新嘉拓技術(shù)總監(jiān)朱高穩(wěn)：雙層高速涂布機(jī)—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(jiān)朱高穩(wěn)作主題演講
11月16日，“2017’第二屆動(dòng)力電池應(yīng)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(yīng)用分會(huì)承辦，無錫先導(dǎo)智能裝備股份有限公司聯(lián)合承辦。參加此次峰會(huì)人數(shù)超600人。
深圳新嘉拓自動(dòng)化技術(shù)有限公司技術(shù)總監(jiān)朱高穩(wěn)帶來了對(duì)于雙層高速涂布機(jī)的詳細(xì)介紹。
（以下為朱高穩(wěn)發(fā)言全文：）
朱高穩(wěn)：大家下午好！我們新嘉拓是璞泰來的全資子公司。我今天講的主題是雙層高速涂布機(jī)—EV電池之重器。大家先看這個(gè)圖，這是我們對(duì)雙層高速涂布機(jī)的定義，區(qū)別于我們以前傳統(tǒng)的涂布機(jī)，具備了幾個(gè)特點(diǎn)。第一個(gè)，它的是專門用在鋰電池正負(fù)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涂布的。 第三連續(xù)涂布方式。第四，A+B面雙層串聯(lián)涂布。這種在國內(nèi)也有，但是相對(duì)來說A+B串聯(lián)的涂布是相對(duì)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(bào)告里面總共包含了這八個(gè)內(nèi)容，第一個(gè)是我們現(xiàn)在國內(nèi)鋰電池終端的需求量，第二個(gè)就是我們國內(nèi)的動(dòng)力電池在全球的占比，第三個(gè)是我們現(xiàn)在國內(nèi)的動(dòng)力電池對(duì)涂布機(jī)的需求量，第四是進(jìn)口涂布的主要廠家及類型分布。第五是雙層高速涂布機(jī)對(duì)動(dòng)力電池生產(chǎn)的意義，第六是國產(chǎn)雙層高速涂布機(jī)的現(xiàn)狀。第七是雙層高速涂布機(jī)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(jī)上面的一些功能實(shí)現(xiàn)。
第一，我們目前在一些相關(guān)網(wǎng)站上面取的一些數(shù)據(jù)，從2016年到2020年未來這五年時(shí)間，我們鋰電池行業(yè)整個(gè)需求量的預(yù)測(cè)，其中我們可以看到總的需求量從去年的62.4GWh到2020年估計(jì)可以達(dá)到170GWh，預(yù)計(jì)每年的增長(zhǎng)大概在28.3%。動(dòng)力電池這一塊，去年是30GWh，到2020年規(guī)模可以達(dá)到110GWh，平均每年增長(zhǎng)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(nèi)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(yù)計(jì)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(zhǎng)，對(duì)涂布機(jī)的需求量增長(zhǎng)，這是我們預(yù)測(cè)的。數(shù)量是我們根據(jù)每年的動(dòng)力電池需求量，反推回來，對(duì)應(yīng)的我們單層標(biāo)準(zhǔn)涂布機(jī)產(chǎn)量，從去年大概221臺(tái)到2017年245臺(tái)，也是逐年往上增的，到2020年預(yù)計(jì)涂布機(jī)的需求量大概372臺(tái)，這個(gè)推算主要是動(dòng)力電池涂布機(jī)的需求量，可能會(huì)有一些出入。因?yàn)楝F(xiàn)在市場(chǎng)上一個(gè)是產(chǎn)能過剩，第二個(gè)是其他的一些電池涂布機(jī)可能混在一起，所以我們算的話只是動(dòng)力電池的。預(yù)計(jì)增長(zhǎng)量，大概每年15%的增長(zhǎng)量。
我大概統(tǒng)計(jì)了一下，目前我們國內(nèi)的進(jìn)口涂布機(jī)和高端的一些涂布機(jī)的產(chǎn)量。從日韓賣到國內(nèi)的一些大廠的數(shù)量，我們從這個(gè)表上可以看到，前面三項(xiàng)是日本的設(shè)備，后面四項(xiàng)是韓國的設(shè)備，最后一項(xiàng)是其他的設(shè)備。從數(shù)量上可以看到，這些設(shè)備不管是單層的還是雙層的，整個(gè)數(shù)額不是非常大，相對(duì)來說比較集中。我們可以看第一項(xiàng)，第一項(xiàng)是日本的廠家，這個(gè)是日本東麗的，目前在國內(nèi)單層涂布機(jī)大約30臺(tái)，雙層涂布機(jī)大概是36臺(tái)。這個(gè)比例占到整個(gè)進(jìn)口涂布機(jī)數(shù)量的46%，可以說是一家獨(dú)大。第二家是日本井上的，他目前在國內(nèi)的數(shù)量和第三名的數(shù)量差不多，總數(shù)16臺(tái)，占比是11%。我們可以看到前三項(xiàng)，日本廠家整個(gè)占的比例差不多有70%，日本的設(shè)備在我們國內(nèi)的銷售量是非常大的。第四個(gè)是韓國，韓國的設(shè)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(shè)備占我們進(jìn)口設(shè)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，像力神、比亞迪這些比較大的工廠里面。
