对于动力电池这样的极限制造来说,个别环节创新、设备侧自动化升级只能带来局部优化,很难实现弯道超车。
一尘不染的车间里,摆放着一台台大型充放电机设备。设备内部的平台上,新葡亰496net手正灵活地拎起一排电池,进行充放电测试。
这道工序叫化成 —— 锂电池经过物理成型后,还要被被激活,电芯才具备存储电能力。
如果将小麦收下来磨成粉的阶段称作前端,做成面团是中端,面包的烘烤是后端,那么,锂电池的化成就是 " 烘烤 " 阶段。
在此之前,锂电池已走过 " 磨粉 " 的极片制造,以及 " 做成面团 " 的电芯装配阶段。
锂电池的生产流程,产线可以分为前端、中端和后端。锂电池制造是高复杂度的流程型制造业,其生产可粗略分为 15/16 道工序,其中既涉及到物理变化(主要是极片制造),也涉及到化学变化(SEI 膜的形成),工艺点数以千计。
在现有材料体系内,电池价值和难度大约有 20% 是在研发环节,剩余 80% 是生产制造。对于主打短刀片电池和叠片工艺的蜂巢能源来说,其在动力电池在材料和设计上的优点能否得到大批量高品质复制,是决定其成本和市场竞争力的关键。
" 从原材料到能量存储转换成品,生产制造环节是各项先进制造技术聚焦的主战场。" 章鱼博士总经理李翌辉认为。
这也意味着个别环节创新、设备侧自动化升级只能带来局部优化,很难实现弯道超车。全局最优解在于将信息化、网络化、数字化、智能化融入电池制造全过程。
2022 年 8 月,蜂巢能源成立了专注于智能控制和智能制造领域平台公司章鱼博士智能技术(上海)有限公司(以下简称 " 章鱼博士 ")。除了 " 对内 " 承接蜂巢能源 AI 智能工厂建设的战略分工,提供包括 AI 智能仿真、AI 智能视觉、AI 智能分析等创新技术支持,章鱼博士还 " 对外 " 提供能源互联、工业智控硬件、AI 算法与核心工业软件、灯塔工厂总包集成等方向产品与服务。
" 章鱼博士成立之初就定位成为一个智能制造的平台,旨在推动整个产业链的转型升级。" 李翌辉说。
一、动力电池的 " 极限制造 "
一般而言,制造业主要可以划分为流程型制造业(比如水泥、钢铁)和离散型制造业(比如造手机)两大类。锂电池制造兼具两类制造的特点。
" 粉料匀浆、涂布到辊压对生产连续性要求很高,后半段的膜切、叠片装配又表现为离散制造。" 李翌辉解释道。
总体而言,锂电池制造的前段属于高复杂度的流程型制造业。流程型制造以配方为核心,本身就有较强易变性和伸缩性,混合了物理、化学变化。其中,工艺参数众多而又互相关联、互相作用、互相制约,工程设备租赁,属于开放复杂系统,不少事物难以有确定的数字解,难于数字化。这也是为什么当下动力电池标准化程度很低,材料、生产设备和工艺几乎定制化,反映出一家企业电池制造的独特理解和经验。
粗略而言,锂电池生产可分为十几道工序,既涉及物理变化(主要是极片制造),也涉及化学变化(SEI 膜的形成),工艺点数以千计。
" 一条产线至少有 2500 个关键质量控制点。" 李翌辉举例。例如,均浆搅拌时要做到搅拌均匀,就要监测搅拌轴的转速、搅拌温度、匀浆粘度;涂布环节需要监测速度、面密度、张力、压力,烘干环节监测温度;厂房环境要密切监测温湿度、粉尘等。
这些不同结构和功能的工序通过非线性耦合构成一个复杂系统,并且由于降本提效的需求,其配方也在不断迭代,导致其技术复杂性在制造业里出于很高水平。
就蜂巢能源的叠片工艺生产方形电池的技术路线来说(目前方形电池多数采用卷绕工艺装配电芯),产品性能方面优势明显,挖掘机加长臂图片,同时也意味着更高的工艺门槛和生产成本。其中,最大挑战是生产效率以及质量控制。
目前叠片机的叠片效率(五工位)在 4 片 /s,与卷绕效率相差较远。据测算,在电芯尺寸较小的情况下,只有单工位效率提升到 0.2 秒 / 片左右时,叠片工艺才可能与卷绕工艺成本相当。
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