光大激光梁超：多片Z疊設備整機效率突破0.1s/pcs
短刀/刀片電池正在成為動力電池的主流技術路線之一，目前包括比亞迪、瑞浦蘭鈞、蜂巢能源、國軒高科、中創(chuàng)新航、吉利耀寧、廣汽因湃等多家企業(yè)已經下重金布局這一路線，并擴大短刀/刀片電池的生產。
在應用場景上，儲能電芯正在越做越大，包括寧德時代、瑞浦蘭鈞、億緯鋰能、蜂巢能源、海辰儲能、力神電池、楚能新能源等電芯企業(yè)不斷推出400Ah、500Ah+大容量儲能電芯。
無論是汽車動力電池領域的短刀路線，還是“向大而生”的儲能電芯，都在孕育著機會，而最有望受益于此的或將是設備端的疊片設備。
“根據不同電芯，整機效率可以做到0.08-0.15s/p。”日前，在第九屆動力電池應用國際峰會(CBIS2024)上，深圳市光大激光科技股份有限公司切疊產品總監(jiān)梁超，在題為《疊片的設備工藝創(chuàng)新》的演講中，介紹了目前光大激光疊片工藝設備和技術創(chuàng)新情況。
過去很長一段時間，疊片設備因效率低、良率不如卷繞、設備投資大等痛點，無法與卷繞相匹敵。然而，隨著電芯向長壽命、高安全、大容量等維度追求，更適合長薄大電芯的疊片工藝逐漸成為主流。
可以確定的是，未來隨著越來越多電池企業(yè)擴大動力短刀/刀片、儲能電芯產能布局，疊片裝備將保持持續(xù)快速增長態(tài)勢，在效率、良率、精度和降本等維度，具備優(yōu)勢的裝備企業(yè)將獲得更多機會。
01
追求極致疊片效率
光大激光推出多片Z疊設備
目前疊片工藝整個機臺主要由正負極模切、疊片、分切貼膠和熱壓下料等工位組成。當前市場主流的疊片設備仍以多工位單片疊為主，“為了提高疊片設備效率，光大激光推出了多片Z疊設備。”據梁超介紹，多片疊與單片疊主要區(qū)別在于多片Z字型疊片是多個電芯在一個工位上同時Z字型進行疊片，中間隔膜需要一次分切，增加了一個分切工位。
具體而言，極片在模切工位經過激光切極耳或五金裁斷后，機械手將真空皮帶線上多張極片搬運到定位平臺;定位糾偏后，機械手將多張極片同時搬運到疊片臺，隔膜及正負極片交錯運行，形成Z字型疊片，實現多片疊。
疊片完成的多極組通過機械手同時轉移至分切工位，分切機構將極組間隔膜進行分切，形成單個極組，進行極組貼膠、緩存、熱壓&短路測試、稱重、測厚，然后將極組轉移至物流線。
不過，區(qū)別于傳統疊片，多片Z疊設備在設備投資、運營成本、人員配置和效率方面都有明顯改善：
(1)一個疊臺同時疊多張極片，提高疊片效率;
(2)多張極片同時疊片，整機疊片效率0.08-0.15s/p;
(3)根據隔膜不同，可進行冷切或熱切工藝;
(4)設備操作、換料位置均在設備邊部，方便設備操作維護及物料更換，提高設備稼動率;
(5)同等產能下，多片疊設備整線設備數量減少30%-40%，人員配置減少，運營成本、能耗都能明顯降低。
實現疊片極致效率和良率的提升以及降本，這背后離不開光大激光在多片Z字疊設備多重關鍵結構和技術上的創(chuàng)新。
真空皮帶：傳統的單片疊一般匹配的是三工位或者四工位疊片整機進行布局，為了提高整機效率，目前多片Z字疊只有雙工位。工位數匹配越少，相對應極片在真空皮帶上輸送的距離越短，整個極片偏位和磕碰的風險會大大減少。此外，真空皮帶真空腔體多段可調，保證極片輸送過程中不發(fā)生較大偏移。
轉移機械手：多張極片同時搬運轉移，提高轉移效率;每張極片獨立吸附及檢測，異常報警;極耳單獨吸附，保證極耳吸附穩(wěn)定性。
對位平臺：通過CCD視覺系統對每一張極片進行視覺分析，每張極片獨立檢測及糾偏，保證極片糾偏精度;多張極片獨立真空監(jiān)測，保證極片吸附可靠性，異常獨立報警。
