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    未來產業觀察|突破動力電池大規模智能制造的經驗與對策建議——以吉陽智能為例

     

    突破動力電池大規模智能制造的

    經驗與對策建議

    ——以吉陽智能為例

     

    文|億維智源

     

    背景

     

    根據國務院發布的《新能源汽車產業發展規劃(2021-2035年)》,到2025年,我國新能源汽車新車銷售量達到汽車新車銷售總量的20%左右,動力電池、驅動電機、車用操作系統等關鍵技術取得重大突破,安全水平全面提升。到2035年,純電動汽車成為我國新銷售車輛的主流,公共領域用車全面電動化。經過長期努力,我國新能源汽車技術水平大幅提升,產品競爭力不斷增強,支持政策及配套體系進一步完善,這些有利因素支撐了新能源汽車銷量的高速攀升。

     

    據中汽協統計,2021年1-11月,我國新能源汽車產量302.3萬輛,銷量299萬輛,同比均增長1.7倍,市場滲透率達到12.7%。在急速擴張的新能源汽車市場的拉動下,我國動力電池出貨量和裝機量均出現了大幅攀升的勢頭。根據中汽協的統計數據,2021年1-11月,我國動力電池出貨量累計達到188.1GWh,動力電池裝機量累計達到128.3GWh,同比分別累計增長175.5%和153.1%。根據中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高的預測,到2022年我國新能源汽車銷量有望達到500萬輛,到2030年我國動力電池裝機量將達到1500-2000GWh。與此同時,在碳中和戰略引領下,儲能產業將迎來快速發展。根據《儲能產業研究白皮書2021》,截至2020年底,我國電化學儲能累計裝機規模僅3.27GWh。然而,根據國家發改委、國家能源局2021年7月發布的《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》,到2025年我國新型儲能裝機容量將超過30GWh。

     

    考慮到新能源汽車動力電池和電化學儲能電池均以鋰離子電池為主,在當前這種產業大發展背景下,鋰離子電池已成為繼鋼鐵、CPU和機器人等產品之后人類社會較為重要的工業產品。面對鋰離子電池大規模制造的需求,適應大規模智能制造的電池裝備快速發展,也正在成為全球大工業裝備發展的一個重要方向。據中金公司預測,到2023年全球鋰電設備市場規模約為1198億元,2025年約為1431億元,2021-2025年市場規模累計超過5000億元。

     

    動力電池大規模智能制造的必要性及主要挑戰

     

    一般而言,智能制造是制造技術與數字技術、人工智能技術以及新一代信息技術的融合。它面向產品全生命周期,具有信息感知、優化決策、執行控制、深度學習的功能,實現降低成本、縮短生產時間、提升產品質量、生產過程綠色環保等目標。為保障新能源汽車持續發展及動力電池穩定供應,我國需要加快大規模智能制造技術和裝備開發,不斷提升動力電池成套裝備開發和制造水平。當前,我國動力電池大規模智能制造還面臨對電池制造基礎架構研究不多、標準體系未建立、電池制造工程體系未曾深度研究、電池材料和裝備深度結合較少等問題。同時,我國動力電池大規模制造面臨制造安全等挑戰。

     

    需要強調的是,動力電池大規模制造對精度、制造安全、成本和效率有著極高的要求。而通過標準化解決多尺度、多物理場耦合、多元、異構、海量數據、控形、控性等問題,對推進智能制造意義重大。動力電池制造的標準包括電芯規格、工藝過程的標準化,制造裝備需要進行數據定義、數據治理、數據平臺及數據模型建立,最終實現智能化的數據分析和智能制造。

     

    吉陽智能推進動力電池大規模制造裝備的經驗

     

    深圳吉陽智能科技有限公司(以下簡稱“吉陽智能”)是專業從事新能源汽車動力電池等鋰離子電池制造智能裝備及整體解決方案的國家級高新技術企業,也是我國動力電池裝備領域的典型企業,在動力電池裝備基礎技術研發及自主產業化技術開發、產品開發及產品創新、專業人才培養及標準創新方面擁有豐富經驗。

     

    1.中科院機器人研發基因

     

