国产圆柱电池高速装配线“狂飙”史-每日视点

中基自动化文章来源自：高工锂电网

2023-03-21 09:44:52 阅读：2992

(资料图片仅供参考)

科技创新关乎国运兴衰，基础产业更是如此。

国产替代的话题，从来没有面临过近年来如此高的关注度与压迫感。

在锂电自动化设备领域，日韩拥有技术上的先发优势。日韩在90年代就开启了锂电产业化之路，先后研发出全球第一台锂电池卷绕机与装配机。

以圆柱电芯装配线为例，高精度、高稳定性的高速入壳、焊接、封口等关键技术在相当长一段时间内都被韩国日本所控制。

然而，随着中国新能源汽车产业的崛起，国产锂电设备厂商受益于与一线电池厂商绑定，积累配套经验、提升工艺研发能力，形成自身的技术优势，逐步实现了对日韩进口设备的替代。

当前，中国已经拥有世界上最完整的锂电产业集群，并转化为具体的技术专利优势和生产成本优势。成熟的锂电装备配套力量成为中国新能源供应链的可靠保障。

这条反超日韩之路或许能够为正在承受供应链安全风险的其他产业提供有益的借鉴。

圆柱电池高速装配线一路“狂飙”

在三种主流的电池形态中，圆柱电池发展时间最长，标准化程度最高，相应的生产工艺也最为成熟，因此圆柱电池高速装配线涉足者较多。

尽管如此，一直到2018年前，国内排名前十的圆柱电芯企业超过60%采购或使用的依然是日韩生产线。

彼时，在锂电池中段装配领域，日韩圆柱电池自动装配线具备180-200ppm的生产效率，而国内设备的效率只能做到100-120ppm。虽然有少数企业在进行200ppm圆柱电芯装配线的研发，但在生产效率、稳定性、稼动率等指标的表现上并不理想。

伴随国内新能源行业上升到国家战略层面，打破国外垄断、实现自主可控的高速圆柱装配线成为国内锂电设备厂商的重要目标。

深圳中基作为中国锂电核心设备企业从落后于日韩到技术反哺日韩的进化缩影，在十八年间见证了国产圆柱电池全自动装配线一路狂飙的产业进程。

2009年，深圳中基开发出了国内第一条30ppm的18650圆柱电池全自动生产线；

2014年，深圳中基开发出了60ppm的圆柱生产线，兼容14500、18650、21700等尺寸；

2016年，深圳中基开发出国内第一条真正意义上的高速生产线——120ppm圆柱电池生产线；

2021年，其200ppm高速生产线也成功问世，适用于直径21-60mm规格的圆柱电芯，良率达到99.5%。

目前，深圳中基正在开发350ppm的圆柱电池全自动生产线，已经完成总体的设计规划与关键工序的验证。

“中国的圆柱装配设备被日韩压制了许多年。国内的装配设备市场鱼龙混杂，部分企业所谓的高速装配线实则将拼线的生产效率说成是单线效率。中国锂电企业如果想配备货真价实的高速线，只能花大价钱购入日韩设备。中基想改变的就是这一局面。”深圳中基常务副总王林如是说。

2022年12月，深圳中基“小圆柱电池智能化高速生产线关键技术及应用”项目通过广东省机械工程学会的科技成果鉴定，被认定为：整体技术居于国际先进水平。“大圆柱电池智能化高速生产线关键技术及产业化”同样被认定为：具有显著创新性，整体技术居于国际先进水平，其中集流盘/全极耳和底壳/电芯飞行激光穿透焊接技术处于国际领先水平。

