从CIBF 2023看锂电制造设备的江湖

据近日赛迪顾问与四川射洪市政府发布的《2022年中国锂电产业发展指数（遂宁指数）》显示，中国新能源汽车是全球最大的销售市场，连续八年保持第一，带动上游锂电产业连续六年成为全球最大的消费市场。报告指出，2022年全球锂电池市场规模超过1100.0GWh，进入TWh时代。其中，中国锂电池市场规模750.0GWh，占全球近七成比重。

韩国市场研究机构SNE Research公布的数据显示，2022年，全球电动汽车（包括EV、PHEV和HEV）电池装机量为517.9GWh，同比增长71.8%。除了新能源汽车，储能及消费电子市场也拉动了锂电行业的发展。随着锂电池企业纷纷扩产，全球锂电设备市场需求持续上涨。据中商产业研究院预测，2023年中国锂电设备市场规模将达1077亿元。

在这一背景下，两年一届的中国国际电池技术交流会/展览会（简称“CIBF 2023”）在深圳国际会展中心举行，规模数量为历年来之最，集中展示全球动力电池、储能电池、3C电池、充换电设备及配套设施、各种电池材料、制造设备、动力及储能系统解决方案，以及近两年锂电领域的前沿创新成果。本期特别报道，我们将聚焦在锂电制造设备，通过走访多家上游生产设备、检测企业，看看随着锂电技术路线发展的多元化，上游设备制造商的关注重点有哪些变化，他们又有哪些创新的技术推动着锂电技术的发展。

带动激光加工设备的发展

特斯拉在前几年的电池日上大力推广其标志性的4680电池技术，宝马、奔驰、通用、保时捷和Stellantis在内的多家国际汽车厂商也紧随其后，研究和考虑采用大尺寸圆柱电池。随着大圆柱方案从特斯拉逐步渗透到其他车企，预计至2025年，4680等大圆柱电池总装机有望超180GWh，占动力电池总装机量约12.2%，而其带来的加工技术的变革也引发了上游设备制造商对技术进行革新。

近些年，大圆柱电池获得了越来越多的关注，无极耳的圆柱电池更是对加工工艺提出了很高的要求。“所谓无极耳，就是将极耳以焊接的方式隐藏了。由于大圆柱电池的尺寸变大，电池企业需要更大的能量密度，无极耳的设计对电芯的PACK有诸多益处。”通快激光部CEO黄哲说道，“而做大圆柱电池，里面的焊接会变得更复杂，对焊接用的激光器要求也会更高，通快在这些方面具有优势。”

1923年成立的通快是一家德国家族企业，到今年正走过100年的历史，其绿光碟片激光器在圆柱电池中的焊接有着独到之处。据黄哲介绍，传统的红外激光器波长在1030~1060nm，可以用于铝钢镍等材料，而铜材对于红外光的吸收没有那么好，其激光加工遇到瓶颈。绿光的波长在500nm左右，铜材对绿光的吸收非常好，通快绿光激光器可实现多达120层的铜箔焊接，几乎无飞溅，熔深精确可控。

“绿光碟片激光器技术是通快独有的，其抗高反、功率的稳定性等优势都需要在底层技术的支撑下才能实现。碟片激光器就是这个底层的技术，是我们打磨了20多年的专利，可以生产出高功率的绿光，并有拥有好的光速质量、工作质量，能够把很小的焊点准确焊到位，可以精确控制熔深，这对激光器的要求非常高。”黄哲分享道。

“我们的产品种类非常丰富，有光纤激光器、碟片激光器，还有超快激光器。此外在焊接应用里面，我们在汽车行业有丰富的经验。除了激光器，我们还有焊接头、振镜头、监测系统等，我们可以以整体的解决方案服务客户，而不是仅仅提供一个光源。”采访尾声，黄哲总结道。