    吉陽智能創始人早年在中科院自動化研究所從事機器人研究,擁有豐富的機器人研發及機器人應用經驗。吉陽智能創始人負責過國家“863計劃”智能機器人領域重大項目,研發過汽車焊接自動化生產線、汽車自動化沖壓線等,積累了不少機器人自動化生產線研發的理論及實踐經驗。吉陽智能創始人先后在珠三角地區創辦機器人自動化公司、電池技術有限公司、自動化科技有限公司等企業,從事工業機器人自動化生產線,半導體集成電路生產裝備、鋰離子電池、鋰離子動力電池生產設備等方面研發和銷售。

     

    2006年,吉陽智能的前身深圳市吉陽自動化科技有限公司成立。十幾年來,吉陽智能組織建立了鋰離子動力電池生產線裝備的設計、研發、制造,在鋰離子電池激光模切、卷繞、疊片、組裝制造技術取得創新性突破,破解了鋰離子電池生產裝備的關鍵核心難題,建立了鋰離子電池數字化車間集成標準,解決了一批鋰離子電池智能制造基礎問題。

     

    2.堅持基礎研究與產業應用相結合

     

    吉陽智能注重基礎研究,通過基礎研究與產業應用相結合,攻克了鋰離子電池裝備領域一系列難題,自主掌握了核心技術。自公司創建以來,吉陽智能堅持基礎研究、技術創新與產業前端研發并重,持續推動我國鋰離子電池制造裝備發展。吉陽智能研究團隊不僅引導技術人員直面鋰離子電池及裝備領域前沿科技,還引導技術人員堅持直面鋰離子電池制造過程中的技術難題,注重研究成果的產業應用實踐。

     

    通過創始人帶隊和技術人員積極參與,吉陽智能不斷突破鋰離子電池制造裝備的瓶頸和技術難題。在這個過程中,吉陽智能培養了大量專業技術人才,并為行業輸送了大批人才。據統計,我國鋰離子電池制造裝備領域有70%左右技術人員來自吉陽智能。

     

    3.大力推進技術創新與產品創新

     

    吉陽智能堅持自主研發,積極推進技術創新與產品創新。經過十五年努力,吉陽智能在技術研發和產品創新方面取得了跨越式發展,用于鋰離子電池制造的高速智能卷繞機、激光模切機、高速智能疊片機技術方面已達到國際先進水平。其中,吉陽智能開發的鋰離子電池高速復合疊片機效率達到480PPM,單臺設備年產MEB平臺590型電池達1GWh,與傳統切斷疊片一體機化設備相比效率提升了2倍。疊片電芯更適應鋰離子運動原理,在防止電池充放電膨脹導致電池變形方面等方面具有優勢,兼具倍率性能好、能量密度高等特點,同時還能更好的適應未來半固態、固態電池的結構。吉陽高速復合疊片機產品突破了傳統的電池芯包制造方式,整體技術被鑒定為國際先進水平。

     

    截至2021年11月底,吉陽智能已申請鋰離子電池制造裝備方面專利近600項,其中65%是發明專利。吉陽智能已擁有授權專利近350項,其中包括美國、日本、德國、韓國、俄羅斯等國外授權專利近10項。吉陽智能的主要產品包括激光極耳成型機、高速自動卷繞機、熱復合疊片機及化成分容四大類核心產品。

     

    圖1 吉陽智能高速復合疊片機

     

    4.產品應用于全球動力電池領軍企業

     

    作為我國鋰離子電池裝備行業領軍企業,吉陽智能的電池裝備產品廣泛應用于全球動力電池領軍企業,不僅包括寧德時代、比亞迪、國軒高科等動力電池出貨量排名全球前十的動力電池巨頭,還包括ATL、天津力神、萬向集團、中航鋰電、中天科技等國內動力電池領軍企業。

     

    圖2 吉陽智能激光極耳成型機(卷繞)

     

    市場占有率方面,吉陽智能也走在了行業前列。2017年,吉陽智能激光極耳成型機在國內動力電池裝備市場占有率達60%。吉陽智能復合疊片機穩居國內市場主導,2019年-2020年在國內復合疊片機類市場占有率接近60%。據統計,吉陽智能2021年銷售額可達10億元。根據訂單情況及生產計劃測算,吉陽智能2022年銷售額將達25億元。

     

    5.積極推進動力電池生產裝備智能化

     

