深圳中基王磊：開啟全極耳圓柱/固態電池裝備“變革”
2020年特斯拉率先推出全極耳4680大圓柱電池，今年9月其宣布已經實現第1億顆4680電池下線，同時國內不少頭部企業也都在積極布局。全極耳技術在圓柱電池領域風起云涌，除了應用于大圓柱外，目前在傳統小圓柱電池上也在加速導入。
另外，作為具有高能量密度和高安全特性的固態電池，目前也處于初露鋒芒的狀態，行業對其給予很大厚望。
圖為深圳市中基自動化股份有限公司研究院院長王磊演講
在日前舉行的第九屆動力電池應用國際峰會(CBIS2024)“新能源電池數字化與先進智造”主題論壇上，深圳市中基自動化股份有限公司研究院院長王磊應邀出席，并作主題為《電芯組裝段的新質生產力變革》的演講。針對全極耳圓柱和固態兩種電池，深圳中基在設備領域都做了一系列技術布局和革新。
01
全極耳圓柱電池裝備
“圓柱電池在所有類型電池里生產效率最高，最高設計產能可以達到350PPM，常規100PPM、200PPM高速線已經非常成熟。”王磊表示，相對來看方型鋁殼電池產線效率目前行業只能做到20PPM，軟包電池效率在15-20 PPM的水平。所以圓柱電池高一致性和高效率，是其重要的產品競爭力。
在全極耳圓柱電池裝備方面，深圳中基布局有機械滾封線和激光封口線兩種技術路線，覆蓋小圓柱和大圓柱從10mm-60mm全部的直徑規格，并且具有很高的單線合格率和稼動率。這其中運用了不少關鍵技術，包括高效傳輸傳動技術、極耳成型技術、激光焊接技術、滾槽封口技術和高效除塵技術。
高效傳輸傳動技術：將凸輪/轉塔與磁懸浮相結合協同，具有兼容性好、產線效率高的特點，滿足圓柱電池對高生產效率的需求，最高產能可以達到350PPM。同時該產線柔性高，模塊化設計周期非常短，換型成本低，而且參數化設計調試難度小，后期維護成本非常低。
極耳成型優化技術：基于模擬仿真分析和缺陷表征，開發了預揉和揉平工藝，來提高質量和來料兼容能力。王磊介紹，其主要目的是為了提升集流盤焊接良率。同時在此過程中，解決了隔膜損傷以及揉平會容易外側翻邊的問題，目前工藝已經在頭部企業量產線得到實際驗證。
激光飛行焊接技術：全極耳電池的焊接尤其是集流盤焊接，對質量一致性要求非常高。既要保證高速旋轉過程中激光焊接位置精準度，同時又要保證焊接良率。該設備運用自研的高速旋轉位置高精度動態補償算法，以及自研飛行焊控制系統，配合連續式轉塔機構，既節約成本，同時又提升效率和質量。
“該設備可以用于集流盤焊接，也可以用于底殼穿透焊接。集流盤焊接最高速度達到800mm/s，單工位可以滿足120PPM的產能效率。”王磊介紹，實驗測試顯示，轉盤達到100度/s高速旋轉中，可實現整體精準定位，且設備未發生任何畸變。在靜止狀態下焊接200次和連續飛轉4小時不間斷重復焊接，整體偏離非常小，具有高穩定性和一致性。
滾槽風口技術：圓柱電池封口常規有兩種工藝，鋼殼電池通常用滾槽封口，鋁殼電池采用激光封口。“因為鋼殼材料具有很好的延展性，更容易實現機械封口，成本比較低，良率比較高。對于常規封口工藝來說，鋁殼沒法采用機械封口形式。”王磊指出。
針對該特點，深圳中基開發了專門針對鋁殼電池的輥封工藝，采用機械封口代替激光焊接，突破了整個行業鋁殼電池機械封口的難題。“因為激光是一個不穩定的熱源，即使爭取做到穩定性很高，但是良率始終難以和機械結構匹敵。”王磊指出，該技術的滾槽精度達到±0.05mm，同時具有非常高的模具壽命，已經在國內某頭部圓柱電池企業有量產。
高效除塵技術：對于鋰電來說除塵非常關鍵，一點的粉塵可能就會造成產品質量下降。深圳中基運用流場模擬分析吸塵管路流體狀態，通過對粉塵的流動優化管路結構設計，提升了整體的除塵效率。
02
軟包固態電池裝備
軟包是目前固態電池比較成熟的封裝形式，王磊表示，在軟包電池設備領域，深圳中基具有豐富的經驗和技術積累，目前其軟包電池設備可以實現單線產能超過18PPM，產品合格率達到99%以上，稼動率達到96%，尤其是多規格兼容390-590mm，包括不同的單側出極耳和數碼軟包都可以滿足要求。
據介紹，深圳中基的超聲波極耳焊接技術，可以兼容單雙出軟包電池，配備超聲焊接實時監控系統，同時可以實現電池尺寸在制造過程中被監控的閉環，設立獨立工位和隔離設計保證除塵效果，采用高壽命的極耳裁切刀，單機效率大于20PPM。
王磊表示，深圳中基的鋁塑膜精密沖坑技術，同樣兼容性比較好，集成了鋁塑膜的放卷、張力控制系統于一體，保證放卷過程的一致性，同時特殊的凹凸膜設計，使沖坑過程運行平穩、速度快，沖坑精度可以控制到±0.1毫米。該設備單機效率也滿足20PPM高效率需求。
據王磊介紹，在鋁塑膜精封技術方面，深圳中基設備的封裝壓力可以做到實時控制，同時可以對極耳進行獨立預熱，實現對電池尺寸的閉環監控，真空腔體可以達到5Torr，真空腔體封印厚度精度±15μm，封頭溫度均勻性±3℃，鋁塑膜切刀壽命≥100萬次，單機效率≥20PPM。
“針對軟包的固態電池，我們配合國內外的客戶做了些產線，從2022年開始有一系列的出貨，而且目前的項目狀態基本都達到量產的狀態。”王磊表示，公司在固態電池、半固態電池相關設備的研發方面，已經有非常成熟的經驗，希望能夠跟相關電池企業進行更多協同合作。
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