這是做的一個(gè)分類統(tǒng)計(jì)，日本的占了69%，韓國占了30%，我按涂布機(jī)的類型來分的話，單層設(shè)備占了31%，雙層設(shè)備占了69%，所以國內(nèi)的客戶選擇還是雙層涂布機(jī)的比較多。最后還有一項(xiàng)，這一項(xiàng)跟我們今天講的這個(gè)主題雙層高速涂布機(jī)是相關(guān)的。大概150臺(tái)里面，大概有18%的涂布機(jī)是雙層高速的涂布機(jī)，大概有二十幾臺(tái)。從整個(gè)數(shù)據(jù)分析來看，雙層高速涂布機(jī)目前數(shù)量相對(duì)來說是很少的，在整個(gè)進(jìn)口設(shè)備里面占的比例也相對(duì)比較小，所以有很大的發(fā)展?jié)摿?/span>。
這一頁我寫了幾個(gè)，就是我們雙層高速涂布機(jī)對(duì)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(tǒng)的設(shè)備發(fā)動(dòng)機(jī)的速度在20-30的速度，但是雙層高數(shù)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(dá)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機(jī)率這些因素算到里面去，一臺(tái)的雙層高速涂布機(jī)相當(dāng)于我們?cè)瓉韨鹘y(tǒng)涂布機(jī)產(chǎn)能的7-8倍，這個(gè)有實(shí)際數(shù)據(jù)支撐的。第二個(gè)，使用雙層高速涂布機(jī)提高了開機(jī)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(zhuǎn)時(shí)間。第三個(gè)就是使用雙層高速涂布機(jī)的話，提高了我們單位面積的產(chǎn)值。像我們現(xiàn)在這一臺(tái)設(shè)備占地面積是400個(gè)平方左右，相當(dāng)于同等產(chǎn)能傳統(tǒng)涂布機(jī)的場(chǎng)地節(jié)省的空間至少是一半以上。第四個(gè)就是我們?nèi)肆Τ杀镜墓?jié)省，像這種雙層高速涂布機(jī)，需要兩個(gè)人，最多三個(gè)人就可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的運(yùn)行。但是傳統(tǒng)涂布機(jī)我們平均一臺(tái)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(tái)設(shè)備做出來產(chǎn)品的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于不同的設(shè)備，不同的操作人員做出來的極片一致性，所以對(duì)電池性能的提高具有非常大的改觀。最后一個(gè)，特別適合大規(guī)模的生產(chǎn)，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在國家政策的一些需求，或者是我們電池廠規(guī)模的一些要求，像這樣一臺(tái)涂布機(jī)的產(chǎn)能，一年可以達(dá)到1GWh以上，所以我們一臺(tái)的涂布機(jī)就可以滿足一個(gè)小型工廠產(chǎn)值的要求。
目前國產(chǎn)雙層高速涂布機(jī)的現(xiàn)狀，國內(nèi)整體雙層高速涂布機(jī)的數(shù)量比較少，只有二十多臺(tái)，包括進(jìn)口線在內(nèi)。第二，國產(chǎn)雙層高速涂布機(jī)發(fā)展較晚，我司是2014年最早投入雙層高速涂布機(jī)的研發(fā)。國內(nèi)的意識(shí)或者設(shè)備廠的研發(fā)比較晚，因?yàn)閿D壓式涂布機(jī)生產(chǎn)也是2011年的時(shí)候才開始大批量生產(chǎn)，相對(duì)日韓來說，我們起步比較晚，有些地方我們現(xiàn)在還在追趕當(dāng)中。像我們14年開始投入的雙層高速涂布機(jī)的研發(fā)，在15年我們?cè)O(shè)計(jì)出了一臺(tái)樣機(jī)，2015年10月份的時(shí)候可以實(shí)現(xiàn)速度70米的生產(chǎn)，這個(gè)也是當(dāng)時(shí)國內(nèi)第一臺(tái)速度能達(dá)到70米的雙層高速涂布機(jī)。在2016年的時(shí)候，我們接到兩臺(tái)雙層高速涂布機(jī)的訂單。我們跟日本的設(shè)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(shè)備也是在第一代設(shè)備上進(jìn)行改進(jìn)的，大概在今年5月份開始交付使用，目前已經(jīng)連續(xù)生產(chǎn)半年時(shí)間，生產(chǎn)速度超過80米，比日本同一批進(jìn)來的設(shè)備交付的時(shí)間早，速度比它快。最快的速度可以達(dá)到80米以上，寬度他們?cè)O(shè)計(jì)的時(shí)候最寬的寬度可以達(dá)到1米，這兩臺(tái)設(shè)備也得到客戶的一致認(rèn)可。截止到目前為止，包括在調(diào)試中的設(shè)備，我們目前已經(jīng)有六臺(tái)雙層高速的設(shè)備出貨。
