锂离子动力电池制造技术

深圳市吉阳自动化科技有限公司阳如坤2012年6月26日ForCustomersEasyProduction!电动汽车产业化的问题赖祖亮@小木虫1电动汽车平台的新设计2电动汽车的三大技术突破3电池的瓶颈：制造与安全电池：瓶颈电机电控ForCustomersEasyProduction!为什么电池成为瓶颈?产业建立需要时间：5-10年电池技术不断发展，新技术成熟应用需要时间！对电池制造—制造业的认识与理解巨大的市场诱惑、市场机会带来产业的浮躁！如何突破瓶颈：？ForCustomersEasyProduction!内容简介动力电池制造发展路线图动力电池制造的前沿课题锂电制造系统的构成动力电池的制造可制造的锂离子动力电池ForCustomersEasyProduction!可制造的锂离子动力电池可制造的电池结构可制造性设计设计的前缘课题ForCustomersEasyProduction!动力电池与普通数码电池的关键区别电场对电池性能的影响；电池内部极片变形对电池性能的影响；热分布对电池性能的影响；集流设计对电池性能的影响；电解液分布均匀对电池性能的影响。ForCustomersEasyProduction!几种流行的动力电池结构小型圆柱电池1865，2665，3265叠片方形电池中型圆柱电池32113，42160卷绕方形电池ForCustomersEasyProduction!对锂电制造业的认识—可制造电池的特点电池结构制造方法制造特点容量范围Z型叠片机械手定位叠片极片边缘多，毛刺控制难，掉粉；难包扎紧；产生间歇；效率低；20-60AH制袋式叠片机械手定位避免交叉感染，减少短路，便于返修；15-60AH卷绕式叠片隔膜卷绕、极片单片极片边缘多，毛刺控制难，掉粉；机器结构复杂；对齐精度控制难，效率较高；20-60AH方形卷绕连续卷绕边缘少，毛刺易控制，掉粉少，制造效率高；一致性好；集流设计好；电池易变形；10-60AH圆形卷绕连续卷绕边缘少，毛刺易控制，掉粉少，制造效率高；一致性好；渗液的均匀性；集流设计困难；10-40AHForCustomersEasyProduction!可制造的锂离子动力电池-设计DFx:x为产品生命周期中的某个环节；DFP:可采购DFM:可制造DFT:可测试DFA:可装配DFS:可服务DFR:可靠性DFC:成本设计DFE:环保及回收、易拆卸设计；ForCustomersEasyProduction!动力电池可装配的设计减少零件数量；减少紧固件数量级类型；零件标准化；有一个稳定、统一基准；零件容易被抓取；避免零件缠绕、容易排序；动力电池可装配的设计具有装配导向结构；定位和紧固分开；避免装配干涉；为装配工具提供空间；宽松的公差要求；防止错装设计；ForCustomersEasyProduction!动力电池设计的前缘课题动力电池内部离子运动机理分析研究；电池材料特性对电池性能的影响对应量的关系研究；新型高性能电池材料；电池的热及电场分布对电池特性的影响；可制造的锂离子动力电池设计；SEI膜的生长机理及生长控制技术；动力电池的智能化成技术；动力电池的寿命诊断技术；动力电池的荷电机理及电池的模块化组合技术；动力电池的充放电能量回馈利用技术；ForCustomersEasyProduction!内容简介动力电池制造发展路线图动力电池制造的前沿课题锂电制造系统的构成动力电池的制造可制造的锂离子动力电池ForLi-ionBatteryEasyProduction!动力锂离子电池制造技术体系的建立电池制造需建立五个方面的技术体系：建立材料承认书－－测试、认可、替代标准；建立电池的量产认可体系：100只，1000只，10000只；电池制造的工艺、生产、品质标准建立；建立电芯认可评估的标准；电池应用评估体系：不同应用条件下电池的组合标准.ForCustomersEasyProduction!动力电池制造标准的建立标准的意义：它是规范产品的品种、质量、安全、运输、使用、设计、制造、检验、包装等一些列的要求；标准是制造业的根本,核心作用：规范、互换设计标准及规范：各种标准制造标准及规范：ISOTS16949ForCustomersEasyProduction!对锂电制造业的认识——动力电池的制造特征微米、纳米级材料操作—如何均匀？；软质材料，硬质的使用要求；材料本身及混合均匀的性对产品性能影响很大：热分布、放电、循环、一致性；材料不能硬性定位；看不见的因素对质量影响很大—湿度，灰尘；时间、空间因素影响产品的性能；产业不断升级：材料、电池结构、工艺、装备化工厂+电子厂。ForCustomersEasyProduction!对锂电制造业的认识锂电制造的特殊要点水份控制灰尘控制极片保护毛刺控制ForCustomersEasyProduction!制造合格率与产品生产的阶段研发阶段•直通率20%-60%•手工或半自动生产中试阶段•直通率60%-80%•半自动小量阶段•直通率80-85%•半自动或局部单元化中批量•直通率85%-90%•单元自动化规模制造•直通率90%以上•集成自动化ForCustomersEasyProduction!锂离子动力电池制造系统控制指标制造门槛指标：–安全性–一致性制造效益指标：–制造效率：AH/制造成本，AH/设备投入–制造合格率：直通率88%-95%.ForCustomersEasyProduction!动力电池规模制造的条件满足相关标准：生产、安全、组合、使用基于可制造的设计：装配、测试、组合完善的工艺、制造、质量体系完善规模：达到中批量，直通率大于90%适合产能规模的自动化。ForCustomersEasyProduction!锂离子动力电池制造过程质量闭环工序内部环局部闭环整体闭环工序环局部环整体环1.质量闭环的分类2.质量闭环的控制原则实时动态质量控制工序检测，剔除坏品电池检测，分类，反馈ForCustomersEasyProduction!