自動化設備技術在新能源行業的應用及發展

陳龍云

（珠海冠宇電池股份有限公司，珠海 519180）

自動化設備技術在各種行業都具有顯著優勢。在新能源開發利用領域應用現代化自動化設備技術，能夠為新能源開發利用工作提供強大的技術支持。目前，自動化設備技術的應用在發電領域尤為重要，其中鋰電行業是新能源行業的重點領域。我國在鋰電開發利用領域對自動化設備技術的應用處在初期探索和發展階段，發展空間廣闊，發展潛力較大。

1 自動化設備技術與新能源行業概述

1.1 自動化設備技術概述

隨著現代化科學技術的迅猛發展，自動化設備技術不斷完善并被廣泛應用于多個生產領域[1]。自動化設備技術能夠使自動化器械按照人工要求，在無人參與或者只有少量人參與的情況下自動執行動作，完成指定的工作。自動化設備技術的充分應用能夠幫助企業減少人工成本，承擔危險和惡劣環境中的工作，保障工作人員的人身安全。自動化設備技術與傳統人力工作相比，能夠有效提高工作的細致程度、精準程度以及工作效率，降低出錯率[2]。有效應用自動化設備技術還能夠有效降低企業的生產經營成本，提高企業在生產經營過程中的社會經濟效益。

1.2 鋰電行業自動化發展概述

結合我國自動化領域的發展歷程，在很長一段時期以內，汽車一直是自動化設備的主要應用領域。大量先進的自動化設備如工業機器人等，被廣泛應用于汽車的涂裝、沖壓、焊接以及組裝等工序。然而，隨著我國汽車市場大量生產線的鋪設和市場自身的萎縮與發展停滯，越來越多的自動化企業將市場中心由汽車領域轉向電子領域[3]。在之后的一段時期，以手機為代表的電子行業推動了自動化領域的進一步發展。智能手機中需要的許多半導體面板、印刷線路板以及最后的終端組裝工序，都對自動化設備有著較高的需求，大大推動了自動化設備的發展。隨著智能手機市場的飽和，它對自動化設備的需求減少[4]。因此，我國開始大力支持新能源汽車為代表的新能源產業發展。未來幾年，我國新能源行業將得到持續迅速發展。鋰電池作為新能源汽車的主要動力來源，成為自動化設備未來的重點應用領域。從鋰電池整個生產流程和涉及的工藝來看，從鋰電池原材料的購買投入到最后鋰電池產品的產出，流程大概可以分為基片制作、電芯組裝、電芯激活、封裝和pack成品的輸出，如圖1所示。

2 鋰電行業中自動化設備技術的應用與發展情況

2.1 鋰電行業自動化設備技術應用現狀

從圖1可以看出，生產流程及工藝大體上可以分為材料攪拌、涂布、輥壓、分切、制片、疊片/卷繞、注液、封口、焊接、化成、分容、檢測以及模組等。除疊片工藝和卷繞工藝相差較大之外，各不同廠家在主要工藝上大體相同[5]。從不同流程階段的自動化設備應用程度來看，越靠前的工藝自動化設備的應用程度越高，越靠后的工藝特別是到PACK階段，自動化設備在鋰電池生產過程中的應用水平逐漸降低。對這一現象背后的原因進行深究可以發現，鋰電池生產的前端工藝，對后端生產有著直接影響，直接對鋰電池自身的安全性和質量有著重要影響。因此，在之前的工藝流程中，大量應用自動化設備有助于提高鋰電池生產的整體質量，保證電池自身的安全性。在鋰電池生產的各項工序中，各工序使用的設備如表1所示。雖然不同企業可能設備不同，但是能體現整體自動化設備的應用水平。

