一、前言
我早些年也在一家知名的电子公司的制造厂做过车间管理,对生产略懂一二。为什么我说有着生产经验的锂电pack厂会优势更大?我先拿锂电来举例,作为产业链分工越来越明确的今天,锂电池pack厂的材料来源大体同质化,正极、负极、隔膜、电解液、集流体都是来自于头部的几家公司,而且这几家说白了,都是赚的辛苦加工费,那么材料端来源一样,那么为啥做出来的电池的能量密度、循坏次数等性能却有着较大差别,成本上也有着巨大差距?它们之间的差别肯定是由于它们的制造工艺、生产效率、成本控制等多方面有着较大差别。就拿我之前所在工厂做过的路由器来说,工艺流程从原材料的检查、前段SMT车间的贴片、后段的组装里面涉及的工序十分之多,每一个步骤都存在改善的空间,流程的优化也有可能提高生产效率、生产工艺的创新也能提升产品的性能,而且头部公司因为种种原因,确实生产的产品性价比极高,基本碾压其它同类产家。另外那年,我所在的SMT车间新建了一新车间,进来了一些新设备,也为此新招了一些工人,新车间的产能爬坡、员工培养、生产出的产品性能等远没有大家想的那么简单,设备到位就能产能爬坡就能很快?不可能,尤其是没有经验的玩家去玩一个新进的行业,很多工序需要逐一摸索,很多难关需要花时间去攻克。
所以,基于维科技术在锂电将近5年的生产经验,我认为它的量产速度和效率都应该是比较高的,当然肯定比不上宁德时代,但相较于宁德时代,维科技术更灵活些,相当于梭哈了些手里的资源抢先去布局钠电,我觉得可以在初期,去抢一些市场份额。
二、电生产工艺
刚刚有说,锂电的材料来源都大体相同,为啥产品差异会这么大,这其实跟不同厂家的制造工艺、技术壁垒有着非常重要的关系,就像近期亿纬锂能推出的560Ah储能电池,也是在生产工艺上做出了巨大突破,减少了47%的零件数量、提升30%的生产效率,电芯设计成本降低5%、生产成本降低30%、系统设计成本降低20%,最终实现总成本降低10%。所以,我认为产业经验的先发优势是维科技术突围钠电大军的重要法宝。
今天花了一些时间看了看锂电的生产工艺,看完后就觉得,正极、负极的性能只是影响最终电芯性能的一环,没有完备的电芯制造工艺来做背书,就像你光有食材,没有优秀的厨师,没有配合的调料,你照样做不出来一桌好菜。
1、锂电生产工艺
锂离子电池一般包括以下部件:正极、负极、电解质、隔膜、正极引线、负极引线、中心端子、绝缘材料、安全阀、PTC、电池壳等,形状主要有圆形、椭圆形、方形和扣式。
锂离子电池的生产流程随类型不同而不同,这边就以液体电解质锂离子电池的生产过程为例来做介绍。
(1)电极:电极制造浆料的方式有两种,采用有机溶剂或水。一般而言,正极材料均采用N-甲基吡咯烷酮作为溶剂,用于粘合剂(PVDF)的溶解,并作为导电剂和正极材料的载体,搅拌成浆料;负极材料如改性天然石墨,采用水作为溶剂,粘合剂为SBR,增稠剂为CMC,搅拌成电极浆料。搅拌过程必须使用真空装置,这样可以防止在涂布时候里面的气体产生大量的气孔,影响极片的质量。浆料制好后,用涂布机将浆料均匀涂布在集流体两面,干燥,对于集体体,正极一般铝箔,负极一般用铜箔。
(2)材料预处理与浆料搅拌工艺
1)电池活性材料、辅料要在有机溶剂里高度分散,形成均匀的高粘度聚合物浆体,使得正负极浆料各组分之间的表面张力降到最低,提高各组分的相容性,用于下一步电极膜的涂布。
2)浆料处理必须考虑溶剂的挥发性,不同的加料顺序对电池性能也有较大的影响,一般进行正、负极浆料搅拌前,需对密度相差较大的固体材料进行预混合。
(3)电极膜制备
1)锂离子电池极片与一般的涂料涂布明显不同:极片涂布要求高,厚度偏差要求为±3微米,通常使用的涂布方法包括挤出机、反辊涂布和刮刀涂布。选择涂布方法时需要考虑涂布层数、湿涂层厚度、涂布液的流变特性、要求的涂布精度、涂布支持体或基材及涂布的速度等。
2)在涂布过程中,应尽量控制浆料的均匀性,涂布时,采用计量泵精确控制涂布浆料的量,另外还需用各种计量仪进行现场测量,对涂层的厚度进行及时反馈和控制。
3)涂布后的极片进行干燥后,必须辊压,以防止极片上的活性物质发生脱落,导致微短路,辊压可以增加极片的密度,提高电池的体积容量密度,另外辊压可以增加电子电导率、提高电池的循环性能。
