涂布机对于锂电池的重要性

11月16日，“2017’第二届动力电池应用国际峰会暨第三届中国电池行业智能制造研讨会”在北京启幕。本届峰会由中国化学与物理电源行业协会和电池中国网共同主办，天津力神电池股份有限公司联合主办；中国化学与物理电源行业协会动力电池应用分会承办，无锡先导智能装备股份有限公司联合承办。参加此次峰会人数超600人。

深圳新嘉拓自动化技术有限公司技术总监朱高稳带来了对于双层高速涂布机的详细介绍。

朱高稳：大家下午好！我们新嘉拓是璞泰来的全资子公司。我今天讲的主题是双层高速涂布机—EV电池之重器。大家先看这个图，这是我们对双层高速涂布机的定义，区别于我们以前传统的涂布机，具备了几个特点。第一个，它的是专门用在锂电池正负极涂布的，涂在铝箔和铜箔上面的。第二个是它是用挤压模头方式来涂布的。第三连续涂布方式。第四，A+B面双层串联涂布。这种在国内也有，但是相对来说A+B串联的涂布是相对特殊一点的涂布。最后一个也是最关键的一个，它的涂布速度要求大于70米，这是我们今天说的这个主题，高速涂布的一个主要的特点。最后一个是涂布的宽度大于650mm以上，最大可以到1.4米左右。

我今天讲的这个报告里面总共包含了这八个内容，第一个是我们现在国内锂电池终端的需求量，第二个就是我们国内的动力电池在全球的占比，第三个是我们现在国内的动力电池对涂布机的需求量，第四是进口涂布的主要厂家及类型分布。第五是双层高速涂布机对动力电池生产的意义，第六是国产双层高速涂布机的现状。第七是双层高速涂布机怎么能做的好，有哪些关键的地方，最后一个就是新嘉拓公司在双层高速涂布机上面的一些功能实现。

第一，我们目前在一些相关网站上面取的一些数据，从2016年到2020年未来这五年时间，我们锂电池行业整个需求量的预测，其中我们可以看到总的需求量从去年的62.4GWh到2020年估计可以达到170GWh，预计每年的增长大概在28.3%。动力电池这一块，去年是30GWh，到2020年规模可以达到110GWh，平均每年增长的速度也是接近了30%。

第二个是我们动力电池占全球的占比，2016年的时候，我们国内动力电池总的产量大概在30GWh，全球的产能大概在53GWh，大概是占到56%左右。但是从2016年到2020年逐年递增，预计到2020年的时候，我们中国的动力电池占比从56%会上升到70%。

第三个是动力电池不断增长，对涂布机的需求量增长，这是我们预测的。数量是我们根据每年的动力电池需求量，反推回来，对应的我们单层标准涂布机产量，从去年大概221台到2017年245台，也是逐年往上增的，到2020年预计涂布机的需求量大概372台，这个推算主要是动力电池涂布机的需求量，可能会有一些出入。因为现在市场上一个是产能过剩，第二个是其他的一些电池涂布机可能混在一起，所以我们算的话只是动力电池的。预计增长量，大概每年15%的增长量。

我大概统计了一下，目前我们国内的进口涂布机和高端的一些涂布机的产量。从日韩卖到国内的一些大厂的数量，我们从这个表上可以看到，前面三项是日本的设备，后面四项是韩国的设备，最后一项是其他的设备。从数量上可以看到，这些设备不管是单层的还是双层的，整个数额不是非常大，相对来说比较集中。我们可以看第一项，第一项是日本的厂家，这个是日本东丽的，目前在国内单层涂布机大约30台，双层涂布机大概是36台。这个比例占到整个进口涂布机数量的46%，可以说是一家独大。第二家是日本井上的，他目前在国内的数量和第三名的数量差不多，总数16台，占比是11%。我们可以看到前三项，日本厂家整个占的比例差不多有70%，日本的设备在我们国内的销售量是非常大的。第四个是韩国，韩国的设备虽然是有4家，但是第一家占了绝大部分，其他比较少。第四家设备占我们进口设备的20%，这个量也是比较大。这些主要是分布在我们高端的客户，像力神、比亚迪这些比较大的工厂里面。

这是做的一个分类统计，日本的占了69%，韩国占了30%，我按涂布机的类型来分的话，单层设备占了31%，双层设备占了69%，所以国内的客户选择还是双层涂布机的比较多。最后还有一项，这一项跟我们今天讲的这个主题双层高速涂布机是相关的。大概150台里面，大概有18%的涂布机是双层高速的涂布机，大概有二十几台。从整个数据分析来看，双层高速涂布机目前数量相对来说是很少的，在整个进口设备里面占的比例也相对比较小，所以有很大的发展潜力。

