11月12日,在2015年第3届中国(武汉)锂电新能源产业国际高峰论坛(ABEC2015,锂电“达沃斯”)上,深圳市新嘉拓自动化技术有限公司研发总监周研发表了题为《锂电池涂布技术的发展,回顾历史,看清未来》的演讲报告,以下是演讲报告实录。

深圳市新嘉拓自动化技术有限公司研发总监周研

  深圳市新嘉拓自动化技术有限公司研发总监周研

  中国电池杂志-中国电池11月12日讯(陈语 湖北武汉直播报道)11月12日,在2015年第3届中国(武汉)锂电新能源产业国际高峰论坛(ABEC2015,锂电“达沃斯”)上,深圳市新嘉拓自动化技术有限公司研发总监周研发表了题为《锂电池涂布技术的发展,回顾历史,看清未来》的演讲报告,以下是演讲报告实录:

  大家好,我是来自深圳市新嘉拓自动化的周研,我演讲的题目是“锂电池涂布技术的发展,回顾历史,看清未来”。这存在几个方面,一个,电动汽车可能有一段时间大家不明白未来发展方向是什么?很多材料,电池厂同样也不知道,但是我们作为更下一级的供应商,对我们来说也是一个难点,究竟未来怎么发展?

  当然,从这方面看发展方向,一方面是通过我们的实验,但是实验数据有可能是不完善的。另一方面我们看国际上先进电池厂是怎么发展的?但现在我们与国际上先进电池厂商的差距越来越小,他们能够提供的借鉴也越来越少。在这里我想提到的是回顾历史,看清未来,看我们涂布设备,涂布技术是怎样伴随着锂电池发展一步一步走过来的,看清我们未来的发展方向。

  第一个是对我们公司有一个简单的介绍,第二步会介绍涂布各项技术的历史与未来,我们说我们是专业的涂布设备的生产厂商,专门开发涂布技术。但我认为简单地说,能让大家便于理解,我们具有四项涂布技术,我们四项技术包含涂布技术,干燥技术,张力技术,纠偏技术。在未来我们可能会增加自动化的技术,也可能会增加检测方面的技术,去配合电池生产厂家几方面的发展。

  刚才整个论坛来看,电池生产厂家作为我们的客户来讲,他们多数提到的是几个方面,一方面成本,一方面安全性,在这些方面,我们究竟能配合大家做些什么?这是我报告讨论的一些问题。

  最后我们会根据我们的研发经验,去预测一下我们涂布设备发展方向,我们可以为在座的各位做些什么?

  这就是我们公司的一个简介,公司成立于2005年,十年间专注于锂电池涂布技术的开发,现在我们的产品就是涂布设备,但是涂布设备我们在锂电池上的应用其实也是很广泛的,是我们锂电池的正极涂覆,负极涂覆,还有配合国际国内先进厂家开发出他们的特种工艺,去涂覆一些微观材料,去帮助提高电池的一些特有的性能,增加电池的安全性,我们在这一方面配合工艺,配合各个电池厂的工艺做出了很多开发。

  下面是随着国内电池行业蓬勃发展我们取得的一些成绩,在国内我们连续多年全国产销量是第一,我们之所以取得成绩,我们有什么优势?我们优势是研发、品质、售后,品质不用提了,另一个是售后和研发的配套,我们认为是我们一个具有企业竞争力的地方,在帮助客户完善工艺,满足客户不断提高要求的同时,也帮助我们自身进行提高,这是我们售后和研发的关系。我们近几年来,在行业内树立好的口碑,主要是基于我们的售后和我们研发基于售后的配套。

  这是我们公司主要产品,上面是政府机材料的涂布机,下面是隔膜的涂布的表涂、底涂。像刚才讲的佛山金辉是很好的企业,我们面向市场的第一个客户就是佛山金辉,很多技术是他们最新应用的。我们针对一些大厂现在仍然在进行更多的研发,去涂覆不同的材料,去改善电池的性能。随着电池工艺的提高,我们设备也会不断地推陈出新。

  这个就是我们简单总结的中国涂覆设备发展的历程,我们说1992年日本的第一只锂离子电池面世以来,我们设备也随着它的发展,国内主要是在1996年,1998年,九十年代末期,以比亚迪为首的这些厂家,首先将这种具有高技术的产品,用这种设备,用它的制造能力,用它们的制造方法,降低了生产制造的门槛。而我们设备包括新嘉拓的核心技术成员,都是在2000年左右,以生产低价格的设备,去降低电池生产的门槛,去满足国内电池生产厂商的需求,这是我们第一步,我们涂覆设备为行业做出的第一个贡献,我们降低了生产门槛,让更多的电池厂可以参与到生产中来。

