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动力电池工艺与设备企业的智能制造之路

2016-12-15 23:12:00 超霸力科技

    12月5日,由中国电动汽车百人会组织发起的“动力电池技术升级与产业链研究”专项课题第三次交流会在清华紫光国际交流中心召开,来自高校、科研院所、企业的60余名嘉宾围绕“动力电池设计、工艺及装备”展开讨论。

  业界一致认为,动力电池工艺与设备企业要走高端化和国际化路线,制定大规模智能制造的路线图,研究制造工艺、方法和标准,谨防动力电池制造的“技术空心化”。

  设备企业要向高端化和国际化靠拢

  新能源汽车快速发展带动锂电池纷纷扩产,锂电池设备的需求在2015年下半年开始爆发。锂电池设备最早出现在日本和韩国,近年来,随着中国电池企业的市场份额不断提高,国产设备市场占有率也在大幅度提高。目前锂电池设备国产化替代已经达到50%,预计2020年将提高到80%。

  与会专家表示,国内设备主要不足存在于配料系统、涂布机、分切机、装配线、物流仓储系统、生产制造系统、在线监控系统等方面。

  中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高认为,市场规模的快速增长,需要对材料体系优化,根据材料的特性制定制造工艺需求。此外,产品市场终端提出越来越严格的要求,自动化程度可能跟国外先进水平还有差距。

比亚迪第二事业部储能及汽车电池工厂总经理沈晞指出,对动力电池设备的开发应围绕“四高”、“两大”进行。其中,“四高”是指设备必须高可靠性、高精度、高效率、高度自动化。“两大”是指设备开发应基于大规模生产,在可量产的前提下进行设备的整合和优化;其次,设备开发应该是大系统的集成,将整个大系统进行有机串联,才能把电池生产的各环节都把控好。

  锂电池自动化设备直接决定了电芯性能的好坏,目前国内外设备的竞争主要集中在电芯和尖端设备。目前国产设备在中后段已经达到日韩领先企业水平,一批国产领军企业已经涌现,并不断进行市场整合和产业布局。

  无锡先导科技有限公司董事长王燕清指出,对于国产设备来讲,高端化、智能化、国际化是发展方向。

  业内专家表示,除了打造动力锂电池的龙头企业外,也要着力打造生产装备的龙头企业,加大对龙头企业在技术改造、研发创新方面的扶持力度。作为龙头企业,要加大全产业链的覆盖,进行并购整合,追求规模效应。

  政府可以提供在政策法规、融资渠道方面的支持,以及专向资金的补贴。企业要加大研发投入,走国际化路线,快速学习国外先进企业的经验。当然不是说照搬照抄,还是要坚持自主研发,掌握自主知识产权,以中后端推动前端设备的技术进步和提升。

标准化是实现动力电池智能制造的前提

  清华大学锂离子电池实验室主任李建军认为,现在电动车或者储能系统电池都是大规模的串并联系统,对电池制造工艺、技术水平及控制提出了更高要求。

  锂离子的工艺非常复杂,工序非常繁多,而且每道工序对电池的性能都有影响。整个制造过程需要对环境控制,而且生产要更加科学、合理、标准化,减少人为操作。另外,采取高精度和稳定的设备,对电池生产环节的每个节点进行严格而有效的监控控制,减少电池的差异性,从而提升电池的质量。

  吉阳智能科技有限公司董事长阳如坤介绍,从控制过程角度来管理,无外乎四个方面:定点控制、异物管理、适度管理、在线监控。有些新技术可以引进来,比如通过溅射工艺制造固态电池、激光模切、叠片式卷绕,高速组装技术等。

  阳如坤指出,目前动力电池是1MWh为一条生产线,存在着合格产能低、一致性差、安全性差、维护麻烦、成本高等问题。未来是一条生产线需要1GWh到5GWh,在原来基础上增长了1000倍甚至几千倍,为实现这一目标,除了需要大规模制造外,智能化制造是其重要解决途径。

  业内专家分析,我们的动力电池制造现在还处在“初级智能”阶段,合格率整个行业里面大概是90%。未来希望通过智能制造,把整个电池的合格率提高到99%以上。

  关于大规模智能制造的实现路径,业内专家表示,从尺寸、产能、数字化、全过程的监控,到制造过程的一体化,还有设备互联、互通、互操作,要做很多工作。

  动力电池的制造朝着智能化方向发展,主要分为三个阶段。第一阶段是要实现自动化工厂,各个工序段实现自动化工程降低人工成本。第二阶段是实现数字化工厂,有综合的分析能力,使生产的决策更加快速、准确。第三阶段是智能工厂,把现成的资产、资源、基础设施跟数字化的流程相结合,实现业务的进一步优化。

