新嘉拓技術(shù)總監朱高穩：雙層高速涂布機—EV電池之重器
圖為深圳市新嘉拓自動(dòng)化技術(shù)有限公司技術(shù)總監朱高穩作主題演講
11月16日，“2017’第二屆動(dòng)力電池應用國際峰會(huì )暨第三屆中國電池行業(yè)智能制造研討會(huì )”在北京啟幕。本屆峰會(huì )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)共同主辦，天津力神電池股份有限公司聯(lián)合主辦；中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì )動(dòng)力電池應用分會(huì )承辦，無(wú)錫先導智能裝備股份有限公司聯(lián)合承辦。參加此次峰會(huì )人數超600人。
深圳新嘉拓自動(dòng)化技術(shù)有限公司技術(shù)總監朱高穩帶來(lái)了對于雙層高速涂布機的詳細介紹。
（以下為朱高穩發(fā)言全文：）
朱高穩：大家下午好！我們新嘉拓是璞泰來(lái)的全資子公司。我今天講的主題是雙層高速涂布機—EV電池之重器。大家先看這個(gè)圖，這是我們對雙層高速涂布機的定義，區別于我們以前傳統的涂布機，具備了幾個(gè)特點(diǎn)。第一個(gè)，它的是專(zhuān)門(mén)用在鋰電池正負極涂布的，涂在鋁箔和銅箔上面的。第二個(gè)是它是用擠壓模頭方式來(lái)涂布的。 第三連續涂布方式。第四，A+B面雙層串聯(lián)涂布。這種在國內也有，但是相對來(lái)說(shuō)A+B串聯(lián)的涂布是相對特殊一點(diǎn)的涂布。最后一個(gè)也是最關(guān)鍵的一個(gè)，它的涂布速度要求大于70米，這是我們今天說(shuō)的這個(gè)主題，高速涂布的一個(gè)主要的特點(diǎn)。最后一個(gè)是涂布的寬度大于650mm以上，最大可以到1.4米左右。
我今天講的這個(gè)報告里面總共包含了這八個(gè)內容，第一個(gè)是我們現在國內鋰電池終端的需求量，第二個(gè)就是我們國內的動(dòng)力電池在全球的占比，第三個(gè)是我們現在國內的動(dòng)力電池對涂布機的需求量，第四是進(jìn)口涂布的主要廠(chǎng)家及類(lèi)型分布。第五是雙層高速涂布機對動(dòng)力電池生產(chǎn)的意義，第六是國產(chǎn)雙層高速涂布機的現狀。第七是雙層高速涂布機怎么能做的好，有哪些關(guān)鍵的地方，最后一個(gè)就是新嘉拓公司在雙層高速涂布機上面的一些功能實(shí)現。
第一，我們目前在一些相關(guān)網(wǎng)站上面取的一些數據，從2016年到2020年未來(lái)這五年時(shí)間，我們鋰電池行業(yè)整個(gè)需求量的預測，其中我們可以看到總的需求量從去年的62.4GWh到2020年估計可以達到170GWh，預計每年的增長(cháng)大概在28.3%。動(dòng)力電池這一塊，去年是30GWh，到2020年規?？梢赃_到110GWh，平均每年增長(cháng)的速度也是接近了30%。
第二個(gè)是我們動(dòng)力電池占全球的占比，2016年的時(shí)候，我們國內動(dòng)力電池總的產(chǎn)量大概在30GWh，全球的產(chǎn)能大概在53GWh，大概是占到56%左右。但是從2016年到2020年逐年遞增，預計到2020年的時(shí)候，我們中國的動(dòng)力電池占比從56%會(huì )上升到70%。
第三個(gè)是動(dòng)力電池不斷增長(cháng)，對涂布機的需求量增長(cháng)，這是我們預測的。數量是我們根據每年的動(dòng)力電池需求量，反推回來(lái)，對應的我們單層標準涂布機產(chǎn)量，從去年大概221臺到2017年245臺，也是逐年往上增的，到2020年預計涂布機的需求量大概372臺，這個(gè)推算主要是動(dòng)力電池涂布機的需求量，可能會(huì )有一些出入。因為現在市場(chǎng)上一個(gè)是產(chǎn)能過(guò)剩，第二個(gè)是其他的一些電池涂布機可能混在一起，所以我們算的話(huà)只是動(dòng)力電池的。預計增長(cháng)量，大概每年15%的增長(cháng)量。
