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钟罩式高速注液方案破解大圆柱量产注液难题
铂纳特斯| 锂电设备 文章来源自:高工锂电网
2022-06-30 09:08:41 阅读:17627
摘要相较18650/21700电池,大圆柱电池在工艺设计和装配技术等方面的要求更高,倒逼锂电设备企业进行产品升级和工艺革新。

【文/铂纳特斯自动化总经理 祝利民】随着特斯拉4680电池产业化提速,国内电池企业也纷纷跟进布局46系列大圆柱电池,加上原有的32/40/60等系列,大圆柱电池市场将迎来“百花齐放”的竞争态势。

在产业化方面,国内电池企业普遍在2021年进行大圆柱电池从研发到工艺验证,在2022年完成中试线到量产线的准备,最终计划在2023年开始实现规模化制造。

值得注意的是,相较18650/21700电池,大圆柱电池在工艺设计和装配技术等方面的要求更高,倒逼锂电设备企业进行产品升级和工艺革新。

整体来看,大圆柱电池的产业化进程将受以下几个因素影响:

产品定位:市场定位决定规划

当前,包括新能源乘用车、低速车、储能等应用场景对锂电池的外形与材料体系的要求逐步清晰化,未来会逐步走向标准化,而圆柱电池将凭借标准化优势在上述领域大规模应用。

其中,新能源乘用车或将以4680、4695甚至46120系列的大圆柱电池为主,主要采用高镍材料体系,实现续航里程进一步提升;低速车和储能市场对圆柱电池尺寸的应用范围比较灵活,以32/40和60系列居多,材料体系将以磷酸铁锂为主,同时还有成本更低的锰酸锂体系。

工艺设计:工程能力决定成败

跟传统圆柱电池相比,以4680为代表的大圆柱电池采用创新结构设计,新增全极耳成型、揉平、全极耳与集流盘或壳体激光焊接、开口化成、激光焊盖板等工序。

新结构带来了工艺实现和一致性的挑战,影响电池良率。

例如,揉平工艺很早就在国内出现但没有大规模应用,大圆柱电池主要以揉平工艺为主,这将决定其未来产线的生产效率和可靠性。此外,如何实现大圆柱电池的全极耳与集流盘焊接也是一个重要课题。

同时,大圆柱电池外壳是采用钢壳还是铝壳需要考虑清楚,钢壳会随着高度的增加难度会加大,成本也会提高。采用后镀镍还是预镀镍工艺也会直接影响壳体成本。

在滚槽与焊接方面,滚槽与焊接都是相对比较成熟的工艺都可以采用,关键是漏液的比例接受程度。其中焊接效率相对较慢,投入成本更高,旋封可能是一个比较好的解决方案。

在注液工艺方面,大圆柱电池分为从盖板中孔注液和中孔旁注液孔注液两种方式。其中注液孔注液会增加大圆柱电池的注液难度,而在高速自动生产装配模式下,开口注液是主流。

装配技术:装配水平决定规模

与方形、软包电池相比,采用高速自动装配线生产是圆柱电池最大的竞争力,在这方面延展来评估与开发最优的装配工艺,不能只考虑工艺而不考虑设备,否则会严重制约大圆柱电池高速自动化生产的实现。

与此同时,集流盘、绝缘盖等新材料出现必须选择好材质与特性,必须符合大圆柱电池高速装配线生产的特点与要求。

在产品开发方面,大圆柱电池装配段的工艺改变单纯依靠电芯企业的难度很大。因此,电芯企业主导结构件企业和设备企业实现联合开发与融合,能够帮助电池企业实现大圆柱电池快速规模化量产。

注液方案:钟罩注液成为首选

电芯注液分为一次注液和二次注液,二次注液是方形电池的常规工艺,而采用揉平工艺的大圆柱电池对电解液吸收难度会加大,高速钟罩式注液方案将成为高镍大圆柱电池注液方案的首选。

从注液效率来看,目前圆柱电池自动装配线的最高效率为300PPM,但对电池企业的工程能力要求极高且成本极高。因此可以先上150PPM的自动装配线,而注液效率达150PPM的钟罩式注液机是实现大圆柱电池量产的可靠选择。

在此情况之下,铂纳特斯开发的高速大圆柱钟罩式注液机系列产品,可以满足大圆柱电池自动装配线150PPM的生产节拍。

铂纳特斯是一家集精密注液设备、化成分容设备的研发、生产、销售、服务为一体的国家高新技术企业。公司专注于各种流体自动注液设备的研发与创新,主要产品涵盖了注液机、精密注液泵、化成分容等系列产品。

与此同时,铂纳特斯还将注液与化成分容进行后段工艺整合,推出化成分容整体解决方案。

目前,铂纳特斯具备全自动150条以上/年的注液机生产产能和整线20条以上/年的化成产能,在注液泵、电源等核心配件方面可实现自主制造。

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