这一页我写了几个，就是我们双层高速涂布机对动力电池生产的一些意义。第一个是我们涂布效率提高，像我们传统的设备发动机的速度在20-30的速度，但是双层高数土地的效率可以提高很多，至少速度在70米，最快的已经达到80米的速度。第二个，它的整体效率是折合成涂布的宽度或者开机率这些因素算到里面去，一台的双层高速涂布机相当于我们原来传统涂布机产能的7-8倍，这个有实际数据支撑的。第二个，使用双层高速涂布机提高了开机率，这个也比较容易理解。第一个是A+B面双层涂布，减少上下料，减少了做首件的周转时间。第三个就是使用双层高速涂布机的话，提高了我们单位面积的产值。像我们现在这一台设备占地面积是400个平方左右，相当于同等产能传统涂布机的场地节省的空间至少是一半以上。第四个就是我们人力成本的节省，像这种双层高速涂布机，需要两个人，最多三个人就可以实现设备的运行。但是传统涂布机我们平均一台需要一个人或者接近两个人，所以我们同样的产能，我们的人员可以减少80%以上。第五个就是我们的电池一致性大大提高，一台设备做出来产品的质量远远高于不同的设备，不同的操作人员做出来的极片一致性，所以对电池性能的提高具有非常大的改观。最后一个，特别适合大规模的生产，因为我们现在国家政策的一些需求，或者是我们电池厂规模的一些要求，像这样一台涂布机的产能，一年可以达到1GWh以上，所以我们一台的涂布机就可以满足一个小型工厂产值的要求。

目前国产双层高速涂布机的现状，国内整体双层高速涂布机的数量比较少，只有二十多台，包括进口线在内。第二，国产双层高速涂布机发展较晚，我司是2014年最早投入双层高速涂布机的研发。国内的意识或者设备厂的研发比较晚，因为挤压式涂布机生产也是2011年的时候才开始大批量生产，相对日韩来说，我们起步比较晚，有些地方我们现在还在追赶当中。像我们14年开始投入的双层高速涂布机的研发，在15年我们设计出了一台样机，2015年10月份的时候可以实现速度70米的生产，这个也是当时国内第一台速度能达到70米的双层高速涂布机。在2016年的时候，我们接到两台双层高速涂布机的订单。我们跟日本的设备放在一起同时PK，交货的时间比日本短的非常多，我们不到四个月的时间就完成了交付。这个设备也是在第一代设备上进行改进的，大概在今年5月份开始交付使用，目前已经连续生产半年时间，生产速度超过80米，比日本同一批进来的设备交付的时间早，速度比它快。最快的速度可以达到80米以上，宽度他们设计的时候最宽的宽度可以达到1米，这两台设备也得到客户的一致认可。截止到目前为止，包括在调试中的设备，我们目前已经有六台双层高速的设备出货。

对于双层高速涂布机这种大型的设备有哪些关键的技术，我这里列了几点。第一个就是对设备整体刚性和强度的把控，我们这样一台宽度在七到八米，高度在六米的高度，设备大概在两百吨左右，是我们整个电池工序里面单机设备最大最重的一个设备，所以对设备刚性、强度要求非常高，如果这个把控不好，在前期安装，在后期连续使用的时候，我们设备的一些精度可能就达不到，会产生一些不稳定的因素。第二个就是我们的烘箱设计。速度提高到80米后，对烘箱的设计要求非常高。首先前期的分析非常关键，一旦烘箱能力达不到，干燥的效果达不到。第三是加工精度的要求，这个也是目前我们国内跟国外比的一个短板。像我们加工精度这一块有几个比较典型的，第一个是我们钣金的加工，目前国内钣金加工虽然比以前有很大的提高，但是相对于日本的加工水平，我们差距非常大。很典型的几个，第一个是对我们钣金的折弯或者平整度要求，对国内供应商来说，基本上达不到国外客户要求。第二，环境的把控，因为我们的烘箱要求是无尘的，这个目前国内大部分同行也是很难保证。我们这一块要求所有的烘箱配套供应上必须要建自己的清洁房，所有的零部件清洗完然后再安装，保证装配完的烘箱是清洁的。第四个就是张力波动的控制，这个对整个控制还有设计结构的要求，原来我们的速度可能20米、30米，要求相对来说比较低。速度提到80米、90米以后，怎么能够保证我们不断带，对张力波动控制要求非常高。第五个就是对设备的安装精度要求高，因为这是一个大型设备，安装要求系统化的有层次的保证安装的精度，一层一层的累积。第一道如果没安装到位的话，第二道就不能安装，像这种大型设备一般安装的时候，先把整个平台安装好，保证平台的平整度，达到我们要求的范围之内，再安装其他的部件。因为我们烘箱是装到平台上面的，烘箱是否平整接影响我们走带的平顺还有干燥的质量，所以平台安装好之后，我们在安装烘箱的时候，固定好之后，过辊平行水平，风嘴的平行度。第六个是高速自动换卷的设计、调试，自动换卷的设计，程序的控制要求非常高，这一点我们现在积累了相当丰富的经验，能够完全满足80米的要求。第七个也是比较难的问题，就是我们调整涂布，怎么能保证极片不打皱，不单单是涂布这个位置，在辊轧、分切等等，中间极耳位置非常容易打皱，非常不好解决。我们涂布机上有一些独特的设计，积累了一些经验，把我们基材的除皱解决的比较完美。第八个是对一些自动化的要求，后面有一页专门讲我们在自动化这块做的一些涂布。