“四两拨千斤”的凸轮传动技术

据深圳中基技术总工王博士介绍，凸轮传动技术是深圳中基圆柱装配线效率持续提升的决定性因素之一，也是其核心竞争力所在。

与传统的传输结构相比，凸轮传动具备稳定性强、传动速度快、占用面积小、制造成本低、能耗低等的优点。

2008年起，深圳中基便开始在圆柱电池装配线中使用凸轮传动方式，先后开发出间歇式凸轮机构和转塔式凸轮机构，大幅度降低了设备的体积和能耗水平。

2014年深圳中基成为国内首家在滚槽机上使用自主研发的转塔式凸轮机构的厂商，实现了生产效率从30PPM到60PPM的翻番。

2016年，深圳中基将凸轮传动技术应用在中段整线的全部设备中，实现了生产效率向120PPM的跃进；其中滚槽机和封口机中使用改进后的转塔式凸轮机构，其他设备使用间歇式凸轮机构。

2021年，深圳中基进一步升级转塔式高速凸轮机构，配合各专机设备自身效率的提升，实现高速圆柱装配线从120PPM到200PPM的大幅提升。

同年，深圳中基自主研发的圆柱电池200PPM高速装配线被经深圳市企业创新纪录办公室认定为：“将国内圆柱电池组装线效率从120PPM提高到了200PPM，达到了国际一流水平，解决了圆柱高速组装线长期被日韩企业卡脖子的现象，实现了国产替代。属于国内同行首创。”

其圆柱电池200PPM高速装配线各设备采用独立电机驱动、凸轮连杆结构、连续转塔凸轮运行方式，前后工序利用柔性链进行自动衔接，整线配套MES系统，可实现从物料到产品的数据全程可追溯，品质可控；通过新工艺、整线布局和物流优化，可节省20%的生产人员。

其中，凸轮机构技术得到大量应用，助力生产效率提高的同时，使产线良率达到99.5%，稼动率达96%。

以壳体成型环节为例，传统壳体成型方式存在如下问题：常规缩口方式钢壳表面损伤明显，尺寸波动大、一致性差；常规的单边主动力旋转挤压送料方式，槽位拉伸变形大，稳定性差。

深圳中基采用独创的转塔式壳体滚槽成型技术，通过双边主动力旋转挤压送料，比常规单边滚槽方式的变形精度提高20%；可根据客户实际工艺参数进行设计制作，有效抑制外径尺寸波动，保证其尺寸稳定；

缩口、滚槽、封口工序图解

封口工序中，凸轮式高效壳体封口避免了传统模具封压式封口技术尺寸波动大的缺陷，同时自带检测与清洁功能。

目前，深圳中基小圆柱电池智能化全自动装配线关键技术及整套装备已经在领先的电池厂商得到了应用，打破了国际上日韩在小圆柱高速装配线上的垄断地位。

基于在小圆柱电池装配线上应用凸轮传动技术的成熟经验，深圳中基将凸轮传动技术运用至大圆柱电池装配线上，取得了良好的应用效果。

“近几年，以4680为代表的风口非常多，引得多方争相入局。但是半路入局的人往往只得其一，不见其二。只有在圆柱自动化装配领域摸爬滚打过多年的人，才能理解产线升级背后的技术逻辑。”深圳中基常务副总王林表示。

早在2020年特斯拉刚刚提出4680电池的概念时，中基自动化就在进行了大圆柱电池相关装配技术的储备，并陆续为几家头部客户定制开发了大圆柱中段装配试验线。

2021年深圳中基向多氟多交付的直径60mm、效率25PPM大圆柱电池装配线，是国内首条搭载凸轮传动技术的60系列大圆柱电池装配线。

2022年，公司为某头部电池客户研制的150PPM的46系大圆柱高速装配线上，也搭载了其自主研发的转塔式凸轮机构。

技术革新助力大圆柱电池规模量产

2022年以来，大圆柱成为锂电行业的每个从业者都公认的“顶级风口”。随着车企、电池企业频频释放相关扩产信号，大圆柱电池的早日量产落地成为大家共同的期盼。

但国内布局4680电池的企业目前多处于B样阶段，良率达到90%的仍凤毛麟角。在此情况下，开发大圆柱电池高速全自动组装线成为4680电池产业化应用的关键。

比克电池副总裁樊文光曾表示，“完美地焊好几百几千电芯不算什么挑战，难的是成百上千上万支电芯。几十亿次的焊接，都要保证在一个很小的范围内波动，才能使电芯一致性和可靠性达到要求。”而这无疑对装备设备商提出了更高的挑战。