将辊压的正极和负极一起,依电池大小所需的长度进行切割,由于对切割设备的控制精度要求高,刀的形状设计也很讲究。接着将电极和导线进行焊接,按正极/隔膜/负极/的顺序重合,卷绕成圆形,形成电极子。将该电极子插入到电池壳中,并将负极和壳底焊接,加入电解液,将正极导线与遮挡阀一起进行焊接,然后加盖封口。
在上述过程中,要求在无水环境中,生产环境为22-25℃,不同生产工段的温度要求不一样,也有除湿的要求。
(4)注意事项:另外在锂离子生产过程中,还有以下因素需要注意:
1)导电剂的分散对于正极、负极材料的影响很重要,会影响容量的发挥和电池的倍率性能,采用新型的工艺更能保证导电剂分散均匀、极化低、容量高、倍率性能好。
2)正极和负极的比例对于不同的原材料而言也是不一样的,同样功率密度要去情况下,不同材料的涂布薄厚要求不一。
3)聚合物锂离子电池的化成和循环过程中,也会发生气胀等现象,对于避免气胀的产生,选择材料就是一个很重要的指标。
4)锂电池经过包装后,化成的条件比较关键,它涉及SEI膜的形成,以防止负极自发与电解液发生反应,同时,它也可以使活性物质与电解质之间有良好的接触。
2、大型锂电子电池生产
(1)大型锂离子电池一般是由包(pack)构成,而包是由模块通过并联或串联组装成。大型锂离子电池包括锂离子电池模块、充放电控制器、热量管理系统、模块平衡电子系统与外界进行通讯的电子系统。在生产动力型聚合锂离子电池需要考虑平衡电极厚度、压实密度与输出功率之间的关系,以免影响锂离子的扩散,另外,电池的热效应和散热都需关注。
(2)小电池通过串联或并联组装成大电池,其中有电池会出现过充或过放问题,电池数量越多,该问题越难解决,所以必须使用电子监控系统,对每个小电池进行监控,防止过充、过放,并同时采用电路,对这些小电池进行平衡,提高锂离子电池包的使用寿命。
(3)将小电池组装成电池模块,圆柱形电池的组装密度没有方形电池高,圆柱形电池很容易安放在面板上,方形电池由于大小限制,组装成模块时,与面板的终端匹配性不太好。
(4)为了提高锂离子电池的安全性尤其是耐热性,除了在电池包、电池模块的设计中采用空气或液体冷却的方法外,也可以在小电池的设计中引入传热中心管,另外也可采用内部电路隔离装置。
最后,在锂离子电池的生产过程中,不可避免会有质量波动,那么有必要再对电池进行分容和出厂检测。
资料来源:锂离子电池应用与实践(吴宇平、袁翔云、董超、段冀渊编著)
三、BMS系统
1、为什么需要BMS系统
(1)纯电动汽车的电力储存依赖动力电池,通常整个电池模组会由上百个电芯组成,尽管当前的电池制造工艺已经让各个电芯之间的差异化缩小,但是单节电芯之间仍然存在者内阻、容量、电压等差异。在实际应用中,电池组内部各单体电池容易出现散热不均或过度充放电等现象。
(2)工作时间长之后,部分处于不良工作状态下的电池就很可能提前损坏,电池组的整体寿命也就大大缩短。甚至如果电池处于严重过充电状态下,还可能发生爆炸。
(3)只要一节电芯过充或者过放,那么整个电池组就会出问题。BMS的主要工作就是要完成对整个电池组中的每一节电芯的监控和管理。
2、什么是BMS?
(1)BMS通过对电池的电压、电流、温度、剩余容量(SOC)、放电功率,报告电池劣化程度(SOH)、电池均衡管理、报警提醒等参数采集、计算进而控制电池放电过程,实现对电池的保护,提升电池综合性能。
主板:收集来自各从板的采样信息,通过低压电气接口与整车进行通讯,控制BDU内的继电器动作,实施监控电池的各项状态,保证电池在充放电过程中的安全使用;
从板:监控模组的单体电压、单体温度等信息,将信息传输给主板,具备电池均衡功能,从板与主板的通讯方式通常是CAN通讯或者菊花链通讯;
BDU:通过高压电气接口与整车高压负载和快充线束连接,包含预充电路、总正继电器、总负继电器、快充继电器等,受主板控制;
高压控制板:可集成在主板,也可独立出来,实时监控着电池包的电压电流,同时还包含预充检测和绝缘检测功能。
电动汽车的核心在于“三电”系统,电池、电机、电控,电池是三电系统当中的关键,成本占整车成本的40-50%甚至更多,而电池管理系统(BMS)算得上电池大脑,时刻对电池状态进行管理,电池管理系统的好坏直接影响电池的性能好坏,并影响着整车系统。
资料来源:电池管理系统BMS为何能管理好上百块电芯?
