新一代全自動(dòng)產(chǎn)線(xiàn)對高比能量電芯安全性、一致性的重要意義
圖為江蘇天鵬電源有限公司陳璇總經(jīng)理做主題演講
為了幫助企業(yè)客觀(guān)分析2016年動(dòng)力電池行業(yè)運行情況，正確把握行業(yè)發(fā)展趨勢，加大動(dòng)力及儲能電池的開(kāi)發(fā)應用,由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì )和電池中國網(wǎng)聯(lián)合主辦，雙登集團股份有限公司、壹能（北京）網(wǎng)絡(luò )科技有限公司共同承辦的“2016年第五屆中國電池市場(chǎng)年會(huì )暨2016年第一屆動(dòng)力電池應用國際峰會(huì )、2016年第二屆中國電池行業(yè)智能制造研討會(huì )”于11月14日在北京拉開(kāi)帷幕。本次年會(huì )聚集了來(lái)自政府主管部門(mén)領(lǐng)導、知名科研機構專(zhuān)家、新能源汽車(chē)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈上中下游的企業(yè)家、投資機構代表以及媒體記者等500多人參會(huì )。
在本次會(huì )議上，江蘇天鵬電源有限公司陳璇總經(jīng)理做了題為《新一代全自動(dòng)產(chǎn)線(xiàn)對高比能量電芯安全性、一致性的重要意義》的專(zhuān)題報告，以下是根據速記整理的內容，未經(jīng)本人審核，僅供參考。
陳璇：非常感謝協(xié)會(huì )給了我們這次機會(huì )，來(lái)給大家講一下天鵬現在在智能制造這一塊的一些新的布局和進(jìn)展。剛才因為有幸剛好聽(tīng)了億緯袁總這塊的思考和介紹，在那個(gè)之前我們也聽(tīng)了三星的，因為也是中國籍的高管的介紹，確實(shí)在之前很長(cháng)時(shí)間大家的感受或者體會(huì )覺(jué)得我們中國的電芯廠(chǎng)產(chǎn)量大、但是質(zhì)低，水準還比較低。我覺(jué)得今天我們在路上，我們在往國際一線(xiàn)水準的路上，我們袁總剛才分享了很多非常實(shí)在的，作為鋰電企業(yè)遇到的一些挑戰和他們做的一些思考，我在這個(gè)地方也把天鵬這幾年的一些判斷和想法跟大家做一個(gè)分享。
總體來(lái)講，大的方向，我跟袁總的判斷是一樣的，就是說(shuō)未來(lái)不會(huì )是所有電池的過(guò)剩，應該是劣質(zhì)電池的過(guò)剩，或者說(shuō)性?xún)r(jià)比不高的電池過(guò)剩，真正能夠存活下來(lái)的可能有這么幾點(diǎn)。第一個(gè)，有足夠的能力能夠把產(chǎn)品做好，這是首先的一個(gè)條件。第二個(gè)，確實(shí)能夠把性?xún)r(jià)比提高，就是把價(jià)格能夠再做的更便宜一些。這里面我們做電芯的都知道，原材料的成本各家的采購差異沒(méi)有那么大，但是可能從成品率、合格率到全生命周期電池的性能來(lái)看的話(huà)，這個(gè)成本差異會(huì )非常大。所以我們現在也是致力于說(shuō)我們能不能一起通過(guò)各方面的努力，能夠把我們從原材料到制成過(guò)程、到最后給客戶(hù)帶來(lái)的成本，到我們自己售后的成本，整個(gè)成本把它降下來(lái)。這個(gè)過(guò)程其實(shí)就是一個(gè)非常大的挑戰，因為電池是一個(gè)類(lèi)似于有點(diǎn)像人的身體一樣，就是到現在醫學(xué)發(fā)展的今天，還是很難說(shuō)清楚癌癥的來(lái)源是什么。大家都知道，電池最可怕的就是它內部的一些短路或者安全性的問(wèn)題，但是這些問(wèn)題首先來(lái)自于設計，然后是制造，然后是使用，每個(gè)過(guò)程都至關(guān)重要。所以我們做電芯廠(chǎng)的，只能說(shuō)我們從設計到制造的過(guò)程，我們把它做的更優(yōu)秀、更精準、更精致，確保在我們能夠關(guān)注到的細節上面把它做好。
PPT做的比較倉促，因為上個(gè)星期才確定我過(guò)來(lái)做這個(gè)講座，但是希望也是分享一下天鵬的一些做法和想法。