在2022高工锂电年会上，王林介绍到，深圳中基的4680大圆柱高速装配线融合了行业内领先的传输技术、大圆柱极耳成型技术、组装技术、激光焊接技术、检测与图像处理技术、数字化技术、环境控制与安全系统技术等多项先进技术，实现了高品质、低能耗，短交期、高效率的整线交付目标。其46系大圆柱电池高速装配线具备提供100-320PPM自动化装配的能力。

1.全极耳揉平

大圆柱电池全极耳结构对极耳揉平成型要求较高。针对极耳揉平致密性和平整度不佳、集流体与极耳焊接不良的难题，深圳中基开发了全极耳动/静态抚平动态仿真模型，结合揉平后的极耳缺陷表征，优化设计了新型精密全极耳揉平结构。

具体来说，通过扫描电子显微镜表征分析极耳内部缺陷，并建立揉平参量与缺陷的内在联系。在此基础上进行轴向定型设计，从而优化结构及机台稳定性，提高极耳抚平致密性、端面平整度，进而提高电池的安全性与生产良率。

基于模拟仿真分析和缺陷表征的极耳成型设计优化过程

极耳揉平效果

2.集流盘焊接

相较传统圆柱电池，4680电池更大的集流盘和极耳尺寸显著增加了焊点或焊缝数量。传统出射头的焊接方式难以满足行业对高效率焊接的需求。

深圳中基将扫描振镜飞行焊接技术与转塔式高效传动技术有机结合，在国内首次提出集流盘/全极耳和底壳/电芯激光飞行穿透焊接技术，克服了传统焊接方式良率低、效率低的问题。

集流盘/全极耳飞行激光焊接模块

集流盘/全极耳飞行激光穿透焊接实际效果

3.高效协同传输

为了实现大圆柱电池全自动组装线的高效率目标，深圳中基创新性地采用凸轮/转塔和磁悬浮传输技术传输物料。

凸轮/转塔传输技术大幅度减小传输摩擦并提高传输效率。电芯、壳体、集流盘等物料通过磁悬浮高速输送至连续上料工位。

输送物料过程、电芯传输轨迹、运行节拍等信息通过模块化的电气控制系统实时传送，最终实现组装整线的整体高效传输协同控制。

凸轮/转塔传动结构

磁悬浮集成系统

此外，深圳中基还开发了基于压力传感与柔性工装的电芯无损入壳技术、功率可调环形光斑激光封口焊接等技术，保障了裸电芯高速高稳定性入壳、盖板在高速旋转下的高质量封焊接等。

目前，深圳中基大圆柱高速装配线实现了对国内多个电池厂商的批量交付。

在以深圳中基为代表的装备企业的努力下，大圆柱电池高速全自动装配的技术储备已经成熟，将有力推动大圆柱电池量产落地。

2月16日，深圳中基全资子公司——武汉智瞳视觉科技有限公司揭牌运营。代表深圳中基正式进入工业机器视觉应用领域。

基于自研的核心框架算法，深圳中基现已经掌握全流程的视觉检测技术，包括高速2.5D线扫技术，高精度飞拍技术，3D高精度测量技术，瑕疵外观判断技术等，结合AI智能图像处理，宽幅图像拼接等技术，满足各类电池装配产线的全场景视觉检测与智能处理需求。

叠加强大的中段整线集成能力，深圳中基不断增强产品矩阵优势，打通核心业务应用场景，向“国际智能装备顶级供应商”的目标加速迈进。