對(duì)于雙層高速涂布機(jī)這種大型的設(shè)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(duì)設(shè)備整體剛性和強(qiáng)度的把控，我們這樣一臺(tái)寬度在七到八米，高度在六米的高度，設(shè)備大概在兩百噸左右，是我們整個(gè)電池工序里面單機(jī)設(shè)備最大最重的一個(gè)設(shè)備，所以對(duì)設(shè)備剛性、強(qiáng)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(xù)使用的時(shí)候，我們?cè)O(shè)備的一些精度可能就達(dá)不到，會(huì)產(chǎn)生一些不穩(wěn)定的因素。第二個(gè)就是我們的烘箱設(shè)計(jì)。速度提高到80米后，對(duì)烘箱的設(shè)計(jì)要求非常高。首先前期的分析非常關(guān)鍵，一旦烘箱能力達(dá)不到，干燥的效果達(dá)不到。第三是加工精度的要求，這個(gè)也是目前我們國內(nèi)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(nèi)鈑金加工雖然比以前有很大的提高，但是相對(duì)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(duì)我們鈑金的折彎或者平整度要求，對(duì)國內(nèi)供應(yīng)商來說，基本上達(dá)不到國外客戶要求。第二，環(huán)境的把控，因?yàn)槲覀兊暮嫦湟笫菬o塵的，這個(gè)目前國內(nèi)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(yīng)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(duì)整個(gè)控制還有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的要求，原來我們的速度可能20米、30米，要求相對(duì)來說比較低。速度提到80米、90米以后，怎么能夠保證我們不斷帶，對(duì)張力波動(dòng)控制要求非常高。第五個(gè)就是對(duì)設(shè)備的安裝精度要求高，因?yàn)檫@是一個(gè)大型設(shè)備，安裝要求系統(tǒng)化的有層次的保證安裝的精度，一層一層的累積。第一道如果沒安裝到位的話，第二道就不能安裝，像這種大型設(shè)備一般安裝的時(shí)候，先把整個(gè)平臺(tái)安裝好，保證平臺(tái)的平整度，達(dá)到我們要求的范圍之內(nèi)，再安裝其他的部件。因?yàn)槲覀兒嫦涫茄b到平臺(tái)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(tái)安裝好之后，我們?cè)诎惭b烘箱的時(shí)候，固定好之后，過輥平行水平，風(fēng)嘴的平行度。第六個(gè)是高速自動(dòng)換卷的設(shè)計(jì)、調(diào)試，自動(dòng)換卷的設(shè)計(jì)，程序的控制要求非常高，這一點(diǎn)我們現(xiàn)在積累了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn)，能夠完全滿足80米的要求。第七個(gè)也是比較難的問題，就是我們調(diào)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(jī)上有一些獨(dú)特的設(shè)計(jì)，積累了一些經(jīng)驗(yàn)，把我們基材的除皺解決的比較完美。第八個(gè)是對(duì)一些自動(dòng)化的要求，后面有一頁專門講我們?cè)谧詣?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(duì)來說有些突破的自動(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(diào)節(jié)，這是我們今年才研發(fā)出來的比較新的一個(gè)功能。后面一頁我單獨(dú)會(huì)講一下我們的模頭橫向重量閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)，第二是縱向重量流量閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)，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(shì)，是變重或變輕，通過我們測(cè)量系統(tǒng)跟我們的供料系統(tǒng)做一個(gè)閉環(huán)，保證縱向的流量是穩(wěn)定的。