我大概統計了一下，目前我們國內的進(jìn)口涂布機和高端的一些涂布機的產(chǎn)量。從日韓賣(mài)到國內的一些大廠(chǎng)的數量，我們從這個(gè)表上可以看到，前面三項是日本的設備，后面四項是韓國的設備，最后一項是其他的設備。從數量上可以看到，這些設備不管是單層的還是雙層的，整個(gè)數額不是非常大，相對來(lái)說(shuō)比較集中。我們可以看第一項，第一項是日本的廠(chǎng)家，這個(gè)是日本東麗的，目前在國內單層涂布機大約30臺，雙層涂布機大概是36臺。這個(gè)比例占到整個(gè)進(jìn)口涂布機數量的46%，可以說(shuō)是一家獨大。第二家是日本井上的，他目前在國內的數量和第三名的數量差不多，總數16臺，占比是11%。我們可以看到前三項，日本廠(chǎng)家整個(gè)占的比例差不多有70%，日本的設備在我們國內的銷(xiāo)售量是非常大的。第四個(gè)是韓國，韓國的設備雖然是有4家，但是第一家占了絕大部分，其他比較少。第四家設備占我們進(jìn)口設備的20%，這個(gè)量也是比較大。這些主要是分布在我們高端的客戶(hù)，像力神、比亞迪這些比較大的工廠(chǎng)里面。
這是做的一個(gè)分類(lèi)統計，日本的占了69%，韓國占了30%，我按涂布機的類(lèi)型來(lái)分的話(huà)，單層設備占了31%，雙層設備占了69%，所以國內的客戶(hù)選擇還是雙層涂布機的比較多。最后還有一項，這一項跟我們今天講的這個(gè)主題雙層高速涂布機是相關(guān)的。大概150臺里面，大概有18%的涂布機是雙層高速的涂布機，大概有二十幾臺。從整個(gè)數據分析來(lái)看，雙層高速涂布機目前數量相對來(lái)說(shuō)是很少的，在整個(gè)進(jìn)口設備里面占的比例也相對比較小，所以有很大的發(fā)展潛力。
這一頁(yè)我寫(xiě)了幾個(gè)，就是我們雙層高速涂布機對動(dòng)力電池生產(chǎn)的一些意義。第一個(gè)是我們涂布效率提高，像我們傳統的設備發(fā)動(dòng)機的速度在20-30的速度，但是雙層高數土地的效率可以提高很多，至少速度在70米，最快的已經(jīng)達到80米的速度。第二個(gè)，它的整體效率是折合成涂布的寬度或者開(kāi)機率這些因素算到里面去，一臺的雙層高速涂布機相當于我們原來(lái)傳統涂布機產(chǎn)能的7-8倍，這個(gè)有實(shí)際數據支撐的。第二個(gè)，使用雙層高速涂布機提高了開(kāi)機率，這個(gè)也比較容易理解。第一個(gè)是A+B面雙層涂布，減少上下料，減少了做首件的周轉時(shí)間。第三個(gè)就是使用雙層高速涂布機的話(huà)，提高了我們單位面積的產(chǎn)值。像我們現在這一臺設備占地面積是400個(gè)平方左右，相當于同等產(chǎn)能傳統涂布機的場(chǎng)地節省的空間至少是一半以上。第四個(gè)就是我們人力成本的節省，像這種雙層高速涂布機，需要兩個(gè)人，最多三個(gè)人就可以實(shí)現設備的運行。但是傳統涂布機我們平均一臺需要一個(gè)人或者接近兩個(gè)人，所以我們同樣的產(chǎn)能，我們的人員可以減少80%以上。第五個(gè)就是我們的電池一致性大大提高，一臺設備做出來(lái)產(chǎn)品的質(zhì)量遠遠高于不同的設備，不同的操作人員做出來(lái)的極片一致性，所以對電池性能的提高具有非常大的改觀(guān)。最后一個(gè)，特別適合大規模的生產(chǎn)，因為我們現在國家政策的一些需求，或者是我們電池廠(chǎng)規模的一些要求，像這樣一臺涂布機的產(chǎn)能，一年可以達到1GWh以上，所以我們一臺的涂布機就可以滿(mǎn)足一個(gè)小型工廠(chǎng)產(chǎn)值的要求。
目前國產(chǎn)雙層高速涂布機的現狀，國內整體雙層高速涂布機的數量比較少，只有二十多臺，包括進(jìn)口線(xiàn)在內。第二，國產(chǎn)雙層高速涂布機發(fā)展較晚，我司是2014年最早投入雙層高速涂布機的研發(fā)。國內的意識或者設備廠(chǎng)的研發(fā)比較晚，因為擠壓式涂布機生產(chǎn)也是2011年的時(shí)候才開(kāi)始大批量生產(chǎn)，相對日韓來(lái)說(shuō)，我們起步比較晚，有些地方我們現在還在追趕當中。