  第二个阶段就是2005年,2007年左右,开始国内的一方面为动力电池在国内有一个深入的影响,以前国外的苹果、三星采购中国的电池,他们需要的设备是高品质,高标准的设备,并且要满足他们不同的要求。所以2007年开始,我们认为是国内电池设备涂布设备转向高品质的一个转折点。2010年我们当时开发出了挤压式涂布机的量产等等,这个时候我们开始针对客户的工艺开发相适应的产品,而不是像以前一样简简单单的进行一个国外的替代,而是满足客户新的工艺,新的产品,满足他们自主创新的要求,我们为他们提供创新的保障。

  2015年,现在我们的设备趋向于什么呢?趋向于向国际上最高的标准进行看齐,我们说涂布速度,国内最高的据我了解到70到100米每分,是这样的锂离子电池的涂布速度,这个最高涂布速度不是外国人提出来的,是比亚迪最先提出来的。我们希望能在最近的几年内,我们希望从精度、稳定性,能够赶上国际上的最高水平,毕竟我们有最优秀的电池生产厂。

  这个就是我刚才说的涂布技术,看着涂布设备很庞大,几十米,机构很复杂。但是我们公司一个不足三百人的团队,我们为什么能在涂布设备上取得一些成就,主要是我们专心在这四项技术上,一个是涂布,一个是张力,纠偏,干燥,我们用涂布技术满足不同厚度的生产要求。像隔膜涂布只有一个微米,几个微米,甚至石墨烯涂布会有更薄的要求,不同的厚度,还开发出针对客户选用不同的涂布方法。

  还有张力,从二十几米到七十多米的涂布设备我们都有,但我们怎么去保证无论是很薄的隔膜,还是铜膜铝膜,我们怎么保证它平稳有效地运行,并且能在上面精密地涂布,这是我们要做的事情。

  另一个是纠偏技术,针对于隔膜,铜膜、铝膜,它们是有细微差别。但是在这种情况下,我们选用不同的驱动形势,来配合不同的控制系统,帮助客户去顺利完成涂布。

  另外是干燥技术,我们完成风场的控制,温度场的控制,布局形式,如果进行细化,对不同的工艺是有不同的要求的。

  这里就是我们说锂电池涂布方法自九十年代到现在的一些变化的地方,这里我们可以明确地说这是进步,因为历史证明了,实践证明了。最开始电池涂布起源于刮涂,可应用于正极涂布和负极涂布。第二是堆转移涂,它完完全全是针对锂电池行业开发的,为锂电池旋绕式间断涂布实现了可能,转移式涂布改变了原有的浆料堆积在机材上的方法,通过机材的前后移动,去实现涂布。在现在呢,就我们公司来讲,我们生产的产品主要覆盖在挤压式涂布,对电池极片的涂布上。

  从下面这个图表上可以看到我们的涂布方式,我们公司在锂电行业三块主要产品,转移式涂布,挤压式涂布,还有微凹版,挤压式涂布近几年爆发式增长,挤压涂布顺应了时代发展。还有设备的改进,从最开始挤压式涂布更换型号,最后经过大批量的现场应用,客户不断反馈意见,我们不断改进,跟客户交流,我们研发结合售后,进行工艺的推广,最终我们时间由8小时缩短到二三十分钟,这就使挤压涂布大规模推广变成了可能。

  什么是极片涂布的最佳方式?因为到目前为止,我们没有找到更好的方法去替代极片挤压式涂布,我们刚才说了三种涂布方式,经过几年转换,到目前为止没有发现更好的方法,那我们研发做什么呢?

