工藝革新到高端智造、應對高能量密度的材料三個動力電池專場。
近20家設備和材料企業圍繞上述話題展開探討交流。
01電池企業對車規級要求的理解
▲捷威動力總裁王馳偉
捷威動力總裁王馳偉認為，我們需要全行業形成共識來做車規級的產品，首先是安全方面是不可討論的，從當前的指標來看要從ppm級向千萬級邁進。
同時還有一個感性指標，就是要懷著敬畏之心來做電池才能夠滿足車的基本要求，要符合汽車工業級要求。
▲星盈科技總經理郭永興
星盈科技總經理郭永興認為，針對車規級電池的硬指標，第一是安全性，粉塵是車規級非常重視的話題。
以前電池生產車間環境設計是10萬級別，但現在已經提升到萬級和千級，就是5微米粉塵，這表明當前動力電池在應對車規級要求時特別重視粉塵控制。
02設備如何助力電池企業制造車規級產品
電動化的進程中，對于供應鏈而言，最為核心和關鍵的命題是，作為核心的動力電池產品如何能達到車規級。
對于動力電池的車規級要求，業內形成的基本共識是：
一是產品合格率應達到ppm級；
二是產品一致性應達到可不分檔使用；
三是產品的耐候性，應能滿足汽車產品室外、南方北方、冬天夏天的使用要求；
四是產品的耐久性，應達到10——15年；
五是產品的成本，應該在大批量應用的前提下，比原先在其他領域使用降低1個數量級。
要實現這樣的目標，對于動力電池裝備制造環節提出了更高的要求，這考驗著設備供應商的智慧和能力。
▲海目星激光銷售總監韓婧
對此，海目星激光銷售總監韓婧表示，為了滿足車規級對于動力電池裝備的要求，海目星激光持續在做產品的迭代和革新。
以其代表產品激光模切裁斷一體機為例，其面臨的技術難點主要為兩個，一是R角的沖切與裁切的精確對位，二是從連續運動過度到間歇運動。
電池企業想要做好車規級產品就要對其設備的核心工藝和性能進行升級，而核心元器件對設備性能的提升至關重要。
而激光器是激光設備最核心的部分，其重要性就像動力電池在新能源汽車上的地位，因此采用先進、可靠、穩定的激光器對提升動力電池產品性能和降低制造成本擁有積極意義。
▲銳科激光新能源行業總監童慰
銳科激光新能源行業總監童慰表示，當前動力電池行業降成本要求突出，但是降本不意味著降低產品性能要求，因此銳科激光也在不斷改進公司的產品適應鋰電行業的要求。
當前，銳科激光國產光纖激光器的龍頭企業已經掌握了高端激光器的所有核心技術，所有的核心器件包括芯片、光纖、耦合器、傳輸光纜都可以自主研發、自主生產和自主可控，不會被外企掐住脖子。
除了設備升級之外，在線檢測和環境測試也成為車規級電池制造必不可少的環節。
▲易鴻智能總經理王剛
“做機器視覺與做設備有本質的區別。視覺檢測在整個制造過程中處于守門的位置，這個地方做不好，設備和產品很難做好?！?/p>
易鴻智能總經理王剛表示，因為鋰電池廠家對于產品的安全、性能、品控要求越來越高，CCD檢測在鋰電池領域的地位也日益突顯。
基于鋰電池領域客戶的需求，目前易鴻智能的CCD產品在鋰電池檢測中已經覆蓋了20道工序，包含EV前段工序、EV模組段、EV后工序以及3C前工序。
要想制造車規級電池產品，解決掉鋰電池工序中的不可忽視的危險源—粉塵，極為重要。
與傳統的除塵方法相比，超聲波除塵系統被認為是鋰電池工藝中的顛覆性應用。
▲鈦瑪科副總經理李維能
鈦瑪科副總經理李維能表示，鈦瑪科超聲波除塵產品的首個應用是鋰電材料表面的除塵，根據材料的不同分為三種：
第一是小型的，適用于幅寬200~500（mm）的材料，如在隔膜機、以及卷繞機和激光模切機上應用。
第二類是中型的，適用于幅寬500~1200（mm）的材料；
第三是超大型的機器，適用于幅寬1200~1800（mm）的材料。
▲大成精密總經理張孝平
“無測量，不制造。在鋰電池生產制造過程中，測量和檢驗始終是確保電芯一致性的重要裝備。”大成精密總經理張孝平如是說。
在來料環節，檢測銅箔、鋁箔、隔膜，要求檢測平整度、波浪邊、串泡，大成精密檢測精度≤0.05mm。
在涂布環節，要求對隔膜及涂層（Al2O3、PVDF）厚度一致性的檢測，大成精密檢測精度≤0.1um。