像我們14年開(kāi)始投入的雙層高速涂布機的研發(fā)，在15年我們設計出了一臺樣機，2015年10月份的時(shí)候可以實(shí)現速度70米的生產(chǎn)，這個(gè)也是當時(shí)國內第一臺速度能達到70米的雙層高速涂布機。在2016年的時(shí)候，我們接到兩臺雙層高速涂布機的訂單。我們跟日本的設備放在一起同時(shí)PK，交貨的時(shí)間比日本短的非常多，我們不到四個(gè)月的時(shí)間就完成了交付。這個(gè)設備也是在第一代設備上進(jìn)行改進(jìn)的，大概在今年5月份開(kāi)始交付使用，目前已經(jīng)連續生產(chǎn)半年時(shí)間，生產(chǎn)速度超過(guò)80米，比日本同一批進(jìn)來(lái)的設備交付的時(shí)間早，速度比它快。最快的速度可以達到80米以上，寬度他們設計的時(shí)候最寬的寬度可以達到1米，這兩臺設備也得到客戶(hù)的一致認可。截止到目前為止，包括在調試中的設備，我們目前已經(jīng)有六臺雙層高速的設備出貨。
對于雙層高速涂布機這種大型的設備有哪些關(guān)鍵的技術(shù)，我這里列了幾點(diǎn)。第一個(gè)就是對設備整體剛性和強度的把控，我們這樣一臺寬度在七到八米，高度在六米的高度，設備大概在兩百?lài)嵶笥?，是我們整個(gè)電池工序里面單機設備最大最重的一個(gè)設備，所以對設備剛性、強度要求非常高，如果這個(gè)把控不好，在前期安裝，在后期連續使用的時(shí)候，我們設備的一些精度可能就達不到，會(huì )產(chǎn)生一些不穩定的因素。第二個(gè)就是我們的烘箱設計。速度提高到80米后，對烘箱的設計要求非常高。首先前期的分析非常關(guān)鍵，一旦烘箱能力達不到，干燥的效果達不到。第三是加工精度的要求，這個(gè)也是目前我們國內跟國外比的一個(gè)短板。像我們加工精度這一塊有幾個(gè)比較典型的，第一個(gè)是我們鈑金的加工，目前國內鈑金加工雖然比以前有很大的提高，但是相對于日本的加工水平，我們差距非常大。很典型的幾個(gè)，第一個(gè)是對我們鈑金的折彎或者平整度要求，對國內供應商來(lái)說(shuō)，基本上達不到國外客戶(hù)要求。第二，環(huán)境的把控，因為我們的烘箱要求是無(wú)塵的，這個(gè)目前國內大部分同行也是很難保證。我們這一塊要求所有的烘箱配套供應上必須要建自己的清潔房，所有的零部件清洗完然后再安裝，保證裝配完的烘箱是清潔的。第四個(gè)就是張力波動(dòng)的控制，這個(gè)對整個(gè)控制還有設計結構的要求，原來(lái)我們的速度可能20米、30米，要求相對來(lái)說(shuō)比較低。速度提到80米、90米以后，怎么能夠保證我們不斷帶，對張力波動(dòng)控制要求非常高。第五個(gè)就是對設備的安裝精度要求高，因為這是一個(gè)大型設備，安裝要求系統化的有層次的保證安裝的精度，一層一層的累積。第一道如果沒(méi)安裝到位的話(huà)，第二道就不能安裝，像這種大型設備一般安裝的時(shí)候，先把整個(gè)平臺安裝好，保證平臺的平整度，達到我們要求的范圍之內，再安裝其他的部件。因為我們烘箱是裝到平臺上面的，烘箱是否平整接影響我們走帶的平順還有干燥的質(zhì)量，所以平臺安裝好之后，我們在安裝烘箱的時(shí)候，固定好之后，過(guò)輥平行水平，風(fēng)嘴的平行度。第六個(gè)是高速自動(dòng)換卷的設計、調試，自動(dòng)換卷的設計，程序的控制要求非常高，這一點(diǎn)我們現在積累了相當豐富的經(jīng)驗，能夠完全滿(mǎn)足80米的要求。第七個(gè)也是比較難的問(wèn)題，就是我們調整涂布，怎么能保證極片不打皺，不單單是涂布這個(gè)位置，在輥軋、分切等等，中間極耳位置非常容易打皺，非常不好解決。我們涂布機上有一些獨特的設計，積累了一些經(jīng)驗，把我們基材的除皺解決的比較完美。第八個(gè)是對一些自動(dòng)化的要求，后面有一頁(yè)專(zhuān)門(mén)講我們在自動(dòng)化這塊做的一些涂布。