随着新能源汽车技术的逐步完善，对比传统燃油车，新能源汽车使用成本低廉，动力充足，行驶稳定，车机系统智能、环保节能等优点显著。“目前终端消费市场对于新能源汽车的接受度越来越高，虽然目前消费者仍然对续航和充电存有一定的疑虑，但是相信随着生产技术的不断提升，这些短板终将被逐步完善，对新能源汽车三电制造的完善将会是行业内关注的重点。”步波激光首席执行官Karl Christian Messer分享道。

黑鸟（Blackbird）作为设备商，一直在三电领域深耕，其OTF飞行焊解决方案、Scavis焊缝识别检测方案、OCT焊接质量监测等技术都可以帮助三电制造企业实现高效、稳定的生产。本届展会Blackbird针对动力电池的生产制造，提供了可同时适配机器人或伺服轴的飞行焊解决方案，该方案可实现不停顿连续焊接的需求，大大提高了生产节拍及效率。据悉，早在2018年，该解决方案就成功应用于宝马动力电池生产中，这也让Blackbird成为业内最早提供动力电池飞行焊解决方案的品牌之一。

“虽然目前中国仍然是全球新能源汽车的主要市场及制造中心，但新能源汽车的市场渗透率在欧洲也在逐渐提升，尤其是德国市场的需求一直在增加。我们相信，随着欧洲消费者对新能源汽车的认可和接受度越来越大，欧洲新能源市场的春天很快就会到来。市场的爆发不可避免地对新能源汽车的主要部件——动力电池带来更大的需求。我们相信，未来对新能源汽车‘三电’制造的完善将会是整个行业关注的重点。高能量密度、长生命周期、快充及旧电池回收利用仍将是动力电池发展的趋势。安全、高效、稳定的生产解决方案则是基础。”Karl Christian Messer如是说道。

谈及近期火热的钠离子电池技术，Karl Christian Messer表示，钠离子电池的研究并不是新兴的，其几乎是与锂离子同期开始的，只是在早期，锂电凭借能量密度优势成为了动力电池、储能领域的主要材料，并广泛被加工生产。由于目前能源转型的需求，电池的需求呈几何倍数的增长，推高了锂原材料的价格，并出现供应短缺，同时针对钠离子的研究又出现了新的转折，因此火热起来。“未来，对于资源更丰富、成本更低、安全性更高的钠离子的研究也是会持续的，但我们并不能认为钠离子的研究就是对锂电的替代，二者应该是互补的。目前的钠离子的研究还有许多课题需要攻克，尚未形成规模化量产，还未形成成熟健全的产业链，相信为不同的产品寻求各自最合适的应用场景将会是未来行业发展的核心目标。”Karl Christian Messer总结道。

大族锂电一直深入锂电池先进工艺的研究，和电池厂、研究机构联合开发新技术和新型电池。“比如我们在激光焊接工艺上，寻求更加稳定、可靠的焊接工艺；在焊接熔深和焊渣飞溅物控制上，也会在激光器和焊接振镜上下功夫，让电芯和模组焊接的更牢固，在极片切割上精度更高；在工艺制程上，探索如何让制程节约化，降低产线能耗。”大族锂电智能装备副总经理党辉表示道。

党辉重点介绍了大族锂电的切叠一体机：“现在锂电行业最火热的一个工艺是叠片工艺，相较于传统的卷绕技术，叠片工艺可以实现整体外观更好，在电池化成以后对外观的影响较小。目前，业内能做到量产切叠一体机的企业不多，在磷酸铁锂电池电芯的应用比较多，目前我们成熟的样机已经得到客户的验证。”他说道，“早年的叠片工艺生产效率相对较低，随着高速叠片工艺的发展，其生产效率可以和卷绕技术相媲美。”

交通工具全面电动化是发展趋势，高续航、高安全、耐低温等特性是动力电池的发展趋势。“目前锂电池是行业主流方向，但是新型电池也在不断涌现出来，比如钠离子电池就是近两年开始出现，今年会是钠离子电池爆发的元年。相比锂矿，钠离子储量非常丰富，我们认为未来应该会有很大的应用前景。对应设备企业来说，钠离子和锂离子电池的生产工艺都有很多相通之处，我们的研究院也有这方面的技术和产品储备。”谈及电池行业的未来发展，党辉如是说道。