對鋁箔及鋰鹽涂層面密度一致性、尺寸的測量，大成精密檢測精度≤0.1%。
在極耳焊接環節，大成精密對極耳的焊印毛刺檢測精度≤1μm。在分條環節，對正負極極片的寬度、弧高檢測精度≤0.1mm。
▲廣東貝爾銷售總監郭佩
廣東貝爾銷售總監郭佩表示，GB/T31486標準在試驗方法中對環境溫度及偏差進行了要求，溫度偏差±2℃；溫度梯度≤2℃；溫度波動度≤1，風速≤1.7m/s。
GB/T31486標準在試驗方法中對環境溫度及偏差進行了要求，溫度偏差±2℃；溫度梯度≤2℃；溫度波動度≤1，風速≤1.7m/s。
機器視覺在鋰電瑕疵檢測的應用越來越廣，想要打造車規級電池，提高動力電池檢測水平，對電池良率提升至關重要。
▲奧普特技術總監賀珍真
奧普特技術總監賀珍真表示，奧普特主要從鋰電瑕疵檢測軟件、硬件、鋰電設備應用等三方面進行著手解決，不斷提升瑕疵檢測水平。
鋰電瑕疵檢測軟件上，主要是自主研發和不斷迭代升級；鋰電瑕疵檢測硬件上，主要是在光源，鏡頭，光源控制器進行提升。
電池生產過程中，溫度檢測報警環節痛點是采集數據的精確度、復雜環境下的提前反饋時長、使用壽命的長短。
尤其是提前預警時長和準確率方面，由于環境復雜，數據采集難度大，往往困難很多。
▲中恒智能創始人王方明
中恒智能創始人王方明表示，在立庫火災探測上，客戶需求主要在預警方式、響應時間、成本低、環境溫度記錄精度。
針對這種情況，中恒智能自主開發出紅外熱像測溫技術，能提前8分鐘左右實現預警，進而讓電池企業有足夠時間處理。
在測溫報警上，與傳統煙霧報警器和DTS相比，紅外熱像測溫能夠在電池溫升階段就觸發報警，實現火災預警，贏得足夠的響應時間。
尤其是在電池過充或者快速升溫的情況下，具有定位精準，反饋時間段，數據可收集，實時性好等特點。
03車規級要求下的工藝革新
要制造車規級的產品就離不開先進的設備，這就要求設備企業不斷進行產品性能提升和技術升級。
一方面，動力電池正在加速駛向車規級方向，另一方面，智能制造發展浪潮不斷向前推進。基于此背景，頭部動力電池企業開始將新工廠的建設目標，轉移到數字化工廠上。
▲利元亨研究院院長杜義賢博士
利元亨研究院院長杜義賢博士認為，數字化工廠是智能工廠的必經之路，基于車規級電池生產、數字化精益生產的需求，必然離不開數字化工廠。但是數字化工廠不等于無人工廠。
也是基于這種理解，利元亨從研發到應用將其分為五個層級，包括執行層、控制層、數據層、車間層和企業層，并利用數字孿生技術搭建了可視化平臺。
▲鐳煜科技研發制造中心經理龍國斌
鐳煜科技研發制造中心經理龍國斌認為，動力電池的高安全性和高能量密度成為趨勢。
在安全性方面，水分是導致電池熱失控，出現安全事故的重要原因之一。
能量密度上，高鎳三元電池材料日益受到關注。干燥工藝就是要解決電池安全性和高能量密度的水分等問題。
針對注液工序前干燥，鐳煜科技開發出高真空急速干燥系統，具有效率高、溫控精度高、無污染、低能耗。
軟包電池方面，鐳煜科技開發出單體式和容置式真空干燥系統，在寧德時代的工廠中有一定應用。
關于未來趨勢，在“降本增效”的動力電池行業背景下，龍國斌認為傳統后段極速干燥，運風輻射干燥，常規隧道爐都將在未來2年內隨著技術不斷進步，鋰電工藝的革新而取消，被前段的粉料干燥和高真空極片干燥所取代。
激光焊接是動力電池生產過程中尤為重要的工藝環節之一，其中光纖激光器在提高效率、節省能耗、使用壽命、提供精度和制造工藝等方面都有明顯優勢。
▲阿帕奇應用部經理張婧博士
阿帕奇應用部經理張婧博士表示，IPG光線激光器的光電轉換效率達到了45%，能夠大幅降低制造成本。
為進一步提升激光器的產品性能，IPG不斷推陳出新，針對鋰電池制造過程中難點痛點研發出新型激光器，研發了一款新產品——光束模式可調激光器（AMB）。
該產品具備最大范圍光束輪廓可調諧性、無飛濺、提高焊接質量、適用于電動汽車和傳統汽車制造的高速焊接、提升焊接效率等優勢。
動力電池模組PACK制造，有四十幾個工序，看起來簡單，實際上難點很多。對鋰電設備企業而言，模組PACK制造的核心關注點，應該集中放在對電芯的性能理解，電芯加工數據處理上。