四、维科技术在BMS系统和锂电池电芯制造工艺的优势
1、十余年的锂电池生产经验
维科新能源以维科电池十余年的锂电池生产技术为依托,可定制开发各种不同用途的电池包,并根据用户的不同需求,提供个性化的电池解决方案,应用领域覆盖二轮乘用车电池、特种车辆电池、家电用电池、储能电池等,目前已成为两轮车换电行业头部企业供应商。
2、生产优势
为了顺应消费电子行业对锂电池在安全、续航、快充、能量密度等方面持续提高的趋势,公司结合行业发展趋势和客户需求,以自动化生产线和数据化生产追溯系统为支撑,不断升级自动化流水线,提升涂布、分切、制片、卷绕、封装等工艺水平,促使公司的智能化生产水平较高。同时,公司导入先进的生产管理理念,实现项目开发、原料检验、生产工序的可追溯、无缝隙品质管控体系,保障了生产体系的高效运转。此外,公司依托强大的设计研发能力、稳定可靠的原材料供应体系、良好的生产协调能力、灵活的生产组织管理体系,实现了锂离子电池业务从锂电芯业务向锂电池封装业务延伸,有效缩短了多批次产品转线生产的切换时间,增强了对各类订单的承接能力,使公司能够快速响应客户需求,根据订单快速组织生产并及时交货,并有效降低公司的整体生产成本。
公司锂电池产品技术指标均符合国标要求,并且与目前国内锂电池第一梯队厂商水平相当,在研的锂电芯最高能量密度达到 750Wh/L,处于国内行业前列。
3、研发优势
公司始终高度重视产品的研发及创新,坚持依靠持续的技术创新为客户提供更加完善的产品和服务。3C 数码方面:完成重点客户的极耳中置项目产品开发;聚焦小米、三星、DELL、大疆 282 等公司级重点项目;优化设计,持续降低 BOM 成本;小动力方面:开发低成本电芯体系,降低 BOM 成本;强化 BMS 自主研发能力,从电池模组提供商转型为电池方案提供商。由总部统筹,加大前瞻性、战略性研发投入,构建公司面向未来的技术优势。公司通过持续自主研发为企业发展不断输入源动力,截至2022 年 6 月 30 日,公司共拥有专利 183 项,其中发明专利 50 项、实用新型专利125 项、外观设计专利 8 项。坚持依靠持续的研发投入技术创新为客户提供更加完善的产品的服务。
4、维克自研的Ebike软件版BMS平台取得TUV南德ISO13849、CE-EMC报告
(1)经过半年多的技术研发与功能测试,宁波维科新能源于2022年8月26日顺利获得了Ebike软件版BMS平台的TUV南德ISO13849、CE-EMC认证报告。该平台BMS适用于36V、48V出口欧洲Ebike产品,标志着公司的技术水平迈上了新的台阶,公司标准化、规范化及风险管控能力进一步强化与提升。
(2)目前,工具类产品的BMS已经为客户送样(送样检验中),吸尘器类产品BMS的PACK已经为多家客户送样(客户测试验证中),另外,与我司达成战略客户的BMS在我司进行整机测试。维科自研双电已经完成PACK级测试,目前处于欧标车辆测试中。
(3)公司已完全具备了窗帘、电动工具、Ebike、48V换电BMS的系统方案解决能力,并将在后续建立与布局储能BMS系统方案解决能力。
(4)维科技术之前展示过“双电系统”E-bike锂电池产品,它实现了双电池同时运行的技术创新,采用基于CAN总线的电池自动切换技术,使不同容量、不同电压平台电池能够兼容运行,通过维科新能源自有“黑科技”使得两组电池实现无需硬件并联器即可同时充电、同时放电,有效提高了助力车的续航里程和骑行速度,为用户带来更卓越的体验感。
五、钠离子电池下周会有消息密集刺激
1、中国电子技术标准化研究院发布《关于钠离子电池行业标准(征求意见1稿)征求意见的通知》,征求意见截止时间为10月23日。
2、宁德时代电话会议交流会上,宁德时代表示公司钠离子电池产业化进展顺利,供应链布局上需要一些时间,已与部分乘用车客户协商,明年将会正式量产。
3、南美三国欲打造“锂业欧佩克”,钠离子电池的推出是时也势也。
4、传艺科技10月27日中试典礼。
5、维科还有些网上传言(关于公告、三季报、中试等),不兑现问题不大,兑现了会对股价有刺激。
6、传华为也希望在基站上用纳电。