普雷茨特携最新激光焊接解决方案亮相CIBF 2023，针对目前逐渐兴起的大圆柱电池在新能源汽车中的应用，普雷茨特提供了一揽子激光焊接以及质量检测方案。例如，大圆柱电池正负极材料更薄、易变形而且焊接节拍特别高（150-300 PPM），对激光焊接工艺和检测技术都提出了新的、更高的要求。常规的质量检测大多采用焊后、抽检、破坏性检测等方法。这些方法时效性低、非全检（无法确保每个电池的质量）、成本高昂。而且是批次追溯，无法追溯到电芯单体，召回风险高。

普雷茨特智能振镜系统ScanMaster 集焊前自动定位（横向、Z向），焊中实时质量检测LWM，焊后检测等集于一身，非常契合大圆柱电池的技术需求。焊中质量检测系统LWM，可以把多种因素（比如板材间隙、功率衰减、离焦量变化、位置偏差、工件脏污等）导致的异常工件，特别是虚焊工件，实时检出，确保交付产品品质。自带的SQL数据库可以把焊接过程记录下来，做到电芯单体追溯，甚至电芯的每个焊缝、焊点都可以独立追溯，大大降低了潜在的召回风险、成本。据悉，LWM目前已经在新能源行业大批量使用。

电池检测技术不断革新

目前，电池行业的产能已在全球范围内不断扩大。同时，电池中的化学成分及其制造工艺也在不断改进。英福康在展会现场展示了行业首创——可直接检测电芯电解液的ELT 3000电池检漏仪。

“作为全球电池检漏行业首创也是唯一支持直接检测电芯中电解液溶剂的电池检漏仪，ELT 3000凭借前沿的质谱技术，无需借助任何间接参数即可持续稳定地提供高精度的检测结果，相比传统方法检测精度提高1000倍，可以确保电池使用寿命达到10年。另外，展会我们也带来了LDS 3000模块式检漏仪，可应用于方型、圆柱形动力电池检测中，可检测漏率高至1*10-11毫巴•升/秒，检测时间小于1秒。值得一提的是，用户还可根据实际需求灵活选择氢气、氦气两种型号。”英福康（广州）真空仪器有限公司销售经理杨焕新介绍道。

据杨焕新介绍，为了减少材料报废，最大限度地提高生产设备的利用率，应在注入电解液之前使用LDS3000，测试硬壳电芯（或其组件）的泄漏情况。INFICON真空计用于监测电芯在注液前的真空干燥和抽空期间的压力。 注入电解液之后，可使用ELT3000 PLUS电池检漏仪检查电池完整性的泄漏情况。采用独特的专利测试方法，该检漏仪能够直接检测出所有锂离子电池在注入电解液之后的泄漏情况，无论圆柱形电池、纽扣电池、方形电池还是软包电池都可以应用。客户可在化成和老化之前使用该检漏仪，以减少电池泄漏的潜在风险。还可以在化成和老化之后使用该检漏仪进行终端测试，从而检测到是否因处理特别脆弱的软包电池而导致存在泄漏可能性。

“我们常常会根据市场的需求或发展进行预判，提前做技术储备。动力电池本身的工艺在变化，那么就导致原来的检测方法可能就不再适用，比如说现在有很多大圆柱没有注液孔，都无法打氦气，那么就意味着你要有一种新的检测方法，所以说英福康一直以来都在预判市场的走向，提早做技术储备和研发，这一点也是英福康赢得客户的秘诀。”杨焕新说道。

