新能源汽车、动力/储能电池产业发展迅猛,不断超出行业预期。据不完全统计,截至目前,全球头部电池企业规划到2025年的锂电池(动力+储能)产能将超过3.5TWh。从电池工艺看,近年来,方形大尺寸电芯在全球动力、储能电池领域的发展中备受青睐,装机量大增,而叠片工艺作为方形大尺寸电芯制造工艺中的重要组成部分,带动叠片设备迎来高增量期。
“相较于卷绕工艺,叠片工艺具有电芯散热好、能量密度高、循环寿命长、安全性高,可兼容大小尺寸极组等优势,目前主流电池企业均有叠片电池技术路线规划。伴随叠片设备技术不断进步,叠片工艺也有望得到更大规模的应用。”深圳市光大激光科技有限公司董事长何林在第七届动力电池应用国际峰会(CBIS2022)上如是说。
图为深圳市光大激光科技有限公司董事长何林作演讲
会议期间,在光大激光冠名的“新能源汽车的全球供应链变革”专场论坛上,何林作题为《叠片设备发展趋势及工艺创新》的主题演讲,向与会代表分享了光大激光对锂电池叠片工艺和装备发展趋势的判断及创新研发成果。
面向即将到来的TWh时代,为了缩短电池交付周期,一方面,头部电池企业越来越关注在保障电池品质、提高良率的同时,如何提升单线设备生产效率;另一方面,设备企业也在蓄力,通过技术和产品创新,布局并助力电池企业下一阶段的技术迭代和产能提升。
中信证券研报显示,在主流电池企业方形大电芯趋势带动下,预计到2027年采用叠片设备的电池产能将达到845GWh,对应叠片机设备空间约253亿元,折合未来5年CAGR达到35%。
作为锂电池中段电芯装配工序核心环节,业内人士指出,叠片工艺此前未能大规模应用主要受制于生产效率低、良率低等问题。
在此背景下,提高叠片工艺效率已成为叠片设备重要的研究课题,何林在会上判断,“叠片机未来的发展方向将是切叠一体机。”
据何林介绍,“切叠一体机具备不产生重片、仅轻微掉粉、生产效率高、设备投入成本低、占地面积小等优势,有望成为未来市场应用主流。”
目前切叠一体机主要技术路线分为三类:单片Z型叠片机、热复合叠片机和多片Z型叠片机。
何林表示,从适用工艺看,这三类叠片机均适用于涂胶工艺,而单片Z型叠片机和多片Z型叠片机还适用于非涂胶工艺。
从降本增效表现看,单片Z型叠片机应用较早,生产效率较低;热复合叠片机和多片Z型叠片机生产效率较高。单片Z型叠片机和热复合叠片机占地面积较大、投入成本较高;而多片Z型叠片机则占地面积较小,且由于生产效率大幅提升,使设备投入成本显著降低。
值得注意的是,为了进一步提升生产效率,何林介绍道,从叠片机技术升级趋势看,单片Z型叠片机是采用增加叠片台数量的方式,但目前单叠台效率提得很高,已经快达极限,而且整个控制性、稳定性、操作维护等难度增大,叠片效率无法大幅提升;热复合叠片机采用提高热复合的方式,但从研究结果看,如果再提高热复合,隔膜在高速制程中或将无法承受,导致叠片效率也难以提升。
“而光大激光研发的多片Z型叠片机采用叠片数量增加(1片-N片)方式,提升效率更为方便,且多片叠同时覆膜,相较单片Z型叠片减少了隔膜产生的褶皱,进一步提高了覆膜效率;解决了极耳翻折痛点;减少极卷转运,提高了极片成型精度;高效自动化降低了人工成本,一举多得。”由此,何林认为,相较单片Z型叠片机和热复合叠片机,光大激光多片Z型叠片机的关键性能表现更优,性价比更高。
以300*100mm极片尺寸为例,目前光大激光多片Z型叠片机效率可达0.12s/pcs。
作为电芯制造设备头部企业,何林表示,光大激光主要为动力、储能电池行业提供电芯中段、模组PACK段系统解决方案,通过持续技术创新,大幅提高交付效率和客户产线投资性价比,并已经与国内外头部动力、储能电池企业建立深度合作。
在产品布局上,何林表示,除了高速切叠一体机,光大激光还推出了激光极耳切割机、电芯封装线、模组/PACK线等锂电装备。
据何林透露,光大激光高速切叠一体机具有减少物料转运、结构紧凑、便于操作、性价比高等特点,叠片效率高达0.1-0.15s/p,400-600ppm,处于行业领先水平,并将助力电池企业方形大尺寸电芯等在下游应用中大放异彩。
业内人士表示,宁德时代、比亚迪、国轩高科、蜂巢能源、亿纬锂能、欣旺达等头部电池企业封装技术呈多元化,但仍以方形为主。除了应用于软包外,叠片技术路线在方形电池的应用处于新旧设备迭代期,一方面切叠一体机成为发展趋势,另一方面叠片效率不断提升,具备前沿技术研发能力、设备自动化集成度高的企业有望进一步提高市场竞争力。
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