环境友好的自动加料技术、纳米级颗粒的分散技术、浆料无沉降均匀传输技术、高精度涂布及成膜技术、小变形热滚压技术、高速分条技术、超声波焊接在线监控技术、激光制片技术、高速少注热激光焊接技术、变张力变转速卷绕技术、高速无毛刺模切技术、高速制袋技术、高速叠片技术、叠片电池无偏差自动组装技术、高真空自动注液技术、智能化成及电池分选分选技术、自动物流及自动输送技术、制造过程的在线监控、数字化网络化制造技术、生产制造执行系统等；动力电池制造的前沿技术课题ForCustomersEasyProduction!内容简介动力电池制造发展路线图动力电池制造的前沿课题锂电制造系统的构成动力电池的制造可制造的锂离子动力电池ForLi-ionBatteryEasyProduction!动力电池的制造系统构成ForLi-ionBatteryEasyProduction!数字化制造管理系统（BIMS)ForLi-ionBatteryEasyProduction!电池制造辅助系统构成ForCustomersEasyProduction!内容简介动力电池制造发展路线图动力电池制造的前沿课题锂电制造系统的构成动力电池的制造可制造的锂离子动力电池ForCustomersEasyProduction!动力电池的制造自动化要解决的问题产品标准体系的建立；电池制造体系的建立；动力电池制造系统集成技术；锂离子动力电池制造质量全闭环；连续流程工艺：加料，烘烤，活化，成化；全数字无人化工厂；动力电池制造的分代。ForCustomersEasyProduction!内容简介动力电池制造发展路线图动力电池制造的前沿课题锂电制造系统的构成动力电池的制造可制造的锂离子动力电池ForCustomersEasyProduction!现代制造技术现代制造业的基本特征FMS:柔性制造系统CIMS:计算机集成制造系统IMS:智能制造GM:全球制造制造信息智能应用与管理制造自动化物流系统ForCustomersEasyProduction!生产物流管理基本要求生产物流的连续性生产物流的平行性生产物流的节奏性生产物流的比例性产物流的适应性ForCustomersEasyProduction!动力电池生产物流管理要点生产物流的成本管理成本预测和计划、成本计算、成本控制、成本分析、成本信息反馈、成本决策生产物流的质量管理商品的质量保证及改善、生产物流服务质量、工作质量、工程质量生产物流的库存管理ForCustomersEasyProduction!制造企业生产物流管理构成概述成品定货单定货帐需求预测销售计划生产计划原材料需要量原材料采购量计划任务与使用者市场信息销售信息库存模式与方法出库出库传票生产指令技术条件订货单供料单位库存生产转换过程库存进料信息流物料流原材料生产物流中的物流和信息流的示意图ForCustomersEasyProduction!生产物流的决定因素•不同的生产类型，它的产品品种、结构的复杂程度、精度等级、工艺要求以及原料准备不尽相同。生产的类型•生产规模是指单位时间内的产品产量，通常以年产量来表示。生产规模越大，生产过程的构成越齐全，物流量愈大。生产规模•社会专业化和协作水平提高，企业内部生产过程就趋于简化，物流流程缩短。企业的专业化与协作水平ForCustomersEasyProduction!生产物流系统设计原则•物流过程中不增加任何附加的价值，徒然消耗大量人力、物力和财力，因此，物流“距离”要短，搬运“量”要小。功最小原则•良好的企业生产物流系统应使流动顺畅，消除无谓停滞，力求生产流程的连续性。当物料向成品方向前进时，应尽量避免工序或作业间的逆向、交错流动或发生与其他物料混杂的情况。流动性原则•采用高活性指数的搬运系统，减少二次搬运和重复搬运量。高活性指数原则ForCustomersEasyProduction!锂电制造的未来之路—数字化工厂的历程2006年以前：手工为主2006-2007：半自动开始2008-2009：组合自动化2010-2011：分段自动化2012-2014：集成自动化2015-2020：数字化制造工厂ForCustomersEasyProduction!动力电池制造的等级—分代制造分代的原则：满足安全和综合一致性条件下：安全与尺寸的平方成反比单体电池容量:建议–第一代：10AH，–第二代：20AH，–第三代：40AH，–第四代：80AH，–第五代：160AH，–第六代：320AH，–第七代：640AH，–第八代：1280AH。0200400600800100012001400第一代第二代第三代第四代第五代第六代第七代第八代单体…ForCustomersEasyProduction!重量比功率，重量比能量---技术分代ForLi-ionBatteryEasyProduction!锂离子动力电池制造执行系统（BMES）解决方案BMES消息总线数据管理读服务写服务SPC报警网关建模工具工厂模型产品模型事件模型执行模型实时历史库OPCRS232异构数据源适配器计算管理核心服务SDK•符合流程+离散的混合生产方式•在线SPC分析与报警•关键性能指标（KPI）分析•现场生产过程信息的快速发布•生产历史的全过程回溯支持持久存储SQLServer2005•遵循ISAS95、S88、OPC等相关工业标准•基于事件模型的统一过程跟踪方法•强大的通用可视化建模工具支持•灵活的异构数据源的连接能力•面向核心服务的可扩展体系结构批次管理标识管理设备运维作业计划生产调度生产追踪配组管理KPI分析SPC分析应用集成生产统计ForLi-ionBatteryEasyProduction!动力电池制造数字化工厂工业控制网络强电生产辅助系统给排水空调净化干燥除湿循环水冷压缩空气真空集成数据管理平台集成中间件经营管理层制造执行层过程控制层基础设备自动