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锂离子电池生产后端设备(组装)行业发展趋势分析:高精度、一体化

发布时间:2019-08-19  来源:立鼎产业研究网  点击量: 73 

锂离子电池的制造分为极片制作、电池单元(电芯)制作和电池组装(后处理)等三个工段,其中后处理是电芯制造完成后的工序,主要是完成电芯的激活、检测和品质判定,具体包括电芯的化成、分容、检测、分选等工作。后处理是成套锂电池制造工艺中的最后一道关键工艺步骤,直接决定了电池成品率和最终品质,进而影响了锂电池制造商的产品竞争力与盈利能力。

锂离子电池的生产过程


资料来源:公开资料

锂离子电池生产线后处理工序


资料来源:公开资料

——化成:化成就是激活电芯,使电池中活性物质借第一次充电转成正常电化学作用,并使电极主要是负极表面生成有效钝化膜或SEI 膜,使电芯具有存储电的能力。由于锂离子的嵌入过程必然经过覆盖在碳负极上的SEI 膜,因此SEI 膜的特性决定了嵌脱锂以及负极电解液界面稳定的动力学特征,也就决定了整个电池的性能,如循环寿命、自放电、额定速率以及低温性能等。

——分容:即“分析容量”,将化成好的电芯按照设计标准进行充放电,以测量电芯的电容量。分容需要对电芯进行一次完整的充电及放电,国外某些电池生产厂家使用单独的充电机和放电机,但在国内,一般使用带有充电和放电功能的充放电机来进行分容,所以充放电机有时也被叫做分容机。

——检测:在充电、放电、静置前后均要进行,主要由充放电机及专用的检测设备来进行检测。检测的内容包括电芯的电流、电压、时间、电阻等。

——静置:分为常温静置和高温静置。在静置阶段,电芯处于自放电状态,测试静置前后电芯的电压和内阻,可以更准确地了解电芯的质量。

——分选:又叫分档、等级分选,即对化成、分容好的电池按一定标准进行分类选择。选取性能接近的电芯,有助于电池整体性能的最大发挥,对单体电芯而言,可以区分电池品质,剔除不良品,满足出货要求;对组合电芯而言,可以提高配组的一致性,保证电池能良好地运行。

后处理系统主要由充、放电设备(充电机、放电机、充放电机)、电压/内阻测试设备、不良品排除设备、分选设备、自动化物流设备及相应的系统整体控制软件等组成。其中充放电机是整个后处理系统的核心设备之一,也是后处理系统中使用量最多的设备。充放电机的最小工作单位是“通道”。在充放电机实际使用中,一个“单元”由一定数量的通道组合而成,工作时为若干个电芯同时进行充电或放电。若干个单元( BOX)组合在一起,就构成了一台充放电机。

锂离子电池生产线后处理系统的组成部分


资料来源:公开资料

锂离子电池后处理设备将向着高精度、高效率、系列化、节能环保以及全自动生产线方向发展,以满足下游锂离子电池对大容量、大功率、高性能、高稳定性等需求的不断增长。

——后处理系统的控制/检测精度不断提升。充放电和检测直接决定了锂离子电池的各项性能以及一致性,因此,不断地提高充放电的控制精度与检测精度,是后处理系统发展的必然要求,也是后处理系统设备水平高低的标志。随着下游动力电池能量密度和性能要求的不断提升,后处理系统的控制/检测精度也将进一步提升。目前,杭可科技可以做到电压控制/检测精度为万分之二、电流控制/检测精度为万分之五的水平。

——全自动化和一体化趋势。目前,我国动力锂电池制造生产线的自动化水平偏低,较国际龙头锂电池企业85%以上的自动化率存在较大差距,而全自动化的锂电设备提高了锂离子电池的一致性,从而提高了产品合格率、保证了较高的安全性。同时,一体化设备将两个及以上设备集成,一方面能够提高电池的生产效率、减少人工投入,另一方面减少人手与电芯的接触,能够提升电池性能。

国内外动力锂电池生产线自动化水平对比


资料来源:公开资料

——节能环保要求提高充电效率和能量回收水平。在后处理系统中,锂离子电芯的化成和分容,都需要对电芯进行充电和放电,虽然单个电芯充放电所耗的电量较低,但巨大的电芯生产数量和数次充放电相乘积,总体的能耗十分惊人。随着节能环保理念的兴起以及技术的发展,提高充电时的能量利用效率并且将电芯放电时释放的电能重新回馈电网,成为后处理系统的发展方向之一。目前,泰坦新动力的能量回馈峰值高达80%~90%,且相比传统化成分容系统节电60%~80%;杭可科技的能量回馈值为80%以上,且充电总效率达到80%以上。

能量回馈的原理


资料来源:公开资料

——软包电池带动高温加压设备的市场空间。在新能源汽车补贴退坡、技术标准不断提升的影响下,具备能量密度高、重量轻、规格形状方便定制化生产(满足做大电池尺寸的要求)等优点的软包电池发展空间将扩大。在后处理系统的生产工艺方面,与软包电池相关的充放电工艺有常温条件下的充放电工艺、高温加压充放电工艺、恒温充放电工艺等,其中高温加压技术以及恒温技术对软包电池的各项性能指标都有较好的提升,因此高温加压设备将受益于软包电池的需求扩张。杭可科技运用温度/压力控制类技术实现自动化的生产方式,将电池的加温加压与化成两个工序融为一个工序,大大减少了电池后处理工艺的时间,2018 年公司高温加压充放电设备的收入占比已达到32.68%

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