我大概列举了以下几个在我们涂布行业相对来说有些突破的自动化的功能，第一个就是我们的模头横向重量闭环自动调节，这是我们今年才研发出来的比较新的一个功能。后面一页我单独会讲一下我们的模头横向重量闭环自动调节，第二是纵向重量流量闭环自动调节，我们的浆料粘度或者是温度变化的时候，纵向有一个变化的趋势，是变重或变轻，通过我们测量系统跟我们的供料系统做一个闭环，保证纵向的流量是稳定的。这个相对来说应用的时间比较早，大概有一两年时间了。第三个是我们的上下料AGV对接这一块，现在很多客户都希望实现自动化，但是涂布机与AGV对接这一块，目前国内真正用起来，我知道也就是两到三家公司把它用起来。我们这一块与客户密切配合，已经能实现AGV上下料的自动对接。它的主要难点，可能比后段的设备更大。第一个，一般车间的涂布机相对比较多，怎么能保证AGV与每一台涂布机都能完美的匹配，上料及下料，还能跟我们的辊轧以及后面的分切对接，这是比较难的。AGV要求的精度很高，上下料卷筒长度保证一致。这一点对客户来讲，就产生了一些额外的成本，卷筒必须要做定制的。还有料卷做的越来越大，重达两吨，像这么大AGV的搬运，在国内能做的厂商数量有限，价格比较昂贵。第四个是我们的数字化的功能，我们动力电池在正反面极片边缘闭环对齐的时候要求很高，怎么能够保证涂布过程中和涂布后，能够实时调整，实时检测，这个在低速的时候其实用了很多年，在高速的时候，因为它要实现高速对齐，另外还要检测边缘偏差，相对来说难度还是非常大的。我们通过一些结构的改善，实现程序的优化。第五个，自动穿带功能，在烘箱不降温的情况下，烘箱入口有牵引装置，把新的极材牵引过去。最后一个是安全方面的自动化，速度快了之后，单位时间产生的NMP的量比以前多了很多，怎么能够保证设备安全稳定的运行，这时候我们有一些监控和保护的装置，设置报警点和强制停机功能。

模头横向重量自动调节，这是锂电涂布首创，通过我的电机的驱动，来控制涂布出料的缝隙，来控制浆料的流量。这个图上可以看到有一排白色的就是我们的控制点，一个对应一个，可以上下调节。每一个有数据反馈和位置反馈到我们的显示屏上面。我们启动闭环控制的时候，就能实现自动调节，绿色的线是调之前的，红色的线是调完之后的，实现无人操作，在此之前，我们这些横向重量是没法实现自动化操作的。每个机头都要站一个人，有了这个功能之后，就实现了自动的调整，人力成本也节省了，而且可以对质量做一个预判，控制在一个比人工更精准的范围。通过我们的实验数据，横向的重量可以做到正负2mg。

最后我写了一个结束语，我们涂布作为锂电池最为关键的工序之一，其产品对整个EV电池的生产起大至关重要的作用。双层高速涂布机以其强大优势，结合越来越先进的检测和自动化手段，成为未来EV电池大规模、高品质生产首选之重器。在国家政策强推下，电芯厂家规模化趋势明显，双层高速涂布机逐步成为主流。前五名动力电池的厂家已经占了国际市场的70%以上，这些大厂在有限的这些场地空间之内，要作出那么大的产量，双层高速涂布机也是他们的一个首选。国产双层高速涂布机技术也会迅速发展完善，代替进口设备。谢谢大家！