鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:4491次 | 2022年02月18日
鋰電池生產(chǎn)流程講解
鋰電池制造工藝:前中后三道工序,占比接近35%/30%/35%
鋰電池的生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜,主要生產(chǎn)工藝流程主要涵蓋電極制作的攪拌涂布階段(前段)、電芯合成的卷繞注液階段(中段),以及化成封裝的包裝檢測(cè)階段(后段),價(jià)值量(采購(gòu)金額)占比約為(35~40%):(30~35)%:(30~35)%。差異主要來(lái)自于設(shè)備供應(yīng)商不同、進(jìn)口/國(guó)產(chǎn)比例差異等,工藝流程基本一致,價(jià)值量占比有偏差但總體符合該比例。
鋰電生產(chǎn)前段工序?qū)?yīng)的鋰電設(shè)備主要包括真空攪拌機(jī)、涂布機(jī)、輥壓機(jī)等;中段工序主要包括模切機(jī)、卷繞機(jī)、疊片機(jī)、注液機(jī)等;后段工序則包括化成機(jī)、分容檢測(cè)設(shè)備、過(guò)程倉(cāng)儲(chǔ)物流自動(dòng)化等。除此之外,電池組的生產(chǎn)還需要Pack自動(dòng)化設(shè)備。
鋰電前段生產(chǎn)工藝:極片制造關(guān)系電池核心性能
鋰電池前端工藝的結(jié)果是將鋰電池正負(fù)極片制備完成,其第一道工序是攪拌,即將正、負(fù)極固態(tài)電池材料混合均勻后加入溶劑,通過(guò)真空攪拌機(jī)攪拌成漿狀。配料的攪拌是鋰電后續(xù)工藝的基礎(chǔ),高質(zhì)量攪拌是后續(xù)涂布、輥壓工藝高質(zhì)量完成的基礎(chǔ)。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
涂布和輥壓工藝之后是分切,即對(duì)涂布進(jìn)行分切工藝處理。如若分切過(guò)程中產(chǎn)生毛刺則后續(xù)裝配、注電解液等程序、甚至是電池使用過(guò)程中出現(xiàn)安全隱患。因此鋰電生產(chǎn)過(guò)程中的前端設(shè)備,如攪拌機(jī)、涂布機(jī)、輥壓機(jī)、分條機(jī)等是電池制造的核心機(jī)器,關(guān)乎整條生產(chǎn)線的質(zhì)量,因此前端設(shè)備的價(jià)值量(金額)占整條鋰電自動(dòng)化生產(chǎn)線的比例最高,約35%。
鋰電中段工藝流程:效率先行,卷繞走在疊片之前
鋰電池制造過(guò)程中,中段工藝主要是完成電池的成型,主要工藝流程包括制片、極片卷繞、模切、電芯卷繞成型和疊片成型等,是當(dāng)前國(guó)內(nèi)設(shè)備廠商競(jìng)爭(zhēng)比較激烈的一個(gè)領(lǐng)域,占鋰電池生產(chǎn)線價(jià)值量約30%。
目前動(dòng)力鋰電池的電芯制造工藝主要有卷繞和疊片兩種,對(duì)應(yīng)的電池結(jié)構(gòu)形式主要為圓柱與方形、軟包三種,圓柱和方形電池主要采用卷繞工藝生產(chǎn),軟包電池則主要采用疊片工藝。圓柱主要以18650和26650為代表(Tesla單獨(dú)開發(fā)了21700電池、正在全行業(yè)推廣),方形與軟包的區(qū)別在于外殼分別采用硬鋁殼和鋁塑膜兩種,其中軟包主要以疊片工藝為主,鋁殼則以卷繞工藝為主。
軟包結(jié)構(gòu)形式主要面向中高端數(shù)碼市場(chǎng),單位產(chǎn)品的利潤(rùn)率較高,在同等產(chǎn)能條件下,相對(duì)利潤(rùn)高于鋁殼電池。由于鋁殼電池易形成規(guī)模效應(yīng),產(chǎn)品合格率及成本易于控制,目前二者在各自市場(chǎng)領(lǐng)域均有可觀的利潤(rùn),在可以預(yù)見的未來(lái),二者都很難被徹底取代。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
由于卷繞工藝可以通過(guò)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)電芯的高速生產(chǎn),而疊片技術(shù)所能提高的速度有限,因此目前國(guó)內(nèi)動(dòng)力鋰電池主要采用卷繞工藝為主,因此卷繞機(jī)的出貨量目前大于疊片機(jī)。
卷繞和疊片生產(chǎn)對(duì)應(yīng)的前道工序?yàn)闃O片的制片和模切。制片包括對(duì)分切后的極片/極耳焊接、極片除塵、貼保護(hù)膠紙、極耳包膠和收卷或定長(zhǎng)裁斷,其中收卷極片用于后續(xù)的全自動(dòng)卷繞,定長(zhǎng)裁斷極片用于后續(xù)的半自動(dòng)卷繞;沖切極片是將分切后的極片卷繞沖切成型,用于后續(xù)的疊片工藝。