前面這個(gè)就不多說(shuō)了，因為我看每一個(gè)講座前面都講到我們現在的需求大家是比較明確的，甚至到2030年，我前兩天聽(tīng)一個(gè)新聞?wù)f(shuō)，認為電動(dòng)汽車(chē)的保有量會(huì )占到40%—50%，我不太敢這么樂(lè )觀(guān)，但是我覺(jué)得至少說(shuō)明大家都是有所期待。我的主要題目會(huì )分三大塊，一個(gè)也是基于需求的判斷，我們?yōu)槭裁船F在要投巨資來(lái)做智能制造的升級、來(lái)做電芯。第二個(gè)，是我們硬件方面的一些做法。第三個(gè)，我們在軟件方面的一些配套的狀況。這個(gè)不贅述了，剛才我看大家幾乎都是以這個(gè)開(kāi)頭。
講一個(gè)大家現在比較關(guān)注的地方作為我的引子，目前的新能源補貼政策有一個(gè)比較突然的變化方向，包括對客車(chē)和未來(lái)可能家用車(chē)也會(huì )涉及到，對乘用車(chē)現在也有這個(gè)說(shuō)法，雖然今年補貼不變，但是未來(lái)可能對續駛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，當然我打了三個(gè)問(wèn)號，是因為屬于傳說(shuō)版，不是屬于正式版。但是基本上是，對于PACK以后的能量密度，對純EV和專(zhuān)用車(chē)、客車(chē)分別有一些要求。從這個(gè)角度來(lái)講，首先給我們做三元的圓柱形電池廠(chǎng)應該算是一個(gè)利好，因為目前來(lái)講，能量密度比較高的還是三元電池。第二個(gè)，圓柱的能量密度走在最前面，第三個(gè)，補貼退坡，太貴的電池用的也吃力，圓柱是通過(guò)自動(dòng)化和大規模生產(chǎn)，目前能夠把電芯和成組的成本做的最有說(shuō)服力的一個(gè)選擇。但是對于圓柱電池來(lái)講有一個(gè)問(wèn)題，我們基本上在使用高能量密度的材料，在各種電池型號里面、類(lèi)型里面是走在最前面的，比如說(shuō)像高鎳的跟硅碳的這些材料，我們大概在三四年前就已經(jīng)在做很多的實(shí)驗和驗證，目前應該說(shuō)有很多型號的儲備，都會(huì )用到比較前沿的材料體系。
但是我們這幾年下來(lái)的體會(huì )是什么呢？就是說(shuō)隨著(zhù)能量密度越來(lái)越高，實(shí)際上他的安全性是越來(lái)越低的，是一個(gè)不可回避的矛盾，當你的能量密度高了，你的高鎳也好、能量膨脹也好，你的活性分子越來(lái)越不受你的控制，你怎么保證你做的更高的能量密度的產(chǎn)品符合現在更安全的這樣一個(gè)趨勢？更高能量密度以后，我們大家沒(méi)有辦法容忍它更不安全，但是事實(shí)就是這樣，怎么辦，就是要提高控制能力。
我們還有一個(gè)，大家現在在簽約的時(shí)候都會(huì )比較痛苦的一點(diǎn)，整車(chē)廠(chǎng)會(huì )要求我們簽8年12萬(wàn)公里的要求，他最后是一個(gè)系統的問(wèn)題，但是對電芯廠(chǎng)來(lái)講的話(huà)，這是什么樣的挑戰，這是對單體的電芯提升以后，對一致性和系統能力的一個(gè)共同的挑戰，系統方面我們現在不是主要的議題，剛剛星云也給大家分享了對于整個(gè)PACK的制成控制點(diǎn)，他講到說(shuō)PACK其實(shí)沒(méi)那么容易，我要講是電芯其實(shí)更不容易，要想把高能量密度的電芯做好，其實(shí)已經(jīng)跟我們當年比如說(shuō)18650做到2200、2400以下的容量，到了2800、3000以上的容量的電芯，它的危險性和它對制成控制的要求，已經(jīng)完全不在一個(gè)水平線(xiàn)上，是幾何級上升的要求。這也是我為什么前一段時(shí)間有一個(gè)會(huì )議上講說(shuō)，我們可能要考慮做更大一點(diǎn)的圓柱，比如說(shuō)20或者21，我們現在天鵬也有這方面的儲備，可能是緩解一下能量密度的焦慮，能夠讓我們在新的材料體系沒(méi)有完全成熟之前，我們能夠有一定的更好的解決方案能夠給到客戶(hù)，對PACK的數量和PACK的難度上做稍微大一點(diǎn)的圓柱，也是基于考慮既能保證他的自動(dòng)化，也能保證他的一致性的這兩個(gè)方面的一個(gè)權衡。