這個(gè)相對(duì)來說應(yīng)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(duì)接這一塊，現(xiàn)在很多客戶都希望實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，但是涂布機(jī)與AGV對(duì)接這一塊，目前國內(nèi)真正用起來，我知道也就是兩到三家公司把它用起來。我們這一塊與客戶密切配合，已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)AGV上下料的自動(dòng)對(duì)接。它的主要難點(diǎn)，可能比后段的設(shè)備更大。第一個(gè)，一般車間的涂布機(jī)相對(duì)比較多，怎么能保證AGV與每一臺(tái)涂布機(jī)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(duì)接，這是比較難的。AGV要求的精度很高，上下料卷筒長(zhǎng)度保證一致。這一點(diǎn)對(duì)客戶來講，就產(chǎn)生了一些額外的成本，卷筒必須要做定制的。還有料卷做的越來越大，重達(dá)兩噸，像這么大AGV的搬運(yùn)，在國內(nèi)能做的廠商數(shù)量有限，價(jià)格比較昂貴。第四個(gè)是我們的數(shù)字化的功能，我們動(dòng)力電池在正反面極片邊緣閉環(huán)對(duì)齊的時(shí)候要求很高，怎么能夠保證涂布過程中和涂布后，能夠?qū)崟r(shí)調(diào)整，實(shí)時(shí)檢測(cè)，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?yàn)樗獙?shí)現(xiàn)高速對(duì)齊，另外還要檢測(cè)邊緣偏差，相對(duì)來說難度還是非常大的。我們通過一些結(jié)構(gòu)的改善，實(shí)現(xiàn)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(shè)備安全穩(wěn)定的運(yùn)行，這時(shí)候我們有一些監(jiān)控和保護(hù)的裝置，設(shè)置報(bào)警點(diǎn)和強(qiáng)制停機(jī)功能。
模頭橫向重量自動(dòng)調(diào)節(jié)，這是鋰電涂布首創(chuàng)，通過我的電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，來控制涂布出料的縫隙，來控制漿料的流量。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(duì)應(yīng)一個(gè)，可以上下調(diào)節(jié)。每一個(gè)有數(shù)據(jù)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(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，綠色的線是調(diào)之前的，紅色的線是調(diào)完之后的，實(shí)現(xiàn)無人操作，在此之前，我們這些橫向重量是沒法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作的。每個(gè)機(jī)頭都要站一個(gè)人，有了這個(gè)功能之后，就實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)的調(diào)整，人力成本也節(jié)省了，而且可以對(duì)質(zhì)量做一個(gè)預(yù)判，控制在一個(gè)比人工更精準(zhǔn)的范圍。通過我們的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，橫向的重量可以做到正負(fù)2mg。
最后我寫了一個(gè)結(jié)束語，我們涂布作為鋰電池最為關(guān)鍵的工序之一，其產(chǎn)品對(duì)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(jī)以其強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)，結(jié)合越來越先進(jìn)的檢測(cè)和自動(dòng)化手段，成為未來EV電池大規(guī)模、高品質(zhì)生產(chǎn)首選之重器。在國家政策強(qiáng)推下，電芯廠家規(guī)模化趨勢(shì)明顯，雙層高速涂布機(jī)逐步成為主流。前五名動(dòng)力電池的廠家已經(jīng)占了國際市場(chǎng)的70%以上，這些大廠在有限的這些場(chǎng)地空間之內(nèi)，要作出那么大的產(chǎn)量，雙層高速涂布機(jī)也是他們的一個(gè)首選。國產(chǎn)雙層高速涂布機(jī)技術(shù)也會(huì)迅速發(fā)展完善，代替進(jìn)口設(shè)備。謝謝大家！
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