自动化设备技术在新能源锂电行业的应用及展望
2024-06-04发布者: 瑞宝达浏览次数: 197

3月5日,十四届全国人大二次会议在北京人民大会堂开幕,国务院总理李强作政府工作报告。李强指出,一年来,推动外贸稳规模、优结构,电动汽车、锂电池、光伏产品“新三样”出口增长近30%

海关总署数据显示,2023年,中国电动载人汽车、锂电池和太阳能电池等“新三样”产品合计出口1.06万亿元,首次突破万亿元大关。值得注意的是,国家工业和信息化部发布数据显示,2023年我国锂电池出口总额达到4574亿元,同比增长超过33%,在“新三样”出口中占比高达到43.15%

据电池中国统计,受益于全球汽车电动化快速发展和储能产业爆发增长,2023年中国多个省市锂电池出口均出现大幅增长。

随着我国新能源行业的不断发展,新能源自动化设备呈现出良好的发展势头,产品产出持续扩张。对此,站在我国新能源行业的发展角度,国家积极引导并促进我国新能源自动化设备产业的发展,采取政策鼓励的方式,促使其朝着高技术产品方向发展。

 

在此基础上,国内一些企业开始着眼于新能源自动化设备产业的发展,逐渐增设投资项目;而相应的,企业投资者也密切关注着新能源自动化设备的市场发展趋势以及市场需求,以便针对自身的发展设定科学合理的市场推广策略,拓展新能源自动化设备的营销渠道,促进自动化设备技术在新能源行业的应用及发展。

自动化设备技术与新能源行业概述

1.1、自动化设备技术概述

 

随着现代化科学技术的迅猛发展,自动化设备技术不断完善并被广泛应用于多个生产领域;自动化设备技术能够使自动化器械按照人工要求,在无人参与或者只有少量人参与的情况下自动执行动作,完成指定的工作;自动化设备技术的充分应用能够帮助企业减少人工成本,承担危险和恶劣环境中的工作,保障工作人员的人身安全;自动化设备技术与传统的人力工作相比,能够有效提高工作的细致程度、精准程度以及工作效率,降低出错率,有效应用自动化设备技术还能够有效降低企业的生产经营成本,提高企业在生产经营过程中的社会经济效益。

 

1.2、新能源及自动化

新能源是传统能源之外的各种能源形式。指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源,如太阳能、地热能、风能等,新能源发展可以解决如今的能源缺乏问题,不断造福人类社会,并且可以保护自然环境,其中太阳能和风能是运用最广泛的;风能具有较远的历史,在技术上具有成熟性,在我国形成了一定的规模;之后地热能与海洋能也被不断开发,从发展的趋势上看,这些新能源行业都具有较大的发展空间;另外太阳能发展迅速也较快,尤其是光伏电形式被推广,除此之外,生物、地热能等也备受关注;根据新能源目前发展的现状,仍旧存在着部分问题,我国能源浪费现象严重,能源利用率较低。中国经济的飞速增长推动了对各种资源的强烈需求,资源进口量不断增加,常规能源不能满足国民经济发展的需要;并且类似技术研究资金不足、缺乏先進的技术、发展方向不够确定的问题都随之出现。而这些问题都制约着新能源行业技术的发展,因此面对这些问题,需要找到突破口,解决问题实现自动化技术的稳定化。

1.3、自动化设备技术在新能源行业中的应用

1)自动化设备技术对风能的利用及发展:风能指地球表面大量空气流动所产生的动能,是因空气流做功而提供给人类的一种可利用的能量;随着能源的不断紧缺,生态环境破坏越来越严重,风能作为清洁能源的一部分有了更长远的发展,如今风能作为一种清洁无污染和可再生的能源有着巨大的发展潜力,在进入21世纪时,中国在风能的开发利用上加大投入力度,使高效清洁的风能能在中国能源的格局中占很大比例;但是目前风力发电需要更多资金,需要大量的资金进行项目的研究;而风力发电项目其企业投资的金额回收成本低、时间长,且具有不确定性,这在很大程度上制约了对风能的开发,限制了风力发电的进步与发展。

 

2)自动化设备技术对太阳能的利用及发展:太阳能是指太阳的热辐射能,主要表现就是常说的太阳光线。太阳能资源丰富,既可免费使用,又无需运输,对环境无污染。为人类创造了一种新的生活形态,使社会进入一个节约能源的绿色时代;但是太阳能的利用还不是很普及,利用太阳能发电还存在成本高、转换效率低的问题,太阳能的能量密度低,而且它因地而异,因时而变具有不稳定性、分散性。总的来说,经济性还不能与常规能源相竞争,在今后很长时间内,太阳能利用的发展,主要受到经济性的制约。

3)自动化设备技术对水能的利用及发展:水能是一种能源,是清洁能源,是绿色能源,是指水体的动能、势能和压力能等能量资源。水能主要用于水力发电,水力发电将水的势能和动能转换成电能;开发水能对水资源,河流湖泊的利用有很多益处,对促进我国经济效益提高,改善对不可再生能源的依赖,缓解燃烧煤炭、石油产生的污染,对空气,河流等自然环境的破坏具有里程碑意义,因此世界各国都开始大力开发水资源,并且不断增进水资源开发技术;但是水能开发也会产生很多问题,例如会对生态造成破坏,开发水能需要修建大坝,资金方面需要很大要求,并且大坝以下水流侵蚀加剧,河流的变化及对动植物的影响都很大,对技术要求也很高,稍不注意会引起生态破坏;而且它受自然环境影响大,降水季节变化大的地区,少雨季节发电量少甚至停发电,这些问题都有待控制和解决。

