隨著制造強國的國家戰(zhàn)略推進,近年來我國在激光與裝能裝備領(lǐng)域不斷創(chuàng)新發(fā)展,形成了一批處于國際先進水平的激光智能裝備技術(shù)成果。
在鋰電池制造領(lǐng)域,目前已廣泛應(yīng)用激光焊接、激光切割、激光清洗、激光打標等各類激光技術(shù),其中激光焊接的技術(shù)壁壘較高,采用激光技術(shù)的電池制造工藝,可大幅提升電池安全性、可靠性、一致性,同時提升生產(chǎn)效率、降低制造成本等優(yōu)勢,已經(jīng)成為鋰電池制造過程中金屬連接與密封的最優(yōu)選擇,廣泛應(yīng)用于極耳、轉(zhuǎn)接片、集流盤、殼蓋封口、密封釘、匯流排、線束、外框等焊接工序,是鋰電池智能制造不可或缺的關(guān)鍵支撐技術(shù)。
逸飛激光自2009年起就開始投入圓柱全極耳電池制造工藝、技術(shù)和裝備的研發(fā),通過十?dāng)?shù)年的自主創(chuàng)新和工程經(jīng)驗積累,率先突破了全極耳集流體無損整形和集流盤激光焊接工藝技術(shù),全面打通了圓柱全極耳電池規(guī)?;圃斓穆窂?。目前逸飛激光現(xiàn)已實現(xiàn)了集流盤焊接、集流盤與蓋板焊接、合蓋預(yù)點焊、殼蓋封口焊接、密封釘焊接等全工序激光技術(shù)應(yīng)用,推出了50/75/100/150/300PPM等多個產(chǎn)品系列的圓柱全極耳激光焊接智能生產(chǎn)線。基于逸飛激光在圓柱全極耳電池制造工藝上的創(chuàng)新引領(lǐng),實現(xiàn)了大圓柱全極耳電池的規(guī)?;慨a(chǎn),為鋰電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入了新的活力。
在圓柱全極耳電池制造領(lǐng)域,逸飛激光累計申請相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)348項,已授權(quán)發(fā)明專利29項,經(jīng)鋰電池、激光、智能裝備多領(lǐng)域?qū)<揖C合鑒定核心技術(shù)達國際領(lǐng)先水平,并成功入選中國科協(xié)“2021‘科創(chuàng)中國·先導(dǎo)技術(shù)’百強榜,以此為核心基礎(chǔ),2021年逸飛激光成為了國家級重點支持“專精特新”小巨人企業(yè)。
全極耳成型:行星式揉平整形,顛覆傳統(tǒng)認知,實現(xiàn)無損成型
逸飛激光相繼開發(fā)平面壓實、超聲整形、機械揉平等多代全極耳成型技術(shù),創(chuàng)造性的開發(fā)了公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)相結(jié)合的行星式揉平整形技術(shù),變滑動摩擦為滾動摩擦,摩擦阻力降低40-60倍??梢愿鶕?jù)正負極集流體厚度、卷芯直徑、進階量設(shè)計等,對行星式揉平頭的直徑、錐角與倒角階梯等進行最優(yōu)化設(shè)計,并結(jié)合無損整形數(shù)控系統(tǒng),在正負極集流體許用應(yīng)力范圍值內(nèi),實現(xiàn)全極耳高速、無損成型,效率≥50PPM、精度±0.05mm,嚴格控制了因摩擦導(dǎo)致集流體受損、破裂產(chǎn)生的粉塵與顆粒。
全極耳連接:自適應(yīng)精密激光焊接,嚴格控制溫升,保障電池安全性
逸飛激光率先突破高反材料厚薄疊接自適應(yīng)精密激光焊接技術(shù),實現(xiàn)了鋁和銅等高反材料厚薄疊接精密焊接,并將2mm熱影響區(qū)內(nèi)溫升控制在80℃以內(nèi)(低于隔膜熱影響溫度),避免造成隔膜灼傷或熱影響,通過激光焊接實現(xiàn)集流體與集流盤、正負極(蓋板)全面積本材連接,是圓柱全極耳電池規(guī)?;a(chǎn)與應(yīng)用的核心技術(shù)支撐。
激光封口:高速旋轉(zhuǎn)動態(tài)均衡焊接,產(chǎn)品與材料適應(yīng)性強,保障質(zhì)量一致性
傳統(tǒng)18650、21700圓柱電池制造多采用機械封口方式,方形鋁殼電池已經(jīng)普遍采用激光封口方式。隨著圓柱電池直徑變大、殼壁變薄以及鋁殼材料的使用,機械擠壓或滾槽形成的密封結(jié)構(gòu)長時間使用可能存在微滲漏風(fēng)險,且需增加防腐材料制成的密封圈等結(jié)構(gòu)件。逸飛激光自主研發(fā)高速旋轉(zhuǎn)下的動態(tài)均衡焊接技術(shù),以端蓋為上定位基準面,適應(yīng)鋁殼、鋼殼各類材料,兼容直徑32mm以上、不同長度的大圓柱電池,實現(xiàn)50-450PPM的高速封口焊接。