在鋰電封裝焊接方面,聯(lián)贏、大族、光大的主流激光技術(shù)集成應(yīng)用廠家均有所涉及,能夠滿足需求、無(wú)需進(jìn)口。
鋰電后段工藝流程:分容化成是核心環(huán)節(jié)
鋰電后段生產(chǎn)工藝主要為分容、化成、檢測(cè)和包裝入庫(kù)四道工序,占生產(chǎn)線價(jià)值量約35%。化成和分容作為后段工藝中最主要環(huán)節(jié),對(duì)成型的電池進(jìn)行激活檢測(cè),由于電池的充放電測(cè)試周期長(zhǎng),因此設(shè)備的價(jià)值量最高。化成工藝的主要作用在于將注液封裝后的電芯充電進(jìn)行活化,分容工藝則是在電池活化后測(cè)試電池容量及其他電性能參數(shù)并進(jìn)行分級(jí)。化成和分容分別由化成機(jī)和分容機(jī)通常由自動(dòng)化分容化成系統(tǒng)完成。
鋰電Pack工藝:看似簡(jiǎn)單但需要與系統(tǒng)性設(shè)計(jì)結(jié)合
動(dòng)力電池組系統(tǒng)是將眾多單個(gè)的電芯通過(guò)串、并聯(lián)的方式連接起來(lái)的電池組,綜合了動(dòng)力和熱管理等電池硬件系統(tǒng)。Pack是動(dòng)力電池系統(tǒng)生產(chǎn)、設(shè)計(jì)應(yīng)用的關(guān)鍵,是連接上游電芯生產(chǎn)和下游整車的應(yīng)用核心環(huán)節(jié),通常設(shè)計(jì)需求由電芯廠或汽車廠提出,通常由電池廠、汽車廠或者第三方Pack廠完成。
鋰電池Pack產(chǎn)線相對(duì)簡(jiǎn)單,核心工序包括上料、支架粘貼、電焊、檢測(cè)等工藝,核心設(shè)備為激光焊接機(jī)以及各類粘貼檢測(cè)設(shè)備。目前,各大鋰電設(shè)備廠商在此領(lǐng)域的自動(dòng)化集成布局較少,而大族激光、聯(lián)贏激光等激光設(shè)備廠商由于在激光領(lǐng)域的絕對(duì)優(yōu)勢(shì),在Pack設(shè)備領(lǐng)域占有率較高。
目前Pack生產(chǎn)的自動(dòng)化比例相對(duì)較低,是因?yàn)槟壳暗男履茉窜噯慰钴囦N量都不夠大,上自動(dòng)化生產(chǎn)線的成本較高。
磷酸鐵鋰和三元:能量密度繞不開的話題,不同材料需要全套設(shè)備投資
目前國(guó)內(nèi)主流動(dòng)力鋰電池的正極材料分為磷酸鐵鋰和三元兩大種類。其中磷酸鐵鋰是目前最安全的鋰離子電池正極材料,其循環(huán)壽命通常在2000次以上,再加上由于產(chǎn)業(yè)成熟而帶來(lái)的價(jià)格和技術(shù)門檻的下降,使得很多廠商出于各種因素考慮都會(huì)采用磷酸鐵鋰電池。然而磷酸鐵鋰電池在能量密度方面則存在明顯的缺陷,目前磷酸鐵鋰電池龍頭比亞迪磷酸鐵鋰單體電芯能量密度為150Wh,2017年底比亞迪預(yù)計(jì)將能量密度提升到160Wh,理論上磷酸鐵鋰能量密度很難超過(guò)200Gwh。
三元聚合物鋰電池是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰的鋰電池,鎳鈷錳的實(shí)際比例可以根據(jù)具體需要進(jìn)行調(diào)整。由于三元鋰電池具備更高的能量密度(目前寧德時(shí)代等動(dòng)力電池一流大廠三元鋰電池能量密度普遍能達(dá)到200Wh/kg-220Wh/kg,業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)到2020年三元電池單體電芯能量密度將達(dá)到300Wh/kg的水平),乘用車市場(chǎng)開始轉(zhuǎn)向三元鋰電池,而在安全性要求更高的客車上,磷酸鐵鋰則更受青睞。隨著全電動(dòng)乘用車的發(fā)展,三元鋰電池正在占據(jù)越來(lái)越重要的位置。
兩種材料的能量密度和成本有差異,不同的汽車、不同的車企有不同的選擇。二者在生產(chǎn)工藝流程上大致相同,區(qū)別主要體現(xiàn)在材料的使用和配比上不同、具體工藝參數(shù)差異較大,設(shè)備無(wú)法共線生產(chǎn),且單純改造切換產(chǎn)能的成本較高(三元材料對(duì)真空除濕等要求嚴(yán)格,之前的磷酸鐵鋰生產(chǎn)線基本沒有除濕要求),因此多家電芯廠在產(chǎn)能規(guī)劃中會(huì)同時(shí)布局、分別采購(gòu)設(shè)備。
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