4)锂电行业自动化发展概述:结合我国自动化领域的发展历程,在很长一段时期以内,汽车一直是自动化设备的主要应用领域。大量先进的自动化设备如工业机器人等,被广泛应用于汽车的涂装、冲压、焊接以及组装等工序;然而随着我国汽车市场大量生产线的铺设和市场自身的萎缩与发展停滞,越来越多的自动化企业将市场中心由汽车领域转向电子领域;在之后的一段时期,以手机为代表的电子行业推动了自动化领域的进一步发展。智能手机中需要的许多半导体面板、印刷线路板以及最后的终端组装工序,都对自动化设备有着较高的需求,大大推动了自动化设备的发展;随着智能手机市场的饱和,它对自动化设备的需求减少,因此我国开始大力支持新能源汽车为代表的新能源产业发展,未来几年我国新能源行业将得到持续迅速发展,锂电池作为新能源汽车的主要动力来源,成为自动化设备未来的重点应用领域,从锂电池整个生产流程和涉及的工艺来看,从锂电池原材料的购买投入到最后锂电池产品的产出,流程大概可以分为基片制作、电芯组装、电芯激活、封装和pack 成品的输出。

2.1、锂电行业自动化设备技术应用现状

从下图可以看出,生产流程及工艺大体上可以分为材料搅拌、涂布、辊压、分切、制片、叠片/卷绕、注液、封口、焊接、化成、分容、检测以及模组等;除叠片工艺和卷绕工艺相差较大之外,各不同厂家在主要工艺上大体相同;从不同流程阶段的自动化设备应用程度来看,越靠前的工艺自动化设备的应用程度越高,越靠后的工艺特别是到PACK阶段,自动化设备在锂电池生产过程中的应用水平逐渐降低;对这一现象背后的原因进行深究可以发现,锂电池生产的前端工艺,对后端生产有着直接影响,直接对锂电池自身的安全性和质量有着重要影响;因此在之前的工艺流程中,大量应用自动化设备有助于提高锂电池生产的整体质量,保证电池自身的安全性。在锂电池生产的各项工序中,各工序使用的设备如表1所示,虽然不同企业可能设备不同,但是能体现整体自动化设备的应用水平。

自动化设备技术在我国锂电领域应用广泛,但仍存在不足。因此,应当分析锂电领域自动化设备技术的不完善之处,推动锂电的发展与革新。

2.2、锂电行业自动化设备未来的发展预期

在锂电池生产过程中使用的各种自动化设备,对锂电池自身的质量功能和成本有着直接影响;锂电池生产工艺较为复杂,从原料到产品出厂,通常需要经过50多道工序,因此需要相应50多种设备完成各项工序,且设备专用性较强。由于锂电池制造中许多简单工艺设备的壁垒较低,近年随着政府政策的支持和市场的发展,许多人对锂电池行业有着较为积极的态度,促使我国产生了许多锂电自动化备生产企业;目前我国生产锂电池所需设备的领域企业有近300家,但是具有核心技术且规模较大的企业偏少;锂电池自动化设备的集中程度较低,许多省份的设备生产企业由于难以承担较高的研发费用,只能生产一些低端的锂电池生产设备。

虽然我国锂电自动化设备的生产已经逐步国产化,并取得了较大成果,但是国产自动化设备的专业水平相较于先进国家较差,生产过程中自动化水平普遍偏低,如许多大型锂电池生产企业仍旧需要进口国外的自动化设备;随着动力锂电池成为锂电行业未来发展的重心,进一步提升锂电行业的自动化和智能化水平成为未来发展的实际需求;只有不断降低新能源汽车的生产成本,才能够进一步推动新能源领域的消费。

要有效降低动力锂电池的生产成本,有两种方法:一是采用新的材料系统提升电池的能量密度;二是通过加大生产规模获取规模化的效应,通过提高生产效率降低生产成本;然而目前电池生产材料的开发难度较大,所以进一步提高生产规模,通过规模化效应降低锂电池生产成本是最有效的途径。

研究显示,动力锂电池成本可以通过大量应用自动化设备降低70%;利用智能化和全自动的生产线生产锂电池,将在保证锂电池工艺质量和安全性的基础上,使得生产的锂电池成品更加标准化,有利于提高产品的生产效率,达到降低生产成本的目的;锂电池行业自动化设备的生产要求高,需要设备生产厂家联合电池企业一起研发,打造自动化和智能化的生产线。

2.3、自动化设备技术在锂电行业的应用策略

2016年7月,由先导智能装备股份有限公司制造研发并建立了国际首条锂电池全自动物流线,并在松下等全球知名锂电生产企业的生产车间中进行装配;此外大族激光科技股份有限公司提出的电磁模组焊接自动化方案, 进一步推动了大功率激光焊接技术在锂电行业的应用;随着工业机器人在锂电行业的进一步推广和模块化PACK生产线的发展,自动化设备在锂电行业的应用越来越多元化和标准化;近几年企业将机器人技术与自动化生产系统相结合,打破了过去生产中通过人工进行连接的瓶颈,在比亚迪等一线锂电池生产企业中,工业机器人已经得到了大规模应用。

结语

在新能源行业充分应用自动化设备技术,能够切实推动新能源技术的革新与发展;在锂电行业的发展和锂电的生产过程中,自动化设备技术特别是机器人技术具有广阔的应用与发展前景。

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