  我们就是做这样的工作,将它细化,所看到的这些,同样是挤压式涂布的涂脱,左上角是松下公司能为我们提供的涂布头,说明我们公司全球化的供应链体系,能保证最先进的技术,帮客户解决实实在在的问题。有些问题我们是解决不了的,最开始我们瓶颈生产18650的时候,在它的间隙,别的工厂生产5毫米,以40米每分钟涂布,而我们平均20米以下,我们可以满足世界上最先进的,他们对我们开放,我们可以用这种工艺,当然我们刚开始会付出较大成本,但是会真实地帮助到电池企业,去帮助它们从工艺上解决他们生产的难题。

  最下面这个图是有一定前瞻性的,可以说是一种完美的涂布方式,它现在还是理论和实验阶段,离大批量生产还有一段距离,但是我们相信,只要将市场细分之后,它会有它适应的地方,它的精度可以达到很高。

  这是在我们实验室里达到的涂覆精度,我们在实验室里将它细分之后,我们精度可以达到正负0.15%,这是大部分电池厂生产精度1/10。这是涂布头安装方式的进展,最上面的这个图是最开始开发的涂布机,最开始开发涂布机的时候,因为你没有实际生产经验,我们说角度是多少?我们不知道,怎么办?这就是我们机械上能帮助客户解决的问题,当你不知道的时候,我们可以做一些实验,去帮你们实现工艺上的要求。当然这些设想还不能完全确定的时候,我们也是有办法实现的。我们现在有二百台的涂布机在客户现场每天在不停运转,我们得到的数据和反馈,我们可以确定的一些安装角度,一些细节参数,所以我们可以将我们的设备做得更标准化,调节起来更简单。

  这是我们配合涂布方面客户的工艺变革,这三四年前来说还是新技术,但现在很多客户都了解和使用了。这里是我们说的第一个是一次双面涂布,有些电池的品质并不是要求很高,我们可以开发适应它们的。下面一种我们认为也是未来的发展方向,但是它同样要经过电池厂细化才能实现的,多层涂布。刚才说的电池可能涂表涂、底涂、极片,这种在实验室也是可以做出来的。还有超厚涂布,我们怎么实现?我们通过多层涂布。

  这里是我们刚才说的张力的细化,我们有多种张力形式在最开始,我们是针对不同的基材有适应性的开发,去满足更高涂布的要求。这一部分是我们细节再一步洗化,张力包括张力的割断、控制、检测,在检测和控制上,我们一步步不断精细化,通过一点一点的细化,不断将张力精度一步一步推高。

  这里就是我们张力曲线的优化,左右的张力曲线都是日本顶级厂家设计的方案,都是符合他们的要求,但是为什么会有不同的结果?左边我们说涂布精度更高,右边我们张力很平稳,对基材的延展性和损失更少。我们一旦细化了,我们会为不同的工艺提供不同的设备,使我们的涂布结果更精确,达到更优化的结果。

  这些是我们不同的加热方式,电加热、蒸汽加热、PTC加热,还有我们引入的红外加热,当然它也会针对特殊的材料,不同的材料会有一定的应用范围。我们说涂布的速度,瓶颈是在干燥,但我们是不是将风箱无限加长,这种速度提高有没有意义?但是我想这种速度提高意义是不大的,一方面风箱加长了,我们成本相应增加,占地相应增加,加强之后你要增加纠偏的措施,这种方式我们未来会找到一个合适的边界量,风箱究竟是多少。我们在同样风箱长度下我们能做什么呢?就是提高干燥效率,未来我们会展开实验验证,50米风箱相当于现在200米风箱的速度。

  这些就是我们研发工作一些前瞻性的东西,针对客户不同的工艺,我们设计不同的设备,方便客户维护。这是收放卷,我们自动化程度更高了,从单放卷、到双放卷,再到储带自动换卷,到未来是无储带自动换卷。

  这些是我们说的陶瓷隔膜涂布的进展,我们从最开始的650毫米凹版,30米每分,到现在开发的1200毫米凹版30米美分,到现在的1200毫米双层凹版30米每分。

  这里是底涂、表涂针对极片的前后处理,近几年国内大批量应用的底涂比较多,在表涂上面比较少,根据我们对客户的接触,未来在这方面也会有更多的投入到这方面的开发。

  这些是挤压式涂布的一个进展,这是我们极片的涂布机,以前是单层30米每风,现在是双层70米每分,未来可能更高。

  这是不同的涂布方式,以前是喷枪涂,然后是旋转喷涂,我们针对客户的要求,我们配合他去寻找他们最优的操作参数。

  这是是我们的研发方向,刚才大致说了一下,这些是我们对未来的预测,我们在2016年,其实我们现在已经有样机的设备,2016年推广这个技术,在更远的将来,针对客户某某工艺,某某材料我们进行设计某某的涂布机,它是最适合客户生产的。

  好,我的演讲到这里,谢谢!

  (以上内容根据论坛现场速记整理,未经发言者本人审阅。)

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