时代高科田宏图:破解真空干燥电芯及材料的一致性难题

时间:2017-03-13 17:30来源:电池联盟 作者:王杰
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2017年3月1日由电池联盟、中国电子节能技术协会电池专业委员会主办,中国电器工业协会、中国高科技产业化研究会、中国电子节能技术协会、北京理工大学支持,佛山市金银河智能装备股份有限公司协办的大型公益“绿色能源·智能制造”暨动力锂电池技术进展与智能装备升级应用论坛上,  深圳市时代高科技设备股份有限公司副总经理、研究院院长田宏国作了《破解真空干燥电芯及材料的一致性难题》的精彩报告,以下是根据速记整理的文字,未经本人审核,仅供参考。
 
首先非常感谢电池联盟提供这个平台,使锂电行业的众多设备制造商以及行业的一些精英能够汇聚一堂,大家互相交流、切磋和学习。再次对金银河今天在创业板上市表示热烈祝贺!
    这次论坛给我的命题作文向大家做一个报告。我是做真空干燥设备的。首先简单介绍一下时代高科。在座很多人可能也对我们公司有所了解。时代高科是2001年成立的,目前为止已经在上海、深圳和天津设立了分公司,完成了三大经济发展区的战略布局。目前为止大概有将近600人,5万多平方米生产场地,属于在世界上做得比较先进的领军企业。
    时代高科一系列的发展历程,以及获得的资质与荣誉。2016年在新三板挂牌。2014年成立了一些战略投资者,包括中国宝安集团等,今年我们将提交IPO申请。产品技术与研发,我们现在做的真空隧道系统是世界首创的,被很多厂家模仿,但是我们相信短期之内不会超越我们。我们跟一些世界顶尖大学产学研合作方面,比如跟清华大学、东北大学都建立了产学研生产基地,我们有非常强的制造实力,从2013年到去年投入两千多万购买了一种大型的精加工生产设备。
    我们的企业文化,在骨子里面我们就是所谓的“工匠精神”,这是赵州桥,可以说是世界上最古老的石桥,当我们谈到精密制造的时候,我们往往要走访日本、德国,他们有一种“工匠精神”。我们的使命是想成为引领装备行业真空干燥设备的全球领导企业。我们的董事长田总在这个领域也是属于资深专家。我们核心文化可以以8个字来代表:专业、诚信、创新、和谐。我们也获得了很多的资质和荣誉以及知识产权。
    介绍一下我们的产品。跟新能源产业有关的,主要是做真空干燥,这个产品技术发展过程中我们做了不同类型以及相关的产品。今天重点介绍全自动隧道式真空干燥系统,主要用于动力电池。缘起可以追溯到06年做的超隧道式真空干燥设备的合作,2013年与比亚迪进行8个月的合作研发,最后实现了这个设备的研发。
    我们的客户主要以锂电行业、中国动力电池G20俱乐部成员为主,现在大部分已经成为我们的客户。到去年为止,目前最大的客户是比亚迪。
    为什么这个技术能够得到大家青睐?因为对动力电池我们提出更高的安全性要求。我们都知道水是对锂电池有害的成分,电池生产过程中非常怕水,同时也非常怕人,我们这个技术体系重点解决这两个问题。目前来讲,真空干燥是处理效果最好的,真空度越高,效果越好。
    电池生产工艺可以看到,红箭头都是可以使用真空干燥的,不同厂家采用不同做法。彼特瑞正在做正级材料,他们就大量使用我们的设备,有的厂家在极片进行干燥,更多可能在电芯阶段采用真空干燥,可以很好地降低电芯的水分。传统来讲主要是通过单体干燥炉、烘箱等技术来处理水分,这些都是有比较明显的问题,一个效率低,第二是人为操作,很难控制。目前来讲,烘干这一块往往成为锂电生产的瓶颈,原来传统的生产工艺在干燥房里面这个电池往往要待几十个小时,甚至三十多个小时,整个生产线的生产效率往往取决于真空干燥的效果怎么样。针对传统的干燥缺点,我们提出新的设计理念。第一个是专业化的流水线,分段来处理,每一段实现一个单一状态,能够比较容易实现控制,保住它的高真空度、高温度均匀度和低露言等等。第二个是自对化,传统真空干燥方式往往需要人的操作,把电芯进炉出炉,人是一个很大的贡献因素,而自动化就避免了人在整个干燥过程中的影响因素,能够更好地控制水分。