▲大族激光總監劉昊
大族激光總監劉昊認為，客戶對模組PACK線集中在速度快，效率高，錯誤少。在電池模組PACK線提速和提質方面，可主要從設計仿真，數據處理，工藝優化，檢測提升等四方面進行著手。
最后在檢測提升上，劉昊表示不放過一個不良品，研制出激光焊接光學相干成像檢測等技術，能精準測定焊接過程及判定焊縫質量，熔深。
04車規級產品要求下的材料體系優化
動力電池的產品性能提升最關鍵在于電池材料性能的提升和優化，其中高鎳材料、硅碳負極、陶瓷涂覆隔膜、超薄銅箔等關鍵材料的性能突破迫在眉睫。
在正極材料方面，三元材料電池是當前新能源乘用車市場的主流，而在能量密度提升和降成本要求下，NCM811材料的商業化應用正在加速。
▲容百科技研究院院長李琮熙博士
容百科技研究院院長李琮熙博士指出，當前全球主要的正極材料企業都在努力開發鎳含量90%以上的三元材料以大幅提升產品競爭力和降低成本。
第三代電動汽車方向的正極材料要求高級片壓實密度。為了提升正極材料的利用度，Ni—RICH正極材料鎳含量的提高，材料的強度也會降低，因此必須努力提高材料的強度。
李琮熙指出，為了改善Ni—RICH正極材料的利用率，鎳的含量也應該設計越來越高，通過燒結和結晶化溫度的降低，為除去表面存在的殘留鋰化合物、水洗及干燥工藝，增加的表面改制工序的最佳化是非常重要的。
▲深圳斯諾高級工程師袁媛
在硅碳負極方面，深圳斯諾高級工程師袁媛介紹到，在納米硅制備方法方面，斯諾采用低溫化學法，其技術優勢是安全環保、能低耗、低成本、規?；?。
用該方法制備的納米硅材料的首充容量449mAh/g，首效91.9%，循環100周容量保持率≥95%，前景可期。
▲壹石通研發總監王韶暉博士
在隔膜涂覆方面，壹石通研發總監王韶暉博士表示，隔膜涂覆應用陶瓷粉體，可防止鋰枝晶穿透，抵抗高溫收縮，確保鋰電安全；隔離正負極，實現正負極之間的電子絕緣；
提供正負極之間的離子通道，實現鋰離子電池的充放電功能；
吸收和保持電解液，保證鋰電池的循環壽命；保證足夠的氣孔率，保證鋰離子電池的倍率特性。
其中，勃姆石材料正正契合了陶瓷粉體涂覆趨勢的發展。
▲蘇州鋰盾總經理夏文進
在鋁塑膜方面，蘇州鋰盾總經理夏文進指出，鋁塑膜被破壞70%的原因由封裝失效，只要解決封裝，就能解決鋁塑膜的關鍵難題。
蘇州鋰盾自主研發的微波非極性物理錨固法解決方案，通過物理錨固形成界面力學性能各向一致性，層間粘結更牢固；一體化粘結界面非極性化保證了電池的耐腐蝕性，電池壽命更長久，適合動力電池封裝。
▲諾德股份常務副總裁陳郁弼
在鋰電銅箔方面，諾德股份常務副總裁陳郁弼表示，銅箔性能提升方向體現在：提高抗拉強度、提升延伸率、面密度一致性、厚度（提升電池能量密度）、潤濕性、抗氧化性等方面。
目前鋰電用銅箔已經發展出了超薄厚度（4-6μm）、高抗拉、高延展等批量化高技術附加值產品，以滿足電池性能提升需求。其中銅箔由8um降低到6um，可提升電芯能量密度約5%。
▲皓明有機硅副總經理王春華
在有機硅材料方面，選用有機硅材料為動力電芯、電池包加速導熱、傳熱、散熱、隔熱，是當前電池企業保障電池安全的一種普遍選擇。
皓明有機硅副總經理王春華表示，化學交聯度、氣泡量及大小控制、氣泡開孔/閉孔控制、氣泡孔壁厚度及泡棉表層厚度，以及填料種類及添加量，是對泡棉材料應力應變產生影響的關鍵因素。皓明有機硅可提供多品種的應力應變產品選擇，可定制特殊應變力要求產品。
▲萬向一二三高級產品管理經理石先興博士
萬向一二三高級產品管理經理石先興博士指出，在全球碳排放標準政策以及中國雙積分政策的雙重驅動下，全球整車企業對于EV、PHEV、HEV、MHEV（48V微混動力系統車型）的車型路線選型正在受到影響。
其中，48V微混系統基于高性價比優勢，將會擁有廣闊的發展空間。從市場預判來看，預計2025年EV市場占有率達10%，復合增長率25%。而基于48V的MHEV系統市占率達20%-30%，復合增長率達40%。