疊片機構：通過機械手將多個定位好的極片同時疊片，提高疊片效率;每一顆電芯的壓刀壓力單獨可調，保證在疊片過程中極片不會壓傷極片;每個電芯四角壓刀獨立壓持，保證電芯壓緊，沒有錯位的風險。
覆膜機構：光大激光多片Z字疊采用多片同時覆膜的方式，提高覆膜的效率。“多張極片同時覆膜，增加覆膜勻速段距離，實現在整個覆膜的過程中，在啟動和停止時都是平緩的狀態(tài)，保證覆膜穩(wěn)定及可靠性。”梁超表示。
下料機械手：疊片完成后，通過機械手將多個電芯同時進行轉移，為保證電芯轉移過程中不發(fā)生錯位的風險，每一個電芯夾持位置都是單獨可調的，保證電芯轉移的穩(wěn)定性，且提高搬運效率。
分切機構：電芯整面壓緊分切，根據不同要求，隔膜分切邊距負極片距離可調;
針對不同隔膜材質及工藝要求，隔膜選擇熱切/冷切工藝。同時還可以根據不同客戶需求，調整分切后的隔膜與極片邊緣距離。
在熱切/冷切選擇上，熱切適用于未涂陶瓷及膠水的基膜，隔膜成本低;冷切工藝適用于需涂膠水的基膜或陶瓷膜，隔膜成本高。
熱壓機構：熱壓機構內可集合Hi-pot測試功能;可匹配不同壓力的驅動裝置;上下熱壓板噴涂防粘涂層，保證熱壓后極組與熱壓板無粘連等現象。
另外，光大激光開發(fā)了激光切極耳工藝。可以根據客戶不同的需求，將激光切割極耳集合在五金裁切設備上，采用連續(xù)懸空切割，保證切割效果;同時，五金裁切極片前CCD檢測極耳偏差并進行補償，保證五金裁切精度;激光切采用連續(xù)切割，可匹配較快切割速度，并減少極耳翻折。
據梁超介紹，基于公司自主開發(fā)的多片Z字疊工藝設備，可以實現目前市場主流常規(guī)的590短刀電芯(115*550mm)極片做到0.1s/pcs，媲美卷繞效率。
02
專注鋰電中段、模組設備
布局下一代電池設備
成立于2003年的光大激光，目前已深耕鋰電裝備領域20余年，除了在行業(yè)推出多片Z疊等拳頭產品，公司在電芯中段設備、模組PACK組裝線等環(huán)節(jié)也同步處于行業(yè)前列。
其中，在鋰電中段設備環(huán)節(jié)，公司產品聚焦模切、疊片、方殼/圓柱組裝等環(huán)節(jié)，模切設備主要為激光切極耳，公司2017年在國內首次推出零廢料邊切割設備，切疊一體機包括單片疊設備、多片疊設備。
梁超表示，公司方殼組裝和圓柱組裝線生產效率高、產品良率高、設備運行穩(wěn)定，故障率低;自動化程度高，可實現無人操作;且可提供系統解決方案。
其中，方殼電芯組裝線產線效率在12-40PPM，圓柱電芯裝配線目前設備產能60-200PPM。其中，刀片電池電芯裝配線設備效率在12-30PPM;頂蓋及殼體具有AGV自動上料方式;設置緩存線體，提升設備稼動率。
公司圓柱組裝線產線效率在60-200PPM;設備采用轉塔方式;激光焊接采用飛行焊接方式。
在鋰電設備后段的模組PACK方面，公司方殼的電池包線產能是6-36PPM，軟包電池包線是6-18PPM，刀片電池包線產能6-20PPM，圓柱電池包線15-60PPM。
此外，光大激光還瞄準固態(tài)電池鋰電裝備開發(fā)，積極布局相關新電池技術裝備工藝。
在客戶方面，光大激光已經與寧德時代、比亞迪、國軒高科和億緯鋰能等動力電池主流企業(yè)合作。在出海方面，據悉，今年光大激光陸續(xù)拿下了多個海外電池項目的裝備訂單，公司還在擴建海外辦事處，為全球鋰電下一步產能布局提供裝備支持。
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