新一代全自動產線對高比能量電芯安全性、一致性的重要意義
圖為江蘇天鵬電源有限公司陳璇總經理做主題演講
為了幫助企業客觀分析2016年動力電池行業運行情況，正確把握行業發展趨勢，加大動力及儲能電池的開發應用,由中國化學與物理電源行業協會和電池中國網聯合主辦，雙登集團股份有限公司、壹能（北京）網絡科技有限公司共同承辦的“2016年第五屆中國電池市場年會暨2016年第一屆動力電池應用國際峰會、2016年第二屆中國電池行業智能制造研討會”于11月14日在北京拉開帷幕。本次年會聚集了來自政府主管部門領導、知名科研機構專家、新能源汽車動力電池產業鏈上中下游的企業家、投資機構代表以及媒體記者等500多人參會。
在本次會議上，江蘇天鵬電源有限公司陳璇總經理做了題為《新一代全自動產線對高比能量電芯安全性、一致性的重要意義》的專題報告，以下是根據速記整理的內容，未經本人審核，僅供參考。
陳璇：非常感謝協會給了我們這次機會，來給大家講一下天鵬現在在智能制造這一塊的一些新的布局和進展。剛才因為有幸剛好聽了億緯袁總這塊的思考和介紹，在那個之前我們也聽了三星的，因為也是中國籍的高管的介紹，確實在之前很長時間大家的感受或者體會覺得我們中國的電芯廠產量大、但是質低，水準還比較低。我覺得今天我們在路上，我們在往國際一線水準的路上，我們袁總剛才分享了很多非常實在的，作為鋰電企業遇到的一些挑戰和他們做的一些思考，我在這個地方也把天鵬這幾年的一些判斷和想法跟大家做一個分享。
總體來講，大的方向，我跟袁總的判斷是一樣的，就是說未來不會是所有電池的過剩，應該是劣質電池的過剩，或者說性價比不高的電池過剩，真正能夠存活下來的可能有這么幾點。第一個，有足夠的能力能夠把產品做好，這是首先的一個條件。第二個，確實能夠把性價比提高，就是把價格能夠再做的更便宜一些。這里面我們做電芯的都知道，原材料的成本各家的采購差異沒有那么大，但是可能從成品率、合格率到全生命周期電池的性能來看的話，這個成本差異會非常大。所以我們現在也是致力于說我們能不能一起通過各方面的努力，能夠把我們從原材料到制成過程、到最后給客戶帶來的成本，到我們自己售后的成本，整個成本把它降下來。這個過程其實就是一個非常大的挑戰，因為電池是一個類似于有點像人的身體一樣，就是到現在醫學發展的今天，還是很難說清楚癌癥的來源是什么。大家都知道，電池最可怕的就是它內部的一些短路或者安全性的問題，但是這些問題首先來自于設計，然后是制造，然后是使用，每個過程都至關重要。所以我們做電芯廠的，只能說我們從設計到制造的過程，我們把它做的更優秀、更精準、更精致，確保在我們能夠關注到的細節上面把它做好。
PPT做的比較倉促，因為上個星期才確定我過來做這個講座，但是希望也是分享一下天鵬的一些做法和想法。
前面這個就不多說了，因為我看每一個講座前面都講到我們現在的需求大家是比較明確的，甚至到2030年，我前兩天聽一個新聞說，認為電動汽車的保有量會占到40%—50%，我不太敢這么樂觀，但是我覺得至少說明大家都是有所期待。我的主要題目會分三大塊，一個也是基于需求的判斷，我們為什么現在要投巨資來做智能制造的升級、來做電芯。第二個，是我們硬件方面的一些做法。第三個，我們在軟件方面的一些配套的狀況。這個不贅述了，剛才我看大家幾乎都是以這個開頭。
講一個大家現在比較關注的地方作為我的引子，目前的新能源補貼政策有一個比較突然的變化方向，包括對客車和未來可能家用車也會涉及到，對乘用車現在也有這個說法，雖然今年補貼不變，但是未來可能對續駛里程和能量密度也是有要求的，所以我目前了解的一些版本，當然我打了三個問號，是因為屬于傳說版，不是屬于正式版。但是基本上是，對于PACK以后的能量密度，對純EV和專用車、客車分別有一些要求。從這個角度來講，首先給我們做三元的圓柱形電池廠應該算是一個利好，因為目前來講，能量密度比較高的還是三元電池。第二個，圓柱的能量密度走在最前面，第三個，補貼退坡，太貴的電池用的也吃力，圓柱是通過自動化和大規模生產，目前能夠把電芯和成組的成本做的最有說服力的一個選擇。但是對于圓柱電池來講有一個問題，我們基本上在使用高能量密度的材料，在各種電池型號里面、類型里面是走在最前面的，比如說像高鎳的跟硅碳的這些材料，我們大概在三四年前就已經在做很多的實驗和驗證，目前應該說有很多型號的儲備，都會用到比較前沿的材料體系。
