電芯長薄化正在成為動力電池形態演化的主流共識。

 

近期,蜂巢能源L600短刀片磷酸鐵鋰電芯在金壇工廠量產下線的消息引發行業關注。新電芯長度600mm,單體循環次數超過4000次,采用疊片LFP+CTP技術方案,可幫助A0級以上車型實現500km以上續航里程。

 

長薄電芯的優勢在于,散熱性明顯提高,且本身可以作為結構件,疊加無模組技術,可以使安全性更好、體積能量更高、成本更低。

 

行業發展的明顯趨勢是,當電池技術在某個時間段內形成“最優解”,以此為特征的新品類市場將得到快速跟進。當刀片電池成為行業新品類,電芯長薄化隨之也成為行業新趨勢。

 

當前,包括蜂巢能源、比亞迪、LG能源在內的國內外電池企業都在重點布局長薄電芯,長薄電芯大規模應用序幕由此拉開。

 

值得注意的是,由于工藝、結構的優化革新,長薄電芯在規?;a過程中需要創新裝備與創新工藝的技術支撐。

 

反而言之,哪家裝備企業先突破長薄電芯規?;圃煨袠I痛點,其將能夠搶占先機,率先享受市場紅利。

 

高工鋰電獲悉,作為動力電池智能制造標桿企業之一,利元亨已率先量產長電芯裝配線及PACK線,獲得頭部動力電池供應商的認可。其中,針對長薄電芯激光焊接關鍵技術的突破,成為長電芯裝配環節的一大亮點。

 

01、頭部企業競備長薄電芯

 

長薄電芯的設計原理,是基于電芯尺寸越大,活性物質占比越高,系統集成效率也更高,以此提高系統能量密度,降低系統成本。

 

在不改變材料體系前提下,長薄電芯設計可解決現有電動汽車安全、續航里程焦慮兩大難題,這也是終端車企市場投票的核心邏輯。

 

高工鋰電注意到,頭部電池企業在長薄電芯領域已經開大馬力。最先行動的比亞迪,其刀片電池已經規?;慨a,除了滿足自身的供應外,其刀片電池已向一汽紅旗導出。

 

產能布局上,比亞迪刀片電池在建及規劃的基地包括重慶、長沙、貴陽、蚌埠、南昌、湖北、吉林等。

 

蜂巢能源也后來居上,搭配L600短刀片磷酸鐵鋰電芯的長城歐拉,也于今年6月成功進入推薦目錄。

 

目前,蜂巢能源L600短刀片電芯進入量產階段,基于該電芯的矩陣電池包也將進入量產倒計時。

 

LG新能源基于MEB 590模組設計的軟包電芯尺寸,長度一般至少在550mm,寬度100mm,高度10mm左右。該電芯設計同樣是長薄化原理,目前在終端車企中已有實質性應用。

 

02、長薄電芯激光焊接之難

 

無疑,長薄電芯已成為未來電池形態發展趨勢之一。但從規?;a制造的角度來看,長薄電芯面臨的最大問題是良率的控制和大規模制造的效率問題。

 

在此過程中,激光焊接設備技術的突破革新尤為關鍵。

 

一方面,由于電芯呈長條結構,殼體封口一般需要兩端封口,兩端殼口的平行度不高,但由于單體電池容量更高,對封口焊縫的性能及自動化封口焊接設備提出了更高的要求。

 

另一方面,在長薄電芯生產過程中,矩形鋁殼拐角部分因激光焊接速度與激光能量關系的變化,會導致拐角處焊穿、熔融堆積等情況,造成電池的質量難以控制。

 

此外,在激光焊接過程中,熱熔池的形成及變化非常關鍵。如果熔池中有雜物或異物,會導致熔池形成炸裂,形成氣孔和斷焊。最終影響產品的有效熔深、熔寬等關鍵焊接指標。

 

圍繞長薄電芯激光焊接的關鍵技術進行突破,利元亨已成功量產長電芯激光焊接機,并獲得頭部動力電池供應商的認可。

 

經廣東省機械工程學會科技成果鑒定,利元亨長電芯激光焊接系統關鍵技術處于國際先進水平。

 

△  利元亨長電芯激光焊接機

 

03、利元亨激光焊接4大黑科技

 

利元亨長電芯激光焊接技術由焊接機械結構技術、激光一體化控制技術和激光焊接視覺技術組成,由此也形成了利元亨長電芯激光焊接機的4大黑科技。

 

1、焊接機械結構技術突破

利元亨針對長電芯封口技術進行深度開發,通過采用不同的封口焊接機構以及多軸高速高精度控制系統,支持激光焊接工藝庫快速換型,實現兩端穩定封口焊接。

 

為滿足市場多種技術應用需求,利元亨可提供臥式側焊、立式側焊、頂蓋旋轉焊接、頂蓋雙邊同時焊接等多種焊接結構,滿足客戶定制化需求。

 

 

2、激光一體化控制方案突破

利元亨長電芯激光焊接控制系統采用激光一體化控制方案,涵蓋PSO控制、視覺控制、邏輯控制、MES交互控制、高速運動控制等,通過工業級總線連接各個功能器件進行實時控制。

 

通過TCP/IP通訊與生產服務器進行數據交互,實現工廠級遠程運維、數據交互、視覺圖像上傳等需求。

 

針對長電芯的激光PSO控制和高速運動控制,利元亨采用深度開發的數控系統平臺作為核心控制單元,實現了控制方案自主化、國產化。

 

3、PSO激光控制技術突破

在長電芯鋰電池生產過程中,矩形鋁殼拐角部分因激光焊接速度與激光能量關系的變化而導致拐角處焊穿、熔融堆積等情況,造成電池的質量難以控制。

 

利元亨針對鋰電池激光焊接工藝技術瓶頸,對激光焊接鋁合金的焊接拐角缺陷產生進行機理分析,并綜合考慮機構剛性、結構重心、高速動態穩定性及精度等因素,采用PSO(位置同步輸出)激光能量控制技術,可在焊接速度變化處、直線焊接段和弧角焊接段,實現激光能量均勻作用在待焊接物體上的自適應控制,完成高速穩定的激光焊接,使整體焊縫均勻一致,解決焊接過程中因拐角速度不均勻造成焊接質量不穩定的行業難題。

 

利元亨PSO激光控制技術,將行業穩定運行的鋰電池頂蓋封口焊接速度從200mm/s提升到250mm/s以上,效率提升25%,產品良率達到99.5%以上。

 

值得一提的是,利元亨PSO激光控制技術搭配環形光斑激光器和雙波長激光器方案已成功進入鋰電池生產頭部企業。   

 

 

4、激光焊接視覺技術突破

隨著產業的發展,鋰電池激光焊前、焊中的機器視覺自動識別和補償能有效提前對產品形貌,焊縫特征,激光焦點,激光狀態形進行前置分析。

 

利元亨激光一體化控制技術中包含了機器視覺識別,可在激光焊接過程中實現焊前焦點視覺監控、焊接過程監測全覆蓋,分析的數據及結果,直接引導激光焊接進行焊接要素自動識別和補償。

 

在保障交付產品零缺陷的同時,將生產良率由98%提升到99.5%以上。

 

 

 

 

 

綜合來看,憑借深厚技術底蘊及創新技術商業化落地能力,利元亨整線制造方案已在長電芯領域拔得頭籌。隨著電芯長薄化趨勢演進,利元亨在長電芯制造領域建立的領先優勢,也將轉化為其又一市場競爭力。