  业内专家普遍认为,标准化生产是动力电池智能制造的先决条件。国轩高科工程研究院常务副院长杨续来指出,电芯的标准化生产涉及到从前端的制造设备标准化,到后期的PACK设备标准化。福建星云电子股份有限公司副总经理刘震则认为,电芯、电池包在设计、工艺等方面实现标准化,是目前实现动力电池大规模制造的前提条件。而他也表示,目前很多动力电池生产设备都没有实现标准化,这对于设备制造企业而言,也耗费了过多的成本和精力。

  大规模制造是动力电池的生产走向

  我国电动汽车产业发展迅猛,对动力电池的需求量呈现爆发式增长,到2020年电动汽车保有量预计达到500万辆。刘震表示,如果动力电池系统不实现大规模制造,将无法满足这一需求。

  大规模制造是生产方向,也是降低成本、提高品质的主要途径,其核心是自动化的装备、过程检测系统、生产制造的执行系统,包括MES系统。

  刘震认为,目前实现大规模制造面临诸多问题,如动力电池系统生产仍以半自动化为主;电池系统生产企业和自动化装备企业的磨合还不够,产业链协作不够;电池模组设计验证不充分,很多没有经过系统的评价测试阶段;电池模组关键工艺设计不成熟,验证不够充分,并且一次通过率低等。实现大规模制造需要电池企业、BMS研发企业、电池包系统企业、装备企业、整车企业等产业链的协力合作。

  中国电子科技集团公司第十八研究所主任肖成伟认为,对于大规模的工艺装备,要看它的自动化程度,包括工艺、生产、装备的可靠性,控制的精度等。


此外,MES系统是所有现代化制造必不可少的。装备企业目前很难做就在于所有的装备基本上都是“非标”的,做一条生产线前期沟通可能要花半年时间,制造过程再花费半年时间,一年可能只做一条线。如果花了大量人力、物力,成本就很高。假如现在自己来做模组研发,我帮你设计,设计好以后所有的专利授权给你,你来买我的生产线。比如,这个公司提供电芯,另外一个公司做PACK或者BMS,我有模组,大家共同合作把这个事情做下去。

  谨防动力电池制造的“技术空心化”

  电动汽车百人会理事长陈清泰分析,进入上世纪90年代后,动力电池有了比较快的发展,看到了希望,所以大家很快把注意力聚焦到电动车上,这又促进大家广泛研究动力电池。动力电池有一个“正反馈”的过程,所以进步比较快。

  我国电动汽车已经上升到国家战略,产销量在全球都是领先的。但最近很多发达国家开始发力了,包括德国、欧洲、日本,战略上都在做调整。这些国家大的汽车公司一旦开始发力,对我国电动汽车将会产生什么样的影响,很值得关注。

  捷威动力副总王驰伟认为,韩国、日本做设备特别专注,他们对设备的理解非常透彻,动力电池工艺制造也要有这种战略定力和市场定力。

  陈清泰指出,他最担心的就是电动汽车产销量上去了,但这个产业仍是技术空心化的状态,太危险了。从新能源汽车的角度来看,不要重复燃油车走过的道路;电动车的发展过程要在起点上就有实实在在的、自己的核心技术,而不再重复“技术空心化”的过程。他认为国内企业有机会,但这个机会大概只有3年或5年的时间,因为国外大的汽车公司在任何一种路线上都有足够的储备。

  陈清泰认为,很多人谈论产业的专注,我国需要小型巨人,领域不需要跨得很大,但在这个领域里谁也比不过你,这就是你的竞争力,这就是你的希望。

  业内专家普遍认为,不论是电池企业、装备企业,都不要为产能困扰,要把主要精力投入在核心技术上,尽力把质量搞上去,这涉及到一系列的管理,包括装备、工艺等。把真正核心技术掌握住,把核心竞争力建起来,并不需要有300GW、500GW的产能等在那儿,等在那儿就是落后的生产能力。我国产业处在进步的过程中,如果生产能力是超前的,产前的这部分将来肯定是落后的,力争能够成长出具有全球竞争力的公司。

  “我国对动力电池的需求量前所未有,应抓住机遇,将主要精力用于提高核心技术及产品质量,在这一过程中提升核心竞争力。”陈清泰强调。



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