表1 各工序所使用的設備

圖1 鋰電池生產工藝流程

自動化設備技術在我國鋰電領域應用廣泛，但仍存在不足。因此，應當分析鋰電領域自動化設備技術的不完善之處，推動鋰電的發展與革新。

2.2 鋰電行業自動化設備未來的發展預期

在鋰電池生產過程中使用的各種自動化設備，對鋰電池自身的質量功能和成本有著直接影響。鋰電池生產工藝較為復雜，從原料到產品出廠，通常需要經過50多道工序，因此需要相應50多種設備完成各項工序，且設備專用性較強。由于鋰電池制造中許多簡單工藝設備的壁壘較低，近年隨著政府政策的支持和市場的發展，許多人對鋰電池行業有著較為積極的態度，促使我國產生了許多鋰電自動化設備生產企業。目前，我國生產鋰電池所需設備的領域企業有近300家，但是具有核心技術且規模較大的企業偏少。鋰電池自動化設備的集中程度較低，許多省份的設備生產企業由于難以承擔較高的研發費用，只能生產一些低端的鋰電池生產設備。

雖然我國鋰電自動化設備的生產已經逐步國產化，并取得了較大成果，但是國產自動化設備的專業水平相較于先進國家較差，生產過程中自動化水平普遍偏低，如許多大型鋰電池生產企業仍舊需要進口國外的自動化設備。隨著動力鋰電池成為鋰電行業未來發展的重心，進一步提升鋰電行業的自動化和智能化水平成為未來發展的實際需求。只有不斷降低新能源汽車的生產成本，才能夠進一步推動新能源領域的消費。要有效降低動力鋰電池的生產成本，有兩種方法：一是采用新的材料系統提升電池的能量密度；二是通過加大生產規模獲取規模化的效應，通過提高生產效率降低生產成本。然而，目前電池生產材料的開發難度較大，所以進一步提高生產規模，通過規模化效應降低鋰電池生產成本是最有效的途徑。研究顯示，動力鋰電池成本可以通過大量應用自動化設備降低70%。利用智能化和全自動的生產線生產鋰電池，將在保證鋰電池工藝質量和安全性的基礎上，使得生產的鋰電池成品更加標準化，有利于提高產品的生產效率，達到降低生產成本的目的。鋰電池行業自動化設備的生產要求高，需要設備生產廠家聯合電池企業一起研發，打造自動化和智能化的生產線。

2.3 自動化設備技術在鋰電行業的應用策略

我國早在2016年就開始針對鋰電行業系統集成領域進行了深入探索和研究。2016年7月，由先導智能裝備股份有限公司制造研發并建立了國際首條鋰電池全自動物流線，并在松下等全球知名鋰電生產企業的生產車間中進行裝配。此外，大族激光科技股份有限公司提出的電磁模組焊接自動化方案，進一步推動了大功率激光焊接技術在鋰電行業的應用。隨著工業機器人在鋰電行業的進一步推廣和模塊化PACK生產線的發展，自動化設備在鋰電行業的應用越來越多元化和標準化。近幾年，企業將機器人技術與自動化生產系統相結合，打破了過去生產中通過人工進行連接的瓶頸。在比亞迪等一線鋰電池生產企業中，工業機器人已經得到了大規模應用。

目前，我國鋰電行業自動化設備的應用發展仍舊存在許多限制因素，如市場規模不大、設備生產效率低以及設備穩定性較差等。因此，進一步發展自動化設備的核心工藝是自動化設備在鋰電池應用中的關鍵。想要進一步推動自動化設備在鋰電行業中的應用與發展，需要相關單位通力合作，形成合力。首先，設備生產企業。隨著資金的不斷涌入，設備生產企業必須利用已有的資金加大對自身產品的研發與優化，進一步擴充企業自身的人才儲備，通過合資或收購等途徑，吸收并學習國外先進的自動化設備生產技術和工藝，并與科研機構或者大學研究所等相關研發單位加強合作，推動自動化設備最新技術的發展及應用。其次，國家。國家需要發揮自身的引導作用，通過引導企業響應國家相關示范項目的建設號召，給予政策支持，參與鋰電行業技術標準的制定，從宏觀視角幫助企業進行技術布局。最后，自動化設備生產企業。自動化設備生產企業應加強與電池生產企業的合作交流。設備生產企業需要結合電池進行有針對性的優化更新，而電池生產企業需要結合自身實際的生產情況和產品的性能，對設備提出相應的優化改進要求。

4 結語

在新能源行業充分應用自動化設備技術，能夠切實推動新能源技術的革新與發展。在鋰電行業的發展和鋰電的生產過程中，自動化設備技術具有廣闊的應用與發展前景。