但是我們這幾年下來的體會是什么呢？就是說隨著能量密度越來越高，實際上他的安全性是越來越低的，是一個不可回避的矛盾，當你的能量密度高了，你的高鎳也好、能量膨脹也好，你的活性分子越來越不受你的控制，你怎么保證你做的更高的能量密度的產品符合現在更安全的這樣一個趨勢？更高能量密度以后，我們大家沒有辦法容忍它更不安全，但是事實就是這樣，怎么辦，就是要提高控制能力。
我們還有一個，大家現在在簽約的時候都會比較痛苦的一點，整車廠會要求我們簽8年12萬公里的要求，他最后是一個系統的問題，但是對電芯廠來講的話，這是什么樣的挑戰，這是對單體的電芯提升以后，對一致性和系統能力的一個共同的挑戰，系統方面我們現在不是主要的議題，剛剛星云也給大家分享了對于整個PACK的制成控制點，他講到說PACK其實沒那么容易，我要講是電芯其實更不容易，要想把高能量密度的電芯做好，其實已經跟我們當年比如說18650做到2200、2400以下的容量，到了2800、3000以上的容量的電芯，它的危險性和它對制成控制的要求，已經完全不在一個水平線上，是幾何級上升的要求。這也是我為什么前一段時間有一個會議上講說，我們可能要考慮做更大一點的圓柱，比如說20或者21，我們現在天鵬也有這方面的儲備，可能是緩解一下能量密度的焦慮，能夠讓我們在新的材料體系沒有完全成熟之前，我們能夠有一定的更好的解決方案能夠給到客戶，對PACK的數量和PACK的難度上做稍微大一點的圓柱，也是基于考慮既能保證他的自動化，也能保證他的一致性的這兩個方面的一個權衡。
這個地方是我列舉了一些在鋰電生產過程當中，對高能量密度的電芯會提出的更高的要求，比如說高鎳體系和硅碳需要更低的制成濕度和更好的粉塵控制，更薄的薄膜。更薄的薄膜為了更高的容量，但是更薄的薄膜意味著安全性更差、強度更低，包括我們這兩天一直在講涂覆的陶瓷薄膜，即使是涂覆的陶瓷薄膜，當陶瓷薄膜更薄的情況下，對隔膜的材料要求也是不一樣的，所以需要更高的涂覆、碾壓、分切、卷繞設備，而且還需要更潔凈的空間。當你的隔膜在20以上的時候，其實一定量的粉塵是不會對電池不管是短期還是長期造成內短路的風險，但是當隔膜做到16以下甚至12以下的時候，很多細小的空氣里的粉塵或者制成當中的粉塵，都有可能造成這個電芯的內部短路，所以這個要求已經完全不一樣了，用厚隔膜的時代和做薄隔膜的時代是完全兩回事。網傳的一個版本是說，那個問題也跟隔膜比較薄有關系，我相信一定是其中的原因之一，但是即使是我們的老大哥，他們可能也會出現走鋼絲的時候有一些風險，但是我們原來都是走紅光大道的，突然走到小道上，其實對我們這些廠家的要求，我希望大家怎么重視都不為過，只有做的非常徹底能夠做到我們能想到的所有的東西，他也不為過。其他的大家就看一下，因為時間有限。
我簡單介紹一下天鵬，天鵬是一個做了10年動力圓柱電池的公司，現在是一家上市公司在控股，我們目前有兩個基地，光是設備的總投資已經超過20億元，這里面不包含流動資金和其他方面的一些投入。我們目前的一號基地已經滿產是1GWh，二號基地我們明年年底會滿產，基本上是4GWh的產能，兩個基地滿產以后我們應該能夠給客戶提供大量的高品質電芯。
在整個過程當中，我當時想給大家看一些數據的，但是時間原因，我們給大家看，大家都知道高鎳的產品在水分下可能吸水性比普通的523以下的材料要吸水快得多，而且很難烘干，就是說產生副反應以后烘不干，現在我們也會用到一定的硅碳負極，硅碳負極在不同濕度下反彈也是有差異的。所以我們基于一些真正測試的數據和驗證的數據，我們會對我們新廠的濕度控制做的非常低，應該能夠跟目前日韓的同行在齊平的水平。另外一個，溫度和容量測試、內阻測試，很多方面的一些影響，我在這個地方不詳細講了。總之，對于電池生產廠來講，溫度的控制，剛才我們三星的同行說他們能控制在正負2度，在充放電整個過程當中做到正負2度確實很不錯，我們目前的目標是可能比這個更嚴格一點，但是確實非常難，因為你想你的環境是固定的，但是充電和放電時候產生的熱量是完全不一樣的，這里面很多細節的難度還是非常高的。我們要買設備的同時，真正能把它用好，能把環境控制好，把生產管理做好，也不是一件容易的事情。如圖，這個是對容量、電壓、內阻測量環境溫度的一些影響，相信大家在使用電池的時候都知道，為什么特斯拉會花那么多錢去做恒溫，做電池組的均熱、均流，其實這種情況下電池的一致性才能夠比較長時間保持比較高的一致性。