在全球范围内，电池技术的应用正在迅速扩大，它构成了几项未来创新技术的核心，特别是高能量密度锂电池近年来的应用，已经确立了其作为储能技术的领先地位。强大的锂电池推动了新能源汽车、智能手机和笔记本电脑的蓬勃发展。伊斯拉视像（ISRA）在展会现场重点展示的在线检测系统SMASH，专门适用于电池包以及各组件生产中的在线质量检测。这种先进的一体化解决方案，已成功安装在全球电池隔膜和铝塑膜等行业1000多套系统上，并确保了整个电池价值链始终如一的高质量。

“有了在线检测系统SMASH，客户在电池组件制造的所有工艺阶段都有合适的技术可以依赖。SMASH检测系统专为在生产线上进行自动检测而设计，可提供关于材料质量的实时信息。它能够显示给定规格的符合程度，从而在很大程度上避免昂贵且耗时的实验室测试。”伊斯拉视像设备制造（上海）有限公司（ISRA）先进材料表面检测和印刷检测事业部产品经理董春介绍道。

此次展会伊斯拉视像带来的另外一款重磅产品是软包电池检测系统-PouchSTAR，凭借这一应用，ISRA VISION使制造商能够监测整个电池生产过程的每一个环节，帮助他们在早期阶段发现问题和缺陷，从而保证产品满足严苛的质量要求。董春进一步介绍说：“该系统可以直接集成到生产线中，便于对软包电池进行全方位检测。它通常在电池组装工艺中和抽真空后用于检测2D和3D类型表面缺陷，如凹陷、凸起、划痕、褶皱和电解液造成的污染等。该系统也能可靠地检测折角和边缘处的缺陷。PouchSTAR还能检测电池的形状、尺寸和密封处缺陷。”

“我们的解决方案不仅涉及缺陷检测，表面缺陷检测，还有机器人引导等多个领域的应用，包括新能源汽车的机器人引导和最终产品链。我们在新能源汽车行业从上游到下游基本都能匹配，客户真正的痛点才是我们最关注的。”董春总结道。

设备智能化、小型化、模块化趋势

随着锂电池企业集中度不断提高与头部电池厂商扩产明显，对设备稳定性、维护简易性等需求更为关注，具备综合能耗、生产稳定性、质量一致性优势的锂电生产制造设备将成为未来市场主流，市场潜力较大。科倍隆在展会现场带来了连续混合工艺生产锂电池电芯材料系统方案，这些方案涵盖了整个电池正负极浆料批量连续生产、锂电池隔膜的生产制造，或是高固含电极的挤出。从物料输送处理、精确计量喂料到混合挤出，科倍隆为每一个工艺步骤提供防尘密封，符合防泄漏要求的解决方案。

“我们重点专注于电池材料的连续生产，为客户呈现完整的成套系统解决方案，匹配度更好，便于优化工艺流程。科倍隆双螺杆挤出机搭配科倍隆楷创高精度喂料机，可实现非常高的工艺稳定性和计量喂料精度，从而确保最终产品品质的优异性和可重复性。与传统批次式工艺相比，我们设备自动化程度更高，使得经济高效的电芯生产模式成为可能。”科倍隆（南京）机械有限公司区域销售经理刘在峰分享道。

值得一提的是，科倍隆双螺杆挤出机超高扭矩、高转速的设计特点、优化的外内径比、科倍隆丰富的混合元件设计及多年工艺经验累积，确保了其设备具有优越的分散混合能力，从源头保证电池电极的高品质。双螺杆的混合过程为高效强制式的连续混合，使得浆料品质更稳定一致。同时挤出机的双螺杆紧密啮合，输送效率高，工艺段自清洁能力强，从而减少了挤出机中的物料残留，实现更低的物料损耗以及更加环境友好的电池加工和制造。此外，工艺加工段采用模块化结构设计，可以对各种配方和工艺中的变化进行灵活和个性化的调整，例如减少或替代有毒溶剂。