    為推進我國動力電池生產裝備智能化,吉陽智能開展了一系列行業工作,并做出了突出貢獻。吉陽智能已參與制定了多項國家標準、地方標準、行業標準,并牽頭承擔和參與了國家改委、工信部、科技部等主管部門的一批動力電池裝備制造項目。2020年,吉陽智能被批準為“全國鋰電池智能制造裝備標準化工作組(SAC/TC159/WG18)”承擔單位。截至2021年11月,吉陽智能已參與制定2項國際標準,主導和參與制定38項國家及行業等各類標準,其中有24項標準已發布。吉陽智能是國家發改委重點產業振興和技術改造項目及工信部電子發展基金項目承擔單位,還牽頭承擔了工信部2018年智能制造綜合標準化與新模式應用項目,參與工信部“工業互聯網平臺應用創新體驗中心建設”項目及國家重點研發計劃“智能機器人”專項。目前,吉陽智能正在倡導并推進我國動力電池領域統一電池規格、制定制造規范,以及提升制造質量、制造安全等工作。

     

    圖3 吉陽智能主辦的鋰電池智能制造裝備標準化工作會議

     

     

    小結及政策建議

     

    根據前文的分析,我國新能源汽車正迎來市場加速擴張期,直接帶動了動力電池出貨量和裝機量的爆發式增長。在碳中和戰略的帶動下,以鋰離子儲能為主的電化學儲能產業也將迎來加速發展。在此背景下,我國正面臨鋰離子電池特別是動力電池大規模智能制造的機遇與挑戰。作為我國動力電池裝備制造領域的代表性企業,吉陽智能擁有中科院從事機器人研發基因,公司自創立以來堅持基礎研究與應用研究相結合,掌握了動力電池大規模智能制造核心技術,研發了一批智能制造拳頭產品并廣泛應用于全球動力電池龍頭企業,在推進我國動力電池生產裝備智能化方面進行了開拓性努力。

     

    需要強調的是,我國動力電池大規模智能制造裝備雖然取得了一定進展,但實現動力電池大規模智能制造依舊任重道遠。為支撐新能源汽車、儲能等重要新興產業發展,我國亟需將鋰離子電池制造裝備納入國家重大裝備領域,并研究制定加快推進電池裝備標準化、智能化和大規模推廣應用的政策措施。

     

    第一,盡快將電池裝備納入國家重大技術裝備

     

    當前,我國新能源汽車產業發展如火如荼,動力電池大規模智能制造水平提升迫在眉睫。鑒于電池制造裝備在我國能源戰略轉型和促進碳達峰、碳中和目標實現中的重要作用,我國亟需參照機床裝備、集成電路裝備、環保重大裝備、深海重大裝備等頂層設計,將電池制造裝備列入國家重大技術裝備,并加快研究制定國家電池制造裝備重大專項。

     

    第二,健全和完善動力電池裝備標準體系

     

    近年來,我國動力電池發展取得較大突破,不僅動力電池技術處于國際領先水平,還培育了一批引領全球動力電池產業的領軍企業,建立了動力電池標準體系。然而,我國雖然擁有動力電池產品標準及電池材料標準,但尚未制定動力電池生產制造標準。為此,我國有必要在國家標準委成立電池技術國家標準委員會(TC),并成立材料、電池產品、電池安全、制造、使用維護、裝備、回收等分技術委員會(SC),健全和完善電池制造裝備標準體系,推進動力電池尺寸規格等相關標準的制定和實施。

     

    第三,引導電池裝備企業正向開發和協同創新

     

    不管是動力電池還是儲能電池,其制造過程都應該遵循合理的制造理念,從電池的材料制造、微米級甚至納米級極片制造到電芯、模組、PACK的制造,都要探索出符合規律的正向路徑。為實現動力電池大規模智能制造,我國不僅要引導電池制造裝備企業正向開發,還需要引導裝備企業與整車企業、動力電池企業、電池材料企業、電池回收利用企業等主體加強協作,實現協同創新。此外,考慮當前我國正處于動力電池產能大規模擴張和大規模智能制造發展的關鍵時期,相關主管部門和機構還需規范電池制造裝備市場秩序,避免低價惡性競爭等現象發生,為電池制造裝備領軍企業創新活動營造良好環境。

     

    (作者:北京億維智源信息咨詢中心未來產業研究團隊,執筆人:張長令)

    文章轉載自:中國智庫 China Think Tank

    發布時間:2022-01-04
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