這個(gè)地方是我列舉了一些在鋰電生產(chǎn)過(guò)程當中，對高能量密度的電芯會(huì )提出的更高的要求，比如說(shuō)高鎳體系和硅碳需要更低的制成濕度和更好的粉塵控制，更薄的薄膜。更薄的薄膜為了更高的容量，但是更薄的薄膜意味著(zhù)安全性更差、強度更低，包括我們這兩天一直在講涂覆的陶瓷薄膜，即使是涂覆的陶瓷薄膜，當陶瓷薄膜更薄的情況下，對隔膜的材料要求也是不一樣的，所以需要更高的涂覆、碾壓、分切、卷繞設備，而且還需要更潔凈的空間。當你的隔膜在20以上的時(shí)候，其實(shí)一定量的粉塵是不會(huì )對電池不管是短期還是長(cháng)期造成內短路的風(fēng)險，但是當隔膜做到16以下甚至12以下的時(shí)候，很多細小的空氣里的粉塵或者制成當中的粉塵，都有可能造成這個(gè)電芯的內部短路，所以這個(gè)要求已經(jīng)完全不一樣了，用厚隔膜的時(shí)代和做薄隔膜的時(shí)代是完全兩回事。網(wǎng)傳的一個(gè)版本是說(shuō)，那個(gè)問(wèn)題也跟隔膜比較薄有關(guān)系，我相信一定是其中的原因之一，但是即使是我們的老大哥，他們可能也會(huì )出現走鋼絲的時(shí)候有一些風(fēng)險，但是我們原來(lái)都是走紅光大道的，突然走到小道上，其實(shí)對我們這些廠(chǎng)家的要求，我希望大家怎么重視都不為過(guò)，只有做的非常徹底能夠做到我們能想到的所有的東西，他也不為過(guò)。其他的大家就看一下，因為時(shí)間有限。
我簡(jiǎn)單介紹一下天鵬，天鵬是一個(gè)做了10年動(dòng)力圓柱電池的公司，現在是一家上市公司在控股，我們目前有兩個(gè)基地，光是設備的總投資已經(jīng)超過(guò)20億元，這里面不包含流動(dòng)資金和其他方面的一些投入。我們目前的一號基地已經(jīng)滿(mǎn)產(chǎn)是1GWh，二號基地我們明年年底會(huì )滿(mǎn)產(chǎn)，基本上是4GWh的產(chǎn)能，兩個(gè)基地滿(mǎn)產(chǎn)以后我們應該能夠給客戶(hù)提供大量的高品質(zhì)電芯。
在整個(gè)過(guò)程當中，我當時(shí)想給大家看一些數據的，但是時(shí)間原因，我們給大家看，大家都知道高鎳的產(chǎn)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，而且很難烘干，就是說(shuō)產(chǎn)生副反應以后烘不干，現在我們也會(huì )用到一定的硅碳負極，硅碳負極在不同濕度下反彈也是有差異的。所以我們基于一些真正測試的數據和驗證的數據，我們會(huì )對我們新廠(chǎng)的濕度控制做的非常低，應該能夠跟目前日韓的同行在齊平的水平。另外一個(gè)，溫度和容量測試、內阻測試，很多方面的一些影響，我在這個(gè)地方不詳細講了?？傊?，對于電池生產(chǎn)廠(chǎng)來(lái)講，溫度的控制，剛才我們三星的同行說(shuō)他們能控制在正負2度，在充放電整個(gè)過(guò)程當中做到正負2度確實(shí)很不錯，我們目前的目標是可能比這個(gè)更嚴格一點(diǎn)，但是確實(shí)非常難，因為你想你的環(huán)境是固定的，但是充電和放電時(shí)候產(chǎn)生的熱量是完全不一樣的，這里面很多細節的難度還是非常高的。我們要買(mǎi)設備的同時(shí)，真正能把它用好，能把環(huán)境控制好，把生產(chǎn)管理做好，也不是一件容易的事情。如圖，這個(gè)是對容量、電壓、內阻測量環(huán)境溫度的一些影響，相信大家在使用電池的時(shí)候都知道，為什么特斯拉會(huì )花那么多錢(qián)去做恒溫，做電池組的均熱、均流，其實(shí)這種情況下電池的一致性才能夠比較長(cháng)時(shí)間保持比較高的一致性。
剛才說(shuō)到環(huán)境控制方面參照日本松下控制的標準，全流程采用低濕度控制，然后我們所有的過(guò)程當中都能夠滿(mǎn)足未來(lái)的811以上材料的批量使用和穩定性。高效凈化車(chē)間，就是我剛才講的，減少細小粉塵，當然這里面還有設備上面，所有產(chǎn)生毛刺和粉塵過(guò)程當中的吸塵和處理，這方面有很多的細節需要去控制，不是一個(gè)本身清潔的空間就能夠一直保持清潔的，在制造電池本身的過(guò)程中，細粉也會(huì )產(chǎn)生很多的，包括分切、碾壓都會(huì )產(chǎn)生粉塵，這個(gè)當中的控制就是各家要想辦法去把它做好。