谈及动力电池的安全和续航问题，刘在峰认为，续航问题重要的一点便是电池功率密度的问题。为追求更高的功率密度电池厂可能会采用和不断开发不同的正负极材料体系，比如三元材料的功率密度可能就比磷酸铁锂材料的功率密度要高。但是对挤出机厂家来说，不同的材料以及不断更新变化的材料，必然对设备提出不同的工艺和性能要求，例如三元材料和铁锂材料的不同所带来设备关键混合部件的材质匹配问题。得益于科倍隆多年在挤出机领域累积的冶金和金属材料经验，科倍隆可以提供各种优异的，定制化的耐磨耐腐解决方案。这也是保证电池安全性的一个重要方面。同时得益于科倍隆双螺杆超高扭矩的设计，科倍隆挤出机在提高浆料固含量，完成半固态甚至干法电极挤出等领域都拥有更多的可能性。

“动力电池领域的发展也会给我们带来新的机遇和挑战，当客户的需求提高，比如客户不断追求更低的成本和更高效的工艺，反过来也将推动设备厂商进一步优化提升相应的工艺解决方案。目前我们在该领域比较有代表性的应用案例有保时捷与CUSTOMCELLS的电池合资公司Cellforce在欧洲的工厂选择了两台科倍隆ZSK Mc18双螺杆挤出机用于高性能车用动力电池电芯的生产。因为设备有非常大的操作弹性，两台双螺杆匀浆设备可以帮助客户实现不同配方体系产品的生产。连续法的生产工艺流程有助于客户实现稳定的、可重复性的超高产品品质。”刘在峰说道。

据浩亭中国区机械及机器人行业经理鲜玮介绍，电池领域是浩亭快速发展的业务领域之一，浩亭至少从5年前就开始涉足电池行业，但当时更多地是面向国内的电池项目。“随着近两年锂电行业的竞争愈发激烈，很多电池设备厂家开始拓展海外电池项目，我们的产品也和这些设备厂家的合作紧密度越来越高。”

“随着设备和系统的日益模块化，小型化、模块化成为锂电制造领域设备发展的新趋势，亟需针对小型负载的紧凑型、模块化以及耐用型连接方案。因此，浩亭Han®1A连接器应运而生。该系列新品的外壳、插芯和电缆密封套均采用高性能轻质材料制成，连接器重量轻巧。此外，我们重磅推出的Han-Modular®多米诺模块化连接器，针对部分应用，不仅可节省约50%的空间，而且能够满足多元化的连接需求，提供更多拓展、优化的可能性，将模块化工业连接器提升到全新水平。”鲜玮介绍道。

在PCB连接解决方案区域，浩亭推出了har-modular® PCB电路板连接器。这是一种基于可靠的DIN 41612欧式连接器的模块化概念，可以从1个到多个进行模块化配置的连接器。此外，以太网是工业应用中数据传输的首选，浩亭为成千上万的用户提供品类丰富的以太网接口。通过完善的产品矩阵，满足客户所需，并为其带来真正的竞争优势，实现新的可能。

在谈及客户关注的交付周期问题时，鲜玮说道：“对于一些标准产品，我们以前大多是在德国生产，现在我们已经有很多产品在珠海工厂生产，这样就能够有效解决客户快速交付的问题。”

写在最后

据中汽协数据，截至今年5月，中国新能源汽车市场占有率达到27.7%，我国动力电池累计产量233.5GWh，累计同比增长34.7%。动力电池时长蓬勃发展，锂电技术路线也在不断演进，以CTP、CTB、CTC为代表的去模组化、集成化的系统结构创新成为诸多主机厂以及电池制造厂商竞逐的重点之一。随着电池制造技术路线有所变化，上游设备制造商在研发和生产加工设备的时候会有不同的侧重。但无论电池制造技术如何变革，对于设备制造商来说，保持创新力，就能够在电池制造的变革乃至整个汽车行业技术革新的浪潮中保持领先地位，甚至引领行业的发展。追风赶月莫停留，平芜尽处是春山，让我们一起期待未来电池制造以及汽车行业的风景！

来源：荣格-《国际汽车设计及制造》

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