    我们全新的生产工艺有这么一些特点,现代制造特别讲究智能化,按照手工业4.0的要求来考虑,所以我们也设计了工业4.0的概念。比传统方式可以提高数倍,一般可以提到3到6倍,因为它完全是与大气环境隔绝,所以在这个过程中可以避免所谓多头处理环节电极二级污染,效率高、能耗低。我们的真空干燥系统的基本原理,分段来处理,有预热段、中间段和降温段。预热我们按照3个小时来处理,有3个工位。真空段是6段6个小时,冷却3段。整个实现了自动化的作业。系统的主要组成部分包括机械、机械手自动上下料、冷却出舱、托盘、真空回送过渡舱等等,所有都实现了智能化的控制。同时每个段分开操作,真空隧道段一直保持温度,不会像单体炉放进去升温,要耗大能,然后冷却又要把单体炉冷却下来,又要耗能,而我们是非常节省能耗的。
    温度控制我们内部设置可以做到正负2.5度。我们也有单体炉能够做到正负1度以内,至少目前在国内做的均匀式控制是最好的。真空也是高真空度,24H泄露量小于等于250Pa,能耗节省也非常明显。我们这个产品也是积累了大量的专利,积累了几十项专利,32项专利,2项美国专利,2项日本专利。我们这个真空隧道专利技术全部是国际领先的,可以大幅度减少水氧、AMP、杂质对电池均匀性和集中性的影响。
    隧道中,实现恒定的真空干燥环境。通过各种技术手段来保证温度的均匀和稳定应,降温的阶段通过氮气很快地进行冷却。始终保持恒定的高温度均匀度和高真空度,通过保证工作环境的一致性来间接保证产品性能的一致性。关键指标方面,根据不同的工艺要求有不同的指标。我们也进一步进行真空度的检测,
    关键技术。我们是怎么做到保证真空干燥段的高温均匀性和真空度呢?一个是加热技术,主要是在预热段工件温度快速上升到工艺的要求,一般是两到三个小时,可以根据工艺要求专门设计。还有真空保温技术,很关键的一点就是加热板怎么布置,我们是高真空度,加热是通过加热片,独立地设置可控的加热板,使这个温度能够实现准确的调控。当然真空环境下我们加了温度传感器来保证温度的实时监控。我们前后左右上下都设置了温度探头来保证高温度的均匀度。高真空技术,包括很多细节,比如材料选型、干燥段分多个腔体,我们也采用高真空密封设计,保证它的高真空度。很关键的就是真空泵的选型,而且不同类型结合起来发挥它不同的优势的特点,来保证高真空温度。还有密封门技术,这个也是技术的关键节点,前一段时间日本到我们公司拜访了,对这个门特别感兴趣,当然这是一种实验方式,这是一个非常关键的技术细节。我们每个腔体段之间都是通过这种所谓密封门来控制它的保温性和真空度。还有快速制冷技术,采用氮气来制冷。与此相关的,我们基本上完全实现自动化,就避免人为因素的影响,包括自动上料和自动下料。我们这个系统在比亚迪运行的时候,显示的水分到了2PPM,能耗非常惊人,是原来的20%,换句话说,这个能量节省达到了80%的程度。这个数据是比亚迪提供的。我们自己没有大型实际生产,所以没办法统计,而比亚迪的数据显示这个节能非常惊人。今天很多专家讲到怎么样进一步提升产品的可靠性、一致性,就要靠规模化高品质生产,所以真空干燥是一个非常关键的技术环节,也是一个非常有效的技术手段。目前我们正在进一步改进工艺,挖掘潜力,继续保证我们的优异的性价比。到2018年与整个新能源行业一样,可能会有一些调整和洗牌。
    总结,我们有三点优势,第一是实现自动化大规模生产,提升产能优势,第二是全面提升电池性能和一致性,提升品质优势,是大幅度降低能耗,突显成本优势。有这三个优势,我相信动力电池企业是一定能够胜出的。
    以上是我的分享,有什么问题欢迎大家提出来,同时也诚挚邀请在座各位有兴趣的话到我们时代高科作客,去检查和指导工作。
 
(责任编辑:王杰)
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