作为未来新能源界两大最耀眼的新星,钠电池和锂电池结构相同,生产制造工艺相似,在设备前段极片制造、中段电芯制造、后段化成分容环节高度重合,锂电池生产商跨界钠电池门槛相对较小。
在储能领域,钠电池更是被视为未来能与锂电池一争高下的第二种选择,性能优势和成本优势将随着技术更迭,在未来几年实现飞跃。
当前,面对锂电池市场激烈的竞争,刚刚兴起的钠电池行业无法直接与锂电池行业进行内卷竞争,需要做的是低调发展技术,同时控制原材料和制造环节成本,规模化效应形成后,才能做到与锂电池和铅酸电池相抗衡。
起点研究院(SPIR)预测,未来6年钠电池市场规模将保持高速增长,2025年/2030年中国钠电池市场规模分别达到23GWh和583GWh。2023年已实现百“MWh”级钠离子电池储能系统推广应用,预计随着储能示范项目的带动,2024年将实现“GWh”级别钠离子电池储能系统的应用。
在4月9日-10日举办的由起点钠电、起点储能、PECA光储充联盟主办,金钠科技总冠名的2024(第四届)起点钠电论坛暨鲁班奖颁奖典礼上,专场论坛二:钠电池及储能智能制造专场,针对钠电池制造设备的智能化以及技术创新方面,尚水智能、和誉智能、儒特集团、国兴新能源等企业针对钠电池设备进行了详细的技术和市场介绍。
在材料到电池极片环节,尚水智能 产品经理 刘建表示:“材料环节实现降本增效才能真正有助钠电池的发展,为此尚水智能也在钠电正负极材料方面进行产品布局,提供混合机、包覆机和粉碎机、砂磨机、风干燥机等产品,并提供规划设计等的全面解决方案。”
刘建接着说到:“尚水智能拥有电池制造的核心装备,包括粉碎研磨、干燥、混合、包覆、存储配料输送。粉碎研磨有气流粉碎机、干式球磨机等。干燥有喷雾干燥及、单椎干燥机等。”
在电池极片环节,尚水智能具有钠电和锂电极片制造整体的解决方案,聚焦自动化、智能化、集成化三部分。在电池制浆端的核心设备,包括混合分散、研磨分散等。
刘建也在与会现场展示了尚水智能几款极片环节产品:循环式高效制浆系统、高速狭缝式挤压涂布系统、高速涂布系统等。
尚水智能介绍完前段设备环节后,和誉智能 总经理 朱文广则从钠电池制造后端展开演讲,分为工商业储能领域、电池回收领域、能化信息化领域三大方面。
储能的应用场景主要有电力系统和通信领域两大类,从工艺流程来讲,有三四十个工序,因为要讲电池的一致性,还有堆叠、焊接、测试等。从整厂布局和车间布局,结合产能,从仓储、测试、组装到电池入驻。从投入角度来讲,半自动机器设备适合刚切入行业者,对产能要求不大;批量自动分选堆叠设备适合大产线,对自动化和产能要求比较高。
无论是铅酸锂电还是钠电,最终都要走向回收板块。钠电的回收有很多问题,比如回收的价值在哪些地方,拆解的成分是否高于回收的材料?这是大家要思考的问题。未来钠电池的回收将向着更加柔性化、兼容性强的方向,让大家尽量在设备上的投资更合理。
智能化信息化方面从几个角度来讲,一是车间级,比如MaaS系统、ERP系统等,还有数字孪生,都涉及到智能制造、信息化,无论是锂电行业、钠电行业,还是整个新能源大行业,都要走这样的方向。
钠电池和锂电池根本区别在于正极材料,为此,儒特集团 销售总监 范孝友在正极湿法研磨工艺方面发表了演讲。
范孝友说到:“湿法研磨主要是以分散+研磨而组成的分散研磨系统,即粉体与溶剂适当比例混合通过分散形成均匀的悬浮液后进行研磨使产品磨细达到目标粒径。”
在研磨工艺和预搅拌方面,该公司做出了细致的研究,跟各个科研院校进行合作,推出了原创的研磨机技术,其优势有以下几点:1.效率高,粒径分布均匀。2.不容易堵料。3.安全性好。4.节能选用永磁直驱电机,传动效率高,能耗低,比传统三相异步电机节能30%。
同时,儒特在行业里做的智慧工厂,能从前端物料的存储、分配到成品的出库等产线可以做到全自动化运营流程。此外,儒特目前在磷酸铁锂、钠电、固态电解质等行业已经有研磨机等合作案例。
尽管钠电池锂电池的生产线相似度较高,但由于材料的特殊性个别环节还存在差异化,尤其是在材料烘烤环节面临着很多技术挑战。为此国兴新能源 副总经理 姜广明在会上详细为大家讲解了钠电池干燥工序痛点。
姜广明总结了六大痛点分别是:1.材料的稳定性。2.质量控制难题。3.工艺继承问题。4.成本效益考量。5.产业链问题。6.技术创新需求。
姜广明接下来为大家揭密液浴烘烤技术的神秘面纱:烘烤即电芯与交换器接触,加热板金属板内通水和油作为热载体,把热能量传递给电芯,同时利用高真空环境把水分充分带走。
国兴新能源液浴设备拥有以下优势:1.比热容。2.化学稳定性。3.方便易控。4.经济、可持续性。水和油是相对环保和廉价的资源,可降低成本,提高效率。5.安全。6.能量效率。
烘烤设备的两个主要因素,一是热能量的传递,二是高真空条件的配合,真空环境在烘烤阶段用于降低水的沸点,极片表面和内部形成压力差,使水分更加快速迁移到表面,更加高效快速完成干燥过程。
钠电体系方面,由于钠电材料的特殊性,烘烤技术较难,但是液浴设备8个小时就可以完成烘烤。液浴法的技术特点,还有升温快、降温快,升温、降温曲线非常柔和,对电芯产品的保护相当周到,提升了产品的一致性和优良性。与传统模式的烘烤,液浴法干燥技术能耗可以更加节省,干燥效率提升了30%,场地的节省也是30%。
钠电池制造目前的痛点在于良率和产品一致性,诸多演讲嘉宾在会后的圆桌论坛上也发表看了自己的看法。
刘建说到,智能制造主要是涉及到生产工艺的自动化、智能化,对于生产工艺的智能化,涂布机就可以达到要求,尚水智能涂布机有侧后的模块,通过反馈的调节来形成一个闭环控制,要多少的厚度,都可以精确控制,从而达到设备的精确控制目的。
朱文广则表示,从电芯到PACK环节,钠电池相较于锂电池在工艺优化上会有进展,比如锂电做这个产品出来需要用到30个工序,钠电能优化到20个工序,那设备就能够节省很多工序上的投入。第二是从装备、组装、检测,组装方面要做到柔性化,兼容更多的产品。检测上,要