剛才說到環境控制方面參照日本松下控制的標準，全流程采用低濕度控制，然后我們所有的過程當中都能夠滿足未來的811以上材料的批量使用和穩定性。高效凈化車間，就是我剛才講的，減少細小粉塵，當然這里面還有設備上面，所有產生毛刺和粉塵過程當中的吸塵和處理，這方面有很多的細節需要去控制，不是一個本身清潔的空間就能夠一直保持清潔的，在制造電池本身的過程中，細粉也會產生很多的，包括分切、碾壓都會產生粉塵，這個當中的控制就是各家要想辦法去把它做好。
我們的選擇，設備方面的選擇跟剛才億緯鋰能的袁總講的是一樣的。我們也是選擇了目前國內最先進的自動化設備，而且我們目前的整個設備設計是兼容18650、20650和21700三種性能鋰電電芯，雖然未來可能切換產線會麻煩一點，這個比PACK廠的切換產線還要復雜太多，但是由于我們處在一個多邊的年代，目前18未來走向何處確實還不清楚，21和20目前都有很多客戶非常感興趣，所以在這種前提下我們這次投入的時候兼容了這些可能性，到未來整個方向定了以后，我們可能就不需要換來換去了，但是正是這種可能性未來給天鵬留下了特別好的靈活性，無論最終的標準是什么，我們都能夠去適應它。
我在這里講一下，因為我們今天有很多國內的設備廠商大家也在做分享，我們看到這幾年國內設備的進步確實非?？?，但是從目前如果我們考慮到非常高速度的要求，比如說我們裝配線達到200PPM，比如我們的分切、碾壓達到差不多60到80米以上的速度，在這樣的情況下又保證精度、又保證效率的情況下，我們可選擇的確實還不多，所以我在這個地方也期待說未來我們能夠在正在規劃的三廠有機會選擇到更多的國產設備。這次我們在做上料設備選擇的時候，我們經過考核和驗證，最后選擇了一家已經做了十幾年上料系統的，確實能夠做到精準控制，而且系統的可靠性，在我們幾個大的同行里面已經得到驗證，所以我們買了他們的上料系統。但是從制漿到數據采集，我們目前都面臨著數據精度壓力，所以不得不花很多錢去買精度設備。
這一點我要稍微講一下，在線監控，剛才我們三星的同行業提到在線監控的問題，其實當手工化作業還比較多的情況下，你發生大批量不良的可能性反而是小的，因為員工即使不能要求每個員工都負責任，但是他們畢竟是有眼睛和大腦的，當看到明顯不良的時候還是會有人給你反饋和提出警告，你的品質人員也會給你不斷的去做檢查。但是全自動化高速線上了以后，其實靠人是靠不住的，所以我們在新的產線選擇的時候，也是在每一道關鍵工序都設置了大量的探測，包括CCD檢測和很多感應的設置，我們認為如果上自動化不上在線監控，就是對產品最大的不負責任。因為你那么快的速度，我在200PPM面前根本看不到我的電池在哪兒，這種情況下，你說不靠這種智能化的監控是扯淡的。
我們這里簡單的介紹了一下我們在所有的工序上增加的一些監控，但是這個不能完整的描述我們整體的細節。
天鵬的選擇是，我們兩年前就自己通過集團有十幾年的團隊，自己做ERP和MES的開發，目前我們每一道工序的MES都是通過他們設計以后到現場驗證反饋，然后我們經過多次的磨合，他已經完全能夠做到所有的數據采集、反饋、分析和最后的包括報警，完全能夠做到在線結合。
我們在每一道工序上做了大量的工作，對系統的一些信息進行采集、分析、判斷、反饋，包括這里面對品質的反饋和隔離，都已經包含在這個系統里面，所以我說我們在路上，我們在向國際一線品牌的訴求和水平方面去進展，我覺得我們目前應該還是有很大的差距，但是經過幾年的努力這個差距一定是可以縮小的。
這是天鵬的一廠，這是二廠，這個廠房已經在裝修階段，今年1月份設備調廠，明年二季度投產，歡迎大家來天鵬指導。謝謝！
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