光大激光梁超：多片Z疊設(shè)備整機(jī)效率突破0.1s/pcs
短刀/刀片電池正在成為動(dòng)力電池的主流技術(shù)路線之一，目前包括比亞迪、瑞浦蘭鈞、蜂巢能源、國(guó)軒高科、中創(chuàng)新航、吉利耀寧、廣汽因湃等多家企業(yè)已經(jīng)下重金布局這一路線，并擴(kuò)大短刀/刀片電池的生產(chǎn)。
在應(yīng)用場(chǎng)景上，儲(chǔ)能電芯正在越做越大，包括寧德時(shí)代、瑞浦蘭鈞、億緯鋰能、蜂巢能源、海辰儲(chǔ)能、力神電池、楚能新能源等電芯企業(yè)不斷推出400Ah、500Ah+大容量?jī)?chǔ)能電芯。
無(wú)論是汽車動(dòng)力電池領(lǐng)域的短刀路線，還是“向大而生”的儲(chǔ)能電芯，都在孕育著機(jī)會(huì)，而最有望受益于此的或?qū)⑹窃O(shè)備端的疊片設(shè)備。
“根據(jù)不同電芯，整機(jī)效率可以做到0.08-0.15s/p。”日前，在第九屆動(dòng)力電池應(yīng)用國(guó)際峰會(huì)(CBIS2024)上，深圳市光大激光科技股份有限公司切疊產(chǎn)品總監(jiān)梁超，在題為《疊片的設(shè)備工藝創(chuàng)新》的演講中，介紹了目前光大激光疊片工藝設(shè)備和技術(shù)創(chuàng)新情況。
過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間，疊片設(shè)備因效率低、良率不如卷繞、設(shè)備投資大等痛點(diǎn)，無(wú)法與卷繞相匹敵。然而，隨著電芯向長(zhǎng)壽命、高安全、大容量等維度追求，更適合長(zhǎng)薄大電芯的疊片工藝逐漸成為主流。
可以確定的是，未來(lái)隨著越來(lái)越多電池企業(yè)擴(kuò)大動(dòng)力短刀/刀片、儲(chǔ)能電芯產(chǎn)能布局，疊片裝備將保持持續(xù)快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，在效率、良率、精度和降本等維度，具備優(yōu)勢(shì)的裝備企業(yè)將獲得更多機(jī)會(huì)。
01
追求極致疊片效率
光大激光推出多片Z疊設(shè)備
目前疊片工藝整個(gè)機(jī)臺(tái)主要由正負(fù)極模切、疊片、分切貼膠和熱壓下料等工位組成。當(dāng)前市場(chǎng)主流的疊片設(shè)備仍以多工位單片疊為主，“為了提高疊片設(shè)備效率，光大激光推出了多片Z疊設(shè)備。”據(jù)梁超介紹，多片疊與單片疊主要區(qū)別在于多片Z字型疊片是多個(gè)電芯在一個(gè)工位上同時(shí)Z字型進(jìn)行疊片，中間隔膜需要一次分切，增加了一個(gè)分切工位。
具體而言，極片在模切工位經(jīng)過(guò)激光切極耳或五金裁斷后，機(jī)械手將真空皮帶線上多張極片搬運(yùn)到定位平臺(tái);定位糾偏后，機(jī)械手將多張極片同時(shí)搬運(yùn)到疊片臺(tái)，隔膜及正負(fù)極片交錯(cuò)運(yùn)行，形成Z字型疊片，實(shí)現(xiàn)多片疊。
疊片完成的多極組通過(guò)機(jī)械手同時(shí)轉(zhuǎn)移至分切工位，分切機(jī)構(gòu)將極組間隔膜進(jìn)行分切，形成單個(gè)極組，進(jìn)行極組貼膠、緩存、熱壓&短路測(cè)試、稱重、測(cè)厚，然后將極組轉(zhuǎn)移至物流線。
不過(guò)，區(qū)別于傳統(tǒng)疊片，多片Z疊設(shè)備在設(shè)備投資、運(yùn)營(yíng)成本、人員配置和效率方面都有明顯改善：
(1)一個(gè)疊臺(tái)同時(shí)疊多張極片，提高疊片效率;
(2)多張極片同時(shí)疊片，整機(jī)疊片效率0.08-0.15s/p;
(3)根據(jù)隔膜不同，可進(jìn)行冷切或熱切工藝;
(4)設(shè)備操作、換料位置均在設(shè)備邊部，方便設(shè)備操作維護(hù)及物料更換，提高設(shè)備稼動(dòng)率;
(5)同等產(chǎn)能下，多片疊設(shè)備整線設(shè)備數(shù)量減少30%-40%，人員配置減少，運(yùn)營(yíng)成本、能耗都能明顯降低。
實(shí)現(xiàn)疊片極致效率和良率的提升以及降本，這背后離不開光大激光在多片Z字疊設(shè)備多重關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和技術(shù)上的創(chuàng)新。
真空皮帶：傳統(tǒng)的單片疊一般匹配的是三工位或者四工位疊片整機(jī)進(jìn)行布局，為了提高整機(jī)效率，目前多片Z字疊只有雙工位。工位數(shù)匹配越少，相對(duì)應(yīng)極片在真空皮帶上輸送的距離越短，整個(gè)極片偏位和磕碰的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)大大減少。此外，真空皮帶真空腔體多段可調(diào)，保證極片輸送過(guò)程中不發(fā)生較大偏移。
轉(zhuǎn)移機(jī)械手：多張極片同時(shí)搬運(yùn)轉(zhuǎn)移，提高轉(zhuǎn)移效率;每張極片獨(dú)立吸附及檢測(cè)，異常報(bào)警;極耳單獨(dú)吸附，保證極耳吸附穩(wěn)定性。
