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【CBIS2020】海目星江桦锐:激光技术助力极片制造产业升级

2020-10-16 17:16:02来源:盖世汽车

2020年10月16日-17日,“第五届动力电池应用国际峰会(CBIS2020)暨首届中国新能源新材料(宁德)峰会”盛大开幕,在主题论坛2上,深圳市海目星激光智能装备股份有限公司产品与技术中心副总经理江桦锐发表了题为“激光技术助力极片制造产业升级”的演讲。

CBIS2020

以下内容为现场演讲实录:

大家好,今天把我们公司在锂电极片制造这方面的一点点微薄的努力向大家做分享。

主要是从这四个方面来展开。第一个就是我们激光制片的发展在十几年前就已经开始了,我们的友商十几年前就开始做激光切割极片的工艺摸索,以及推出了十几米的极耳切割机,当时的情况是质量、效率、成本对比刀磨切割并不是特别明显,第二个粉尘带来的电芯安全问题并没有得到充分全面的验证。海目星是后来者,2015年开始在客户的带领之下进入激光切割的领域,我们2016年—2017年向市场推出了大约30米左右的激光制片机,这个时候我们的质量效率、成本、精度已经全面的超越刀磨了,以及跟我们的主要的合作客户一起,共同对电芯安全进行了比较长期全面的验证。从这个时候开始,行业内大多数的锂电客户们都已经开始逐渐接受激光切割的设备。到2018、2019年的时候,我们相继推出了50米到90米切割的激光极片机,以及切割、切材一体机设备在相继推出,质量、效率、成本进一步降低。

但是发展到现在,我们海目星最新在思考一件事情,我们激光的工艺已经得到了验证,激光的功率、效率、成本、除尘得到了验证,进一步我们的激光还有一些什么样的特性能够进一步促进极片制造的升级,如何突破我们现有设备的瓶颈呢?我们现在整个行业里面比较主流的工艺大约简单列了一下,这个大家应该比较熟悉了,我们的设备通过头部碾压再分切,再卷绕,或者分切以后做激光切割裁片、叠片的过程,这里面有个问题,分切的速度比较快,激光的速度也比较快,但是我们的裁片和叠片的效率目前不是特别快,我们做切裁、切叠的过程中比较大限制了的激光的发挥,所以我们觉得把激光往前集成。

所以我们想着往前集成就是在以前我们提升单机产能的路线下做集成产能的提升以及我们把这个设备做到更加标准的情况下,我们的交付效率的提升。这样子可以让我们客户的投入降低,原材料投入减少,人工、厂房的投入也会减少,以及通过视觉激光定位高精度的闭环技术,让极片的精度提高。为了提高设备的稳定性,我们软件总体有四个层级来做集成开发,包括硬件执行层、数据通讯层、中间数据处理层以及UI界面应用层。在我们的UI界面应用通过传感器网关接口可以动态进行数据采集和数据反馈,这样子可以让我们有一些实时功能。比如说实时仿真,实时可视化甚至动态显示、AI工艺预测,参数调整,还有数据分析与学习这些,可以做到慢慢走向智能化与数字化的方向。中间这个就海目星2.0的软件框架,我们的解决方案是什么呢?

第一个我们今天讨论的本来是动力电池,但是其实我们现在也在做关于消费电池的激光制片机的标准机,速度虽然不是很快,但是可以让设备投入降低30%以上,分条宽度精度可以做到正负0.3,消费力电池通常尺寸比较小,对于我们的电芯能量提升是有比较大帮助的。我们项目交期50天,切割分条一体的设备总长不会超过6米,这是消费电池的一款设备。另外是一出X“S型”激光极片机,跟几个大客户合作一起开发的包括一出2,一个料带来,两个料带出,跟以前不一样,是中间出来废料是像S型的废料,这是一出4,一台设备搞定,以及一出6,一出8。所以在我们这里我们以后冷压出来的料到我们设备上,一台机器就可以搞定之前有可能十几台机器才能完成的工作。

一出X有多少好处呢?第一个由于我们是在一道工序里面使显得极片制造,我们可以把精度在一个设备上直接完成,把之前我们通常的0.5或者0.3的精度做到0.1。以及我们用了S型切割之后,我们看到中间废料的状态就是两个极片共用一段铜箔,这样我们铜箔的宽度就可以减少,折算下来铜箔每年可以省下几百万,以及设备不需要这么多过程,设备一次投入也可以降低百分之二三十,厂房减面积也可以减少,物料转运的次数也可以大幅度减少。

刚刚讲到这么多优势里面,我今天只是简单说一下关于精度提升大约是怎么做的,我们做的一个多层闭环控制技术。第一步做带路标定,标定我们的2级纠偏与激光切割的相对位置,在标定CCD3和后面分条的相对位置标定,就可以得出来虚拟中线O,第一部是标定,标定完就是闭环,当CCD4检测到分条宽度有偏差的时候可以实时回馈给CCD3,让CCD3的的虚拟中线做一定的微调。CCD3做了虚拟微调之后,当来料的实际位置和虚拟中间位置O之间产生便宜的时候,我们引导激光进行切割轨迹的修正。同时把二级纠偏的基准也进行修正,为什么要用激光呢?因为刚刚我们讲到激光除了工艺可行、效率不错,成本也还不错,粉尘也得到验证的情况下,激光其实它有μm级别的定位精度以及μs级别的响应周期,快速响应,快速定位,使我们的精度之前0.5、03的水平可以做到0.5。逻辑就是CCD后面检测到总宽度,一个带路检测外一个宽度B,A减去B就可以得到带路的宽度XC,A和C之间的差得到的偏值就可以得到数据值,下发给到激光也给到CCD,也给到二级纠偏,这是其中分条控制的闭环方案,我们的闭环逻辑就是这样的。

其他的技术就不多介绍了,由于时间原因,谢谢大家!最后再次感谢组委会对我们的邀请。谢谢!

(注:本文根据现场速记整理,未经演讲嘉宾审阅,仅作为参考资料,请勿转载!)