我們的選擇，設備方面的選擇跟剛才億緯鋰能的袁總講的是一樣的。我們也是選擇了目前國內最先進(jìn)的自動(dòng)化設備，而且我們目前的整個(gè)設備設計是兼容18650、20650和21700三種性能鋰電電芯，雖然未來(lái)可能切換產(chǎn)線(xiàn)會(huì )麻煩一點(diǎn)，這個(gè)比PACK廠(chǎng)的切換產(chǎn)線(xiàn)還要復雜太多，但是由于我們處在一個(gè)多邊的年代，目前18未來(lái)走向何處確實(shí)還不清楚，21和20目前都有很多客戶(hù)非常感興趣，所以在這種前提下我們這次投入的時(shí)候兼容了這些可能性，到未來(lái)整個(gè)方向定了以后，我們可能就不需要換來(lái)?yè)Q去了，但是正是這種可能性未來(lái)給天鵬留下了特別好的靈活性，無(wú)論最終的標準是什么，我們都能夠去適應它。
我在這里講一下，因為我們今天有很多國內的設備廠(chǎng)商大家也在做分享，我們看到這幾年國內設備的進(jìn)步確實(shí)非?？?，但是從目前如果我們考慮到非常高速度的要求，比如說(shuō)我們裝配線(xiàn)達到200PPM，比如我們的分切、碾壓達到差不多60到80米以上的速度，在這樣的情況下又保證精度、又保證效率的情況下，我們可選擇的確實(shí)還不多，所以我在這個(gè)地方也期待說(shuō)未來(lái)我們能夠在正在規劃的三廠(chǎng)有機會(huì )選擇到更多的國產(chǎn)設備。這次我們在做上料設備選擇的時(shí)候，我們經(jīng)過(guò)考核和驗證，最后選擇了一家已經(jīng)做了十幾年上料系統的，確實(shí)能夠做到精準控制，而且系統的可靠性，在我們幾個(gè)大的同行里面已經(jīng)得到驗證，所以我們買(mǎi)了他們的上料系統。但是從制漿到數據采集，我們目前都面臨著(zhù)數據精度壓力，所以不得不花很多錢(qián)去買(mǎi)精度設備。
這一點(diǎn)我要稍微講一下，在線(xiàn)監控，剛才我們三星的同行業(yè)提到在線(xiàn)監控的問(wèn)題，其實(shí)當手工化作業(yè)還比較多的情況下，你發(fā)生大批量不良的可能性反而是小的，因為員工即使不能要求每個(gè)員工都負責任，但是他們畢竟是有眼睛和大腦的，當看到明顯不良的時(shí)候還是會(huì )有人給你反饋和提出警告，你的品質(zhì)人員也會(huì )給你不斷的去做檢查。但是全自動(dòng)化高速線(xiàn)上了以后，其實(shí)靠人是靠不住的，所以我們在新的產(chǎn)線(xiàn)選擇的時(shí)候，也是在每一道關(guān)鍵工序都設置了大量的探測，包括CCD檢測和很多感應的設置，我們認為如果上自動(dòng)化不上在線(xiàn)監控，就是對產(chǎn)品最大的不負責任。因為你那么快的速度，我在200PPM面前根本看不到我的電池在哪兒，這種情況下，你說(shuō)不靠這種智能化的監控是扯淡的。
我們這里簡(jiǎn)單的介紹了一下我們在所有的工序上增加的一些監控，但是這個(gè)不能完整的描述我們整體的細節。
天鵬的選擇是，我們兩年前就自己通過(guò)集團有十幾年的團隊，自己做ERP和MES的開(kāi)發(fā)，目前我們每一道工序的MES都是通過(guò)他們設計以后到現場(chǎng)驗證反饋，然后我們經(jīng)過(guò)多次的磨合，他已經(jīng)完全能夠做到所有的數據采集、反饋、分析和最后的包括報警，完全能夠做到在線(xiàn)結合。
我們在每一道工序上做了大量的工作，對系統的一些信息進(jìn)行采集、分析、判斷、反饋，包括這里面對品質(zhì)的反饋和隔離，都已經(jīng)包含在這個(gè)系統里面，所以我說(shuō)我們在路上，我們在向國際一線(xiàn)品牌的訴求和水平方面去進(jìn)展，我覺(jué)得我們目前應該還是有很大的差距，但是經(jīng)過(guò)幾年的努力這個(gè)差距一定是可以縮小的。
這是天鵬的一廠(chǎng)，這是二廠(chǎng)，這個(gè)廠(chǎng)房已經(jīng)在裝修階段，今年1月份設備調廠(chǎng)，明年二季度投產(chǎn)，歡迎大家來(lái)天鵬指導。謝謝！
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