對(duì)位平臺(tái)：通過(guò)CCD視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)每一張極片進(jìn)行視覺(jué)分析，每張極片獨(dú)立檢測(cè)及糾偏，保證極片糾偏精度;多張極片獨(dú)立真空監(jiān)測(cè)，保證極片吸附可靠性，異常獨(dú)立報(bào)警。
疊片機(jī)構(gòu)：通過(guò)機(jī)械手將多個(gè)定位好的極片同時(shí)疊片，提高疊片效率;每一顆電芯的壓刀壓力單獨(dú)可調(diào)，保證在疊片過(guò)程中極片不會(huì)壓傷極片;每個(gè)電芯四角壓刀獨(dú)立壓持，保證電芯壓緊，沒(méi)有錯(cuò)位的風(fēng)險(xiǎn)。
覆膜機(jī)構(gòu)：光大激光多片Z字疊采用多片同時(shí)覆膜的方式，提高覆膜的效率。“多張極片同時(shí)覆膜，增加覆膜勻速段距離，實(shí)現(xiàn)在整個(gè)覆膜的過(guò)程中，在啟動(dòng)和停止時(shí)都是平緩的狀態(tài)，保證覆膜穩(wěn)定及可靠性。”梁超表示。
下料機(jī)械手：疊片完成后，通過(guò)機(jī)械手將多個(gè)電芯同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)移，為保證電芯轉(zhuǎn)移過(guò)程中不發(fā)生錯(cuò)位的風(fēng)險(xiǎn)，每一個(gè)電芯夾持位置都是單獨(dú)可調(diào)的，保證電芯轉(zhuǎn)移的穩(wěn)定性，且提高搬運(yùn)效率。
分切機(jī)構(gòu)：電芯整面壓緊分切，根據(jù)不同要求，隔膜分切邊距負(fù)極片距離可調(diào);
針對(duì)不同隔膜材質(zhì)及工藝要求，隔膜選擇熱切/冷切工藝。同時(shí)還可以根據(jù)不同客戶需求，調(diào)整分切后的隔膜與極片邊緣距離。
在熱切/冷切選擇上，熱切適用于未涂陶瓷及膠水的基膜，隔膜成本低;冷切工藝適用于需涂膠水的基膜或陶瓷膜，隔膜成本高。
熱壓機(jī)構(gòu)：熱壓機(jī)構(gòu)內(nèi)可集合Hi-pot測(cè)試功能;可匹配不同壓力的驅(qū)動(dòng)裝置;上下熱壓板噴涂防粘涂層，保證熱壓后極組與熱壓板無(wú)粘連等現(xiàn)象。
另外，光大激光開發(fā)了激光切極耳工藝。可以根據(jù)客戶不同的需求，將激光切割極耳集合在五金裁切設(shè)備上，采用連續(xù)懸空切割，保證切割效果;同時(shí)，五金裁切極片前CCD檢測(cè)極耳偏差并進(jìn)行補(bǔ)償，保證五金裁切精度;激光切采用連續(xù)切割，可匹配較快切割速度，并減少極耳翻折。
據(jù)梁超介紹，基于公司自主開發(fā)的多片Z字疊工藝設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)目前市場(chǎng)主流常規(guī)的590短刀電芯(115*550mm)極片做到0.1s/pcs，媲美卷繞效率。
02
專注鋰電中段、模組設(shè)備
布局下一代電池設(shè)備
成立于2003年的光大激光，目前已深耕鋰電裝備領(lǐng)域20余年，除了在行業(yè)推出多片Z疊等拳頭產(chǎn)品，公司在電芯中段設(shè)備、模組PACK組裝線等環(huán)節(jié)也同步處于行業(yè)前列。
其中，在鋰電中段設(shè)備環(huán)節(jié)，公司產(chǎn)品聚焦模切、疊片、方殼/圓柱組裝等環(huán)節(jié)，模切設(shè)備主要為激光切極耳，公司2017年在國(guó)內(nèi)首次推出零廢料邊切割設(shè)備，切疊一體機(jī)包括單片疊設(shè)備、多片疊設(shè)備。
梁超表示，公司方殼組裝和圓柱組裝線生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品良率高、設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，故障率低;自動(dòng)化程度高，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作;且可提供系統(tǒng)解決方案。
其中，方殼電芯組裝線產(chǎn)線效率在12-40PPM，圓柱電芯裝配線目前設(shè)備產(chǎn)能60-200PPM。其中，刀片電池電芯裝配線設(shè)備效率在12-30PPM;頂蓋及殼體具有AGV自動(dòng)上料方式;設(shè)置緩存線體，提升設(shè)備稼動(dòng)率。
公司圓柱組裝線產(chǎn)線效率在60-200PPM;設(shè)備采用轉(zhuǎn)塔方式;激光焊接采用飛行焊接方式。
在鋰電設(shè)備后段的模組PACK方面，公司方殼的電池包線產(chǎn)能是6-36PPM，軟包電池包線是6-18PPM，刀片電池包線產(chǎn)能6-20PPM，圓柱電池包線15-60PPM。
此外，光大激光還瞄準(zhǔn)固態(tài)電池鋰電裝備開發(fā)，積極布局相關(guān)新電池技術(shù)裝備工藝。
在客戶方面，光大激光已經(jīng)與寧德時(shí)代、比亞迪、國(guó)軒高科和億緯鋰能等動(dòng)力電池主流企業(yè)合作。在出海方面，據(jù)悉，今年光大激光陸續(xù)拿下了多個(gè)海外電池項(xiàng)目的裝備訂單，公司還在擴(kuò)建海外辦事處，為全球鋰電下一步產(chǎn)能布局提供裝備支持。
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