我大概列舉了以下幾個(gè)在我們涂布行業(yè)相對來(lái)說(shuō)有些突破的自動(dòng)化的功能，第一個(gè)就是我們的模頭橫向重量閉環(huán)自動(dòng)調節，這是我們今年才研發(fā)出來(lái)的比較新的一個(gè)功能。后面一頁(yè)我單獨會(huì )講一下我們的模頭橫向重量閉環(huán)自動(dòng)調節，第二是縱向重量流量閉環(huán)自動(dòng)調節，我們的漿料粘度或者是溫度變化的時(shí)候，縱向有一個(gè)變化的趨勢，是變重或變輕，通過(guò)我們測量系統跟我們的供料系統做一個(gè)閉環(huán)，保證縱向的流量是穩定的。這個(gè)相對來(lái)說(shuō)應用的時(shí)間比較早，大概有一兩年時(shí)間了。第三個(gè)是我們的上下料AGV對接這一塊，現在很多客戶(hù)都希望實(shí)現自動(dòng)化，但是涂布機與AGV對接這一塊，目前國內真正用起來(lái)，我知道也就是兩到三家公司把它用起來(lái)。我們這一塊與客戶(hù)密切配合，已經(jīng)能實(shí)現AGV上下料的自動(dòng)對接。它的主要難點(diǎn)，可能比后段的設備更大。第一個(gè)，一般車(chē)間的涂布機相對比較多，怎么能保證AGV與每一臺涂布機都能完美的匹配，上料及下料，還能跟我們的輥軋以及后面的分切對接，這是比較難的。AGV要求的精度很高，上下料卷筒長(cháng)度保證一致。這一點(diǎn)對客戶(hù)來(lái)講，就產(chǎn)生了一些額外的成本，卷筒必須要做定制的。還有料卷做的越來(lái)越大，重達兩噸，像這么大AGV的搬運，在國內能做的廠(chǎng)商數量有限，價(jià)格比較昂貴。第四個(gè)是我們的數字化的功能，我們動(dòng)力電池在正反面極片邊緣閉環(huán)對齊的時(shí)候要求很高，怎么能夠保證涂布過(guò)程中和涂布后，能夠實(shí)時(shí)調整，實(shí)時(shí)檢測，這個(gè)在低速的時(shí)候其實(shí)用了很多年，在高速的時(shí)候，因為它要實(shí)現高速對齊，另外還要檢測邊緣偏差，相對來(lái)說(shuō)難度還是非常大的。我們通過(guò)一些結構的改善，實(shí)現程序的優(yōu)化。第五個(gè)，自動(dòng)穿帶功能，在烘箱不降溫的情況下，烘箱入口有牽引裝置，把新的極材牽引過(guò)去。最后一個(gè)是安全方面的自動(dòng)化，速度快了之后，單位時(shí)間產(chǎn)生的NMP的量比以前多了很多，怎么能夠保證設備安全穩定的運行，這時(shí)候我們有一些監控和保護的裝置，設置報警點(diǎn)和強制停機功能。
模頭橫向重量自動(dòng)調節，這是鋰電涂布首創(chuàng )，通過(guò)我的電機的驅動(dòng)，來(lái)控制涂布出料的縫隙，來(lái)控制漿料的流量。這個(gè)圖上可以看到有一排白色的就是我們的控制點(diǎn)，一個(gè)對應一個(gè)，可以上下調節。每一個(gè)有數據反饋和位置反饋到我們的顯示屏上面。我們啟動(dòng)閉環(huán)控制的時(shí)候，就能實(shí)現自動(dòng)調節，綠色的線(xiàn)是調之前的，紅色的線(xiàn)是調完之后的，實(shí)現無(wú)人操作，在此之前，我們這些橫向重量是沒(méi)法實(shí)現自動(dòng)化操作的。每個(gè)機頭都要站一個(gè)人，有了這個(gè)功能之后，就實(shí)現了自動(dòng)的調整，人力成本也節省了，而且可以對質(zhì)量做一個(gè)預判，控制在一個(gè)比人工更精準的范圍。通過(guò)我們的實(shí)驗數據，橫向的重量可以做到正負2mg。
最后我寫(xiě)了一個(gè)結束語(yǔ)，我們涂布作為鋰電池最為關(guān)鍵的工序之一，其產(chǎn)品對整個(gè)EV電池的生產(chǎn)起大至關(guān)重要的作用。雙層高速涂布機以其強大優(yōu)勢，結合越來(lái)越先進(jìn)的檢測和自動(dòng)化手段，成為未來(lái)EV電池大規模、高品質(zhì)生產(chǎn)首選之重器。在國家政策強推下，電芯廠(chǎng)家規?；厔菝黠@，雙層高速涂布機逐步成為主流。前五名動(dòng)力電池的廠(chǎng)家已經(jīng)占了國際市場(chǎng)的70%以上，這些大廠(chǎng)在有限的這些場(chǎng)地空間之內，要作出那么大的產(chǎn)量，雙層高速涂布機也是他們的一個(gè)首選。國產(chǎn)雙層高速涂布機技術(shù)也會(huì )迅速發(fā)展完善，代替進(jìn)口設備。謝謝大家！
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