成本與安全優(yōu)勢明顯,動力、儲能市場全面爆發(fā),圓柱全極耳電池前景可期
圓柱全極耳電池的本質(zhì)是將正負極集流體兩端變成可以進行面接觸的極耳,通過集流體與集流盤、正負極(蓋板)的全面積連接,形成穩(wěn)定的全極耳導(dǎo)電結(jié)構(gòu),使得集流體與正負極之間電流傳輸方式由傳統(tǒng)的線傳輸變?yōu)槊鎮(zhèn)鬏?,從而大幅提升電池的?dǎo)流面積和過電流能力,成倍地降低電池內(nèi)阻和發(fā)熱量,突破了圓柱電池難以做大的瓶頸,實現(xiàn)10C/6分鐘快充,隱約已成為動力電池終極技術(shù)方向之一。
特斯拉于2020年9月向全球正式發(fā)布4680圓柱全極耳電池,目前正處于量產(chǎn)攻關(guān)階段,預(yù)計將于2022年底-2023年量產(chǎn)。據(jù)特斯拉官方介紹,相比2170電池,4680大圓柱電池能量提升5倍,輸出功率提升6倍,每千瓦時的成本降低14%,搭載該電池的車型續(xù)航里程可提高16%。在充電方面,在400V高壓快充模式下將電量從10%充到80%僅需15min。
繼特斯拉之后,寶馬集團近日重磅官宣,將從2025年起率先在“新世代”車型中使用圓柱全極耳電池,專為‘新世代’車型電子電氣架構(gòu)設(shè)計的新型圓柱全極耳電池,可以使續(xù)航提升高達30%(WLTP),并向?qū)幍聲r代(300750.SZ)和億緯鋰能(300014.SZ)授予了價值超過百億歐元的電池生產(chǎn)需求合同。而據(jù)寶馬方面介紹,與第五代方形電池相比,寶馬第六代電池(大圓柱全極耳)的體積能量密度將提升20%以上,成本可降低50%。
8月22日,廈門海辰儲能科技股份有限公司(簡稱海辰儲能)正式發(fā)布2022電池新品,重磅推出首款300Ah電力儲能和大圓柱戶用儲能專用電池,并于2023年一季度,開啟全球交付。海辰儲能的判斷是,基于在高速制造、產(chǎn)線投資以及產(chǎn)品靈活性、一致性、安全性等方面的綜合優(yōu)勢,大圓柱電池未來將會統(tǒng)治小電池市場,因此,海辰儲能重新定義戶用儲能場景下專用儲能電池,其圓柱產(chǎn)品規(guī)格覆蓋4680-46300,單體容量10-50Ah。
在極致成本實現(xiàn)上,海辰儲能的大圓柱戶用儲能專用電池在單線資金投入上要遠低于行業(yè)目前的其它規(guī)格電池,同時,通過在結(jié)構(gòu)件、制造等非鋰成本的優(yōu)化,還可實現(xiàn)比傳統(tǒng)方殼電池降本達10%。
十年磨一劍,大規(guī)模量產(chǎn)驗證,逸飛激光助力圓柱全極耳電池創(chuàng)新突破與極致制造
13年的自主創(chuàng)新與工程經(jīng)驗積累,逸飛激光形成了完全自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)與產(chǎn)品體系,大幅簡化了制造工藝、提升了裝備自動化率。2017年,逸飛激光率先推出全球首條50PPM圓柱全極耳電池全自動生產(chǎn)線,實現(xiàn)單線≥1GWh的全自動規(guī)?;a(chǎn)。2019年至今,逸飛激光繼續(xù)加大核心技術(shù)與新產(chǎn)品研發(fā)力度,裝備精度、效率取得新的突破,效率突破300PPM、良品率突破99.8%,大幅提升實現(xiàn)了整線實時檢測與智能化控制水平,相繼推出了50/75/100/150/300PPM等多個產(chǎn)品系列的圓柱全極耳激光焊接智能生產(chǎn)線,獲得國內(nèi)外眾多主流電池廠商和新能源汽車廠商的高度認可,助力多家頭部電池廠商累計建設(shè)圓柱全極耳電池產(chǎn)能50GWh。
逸飛激光現(xiàn)已形成高效、可靠、兼容性強、良品率高的圓柱全極耳系列裝備,推出了實驗室、中試小批量驗證、規(guī)?;慨a(chǎn)等各個階段的專業(yè)化解決方案,引領(lǐng)了圓柱全極耳電池高端裝備的發(fā)展,全面助力21/34/40/46/60等各個系列的圓柱全極耳電池真正實現(xiàn)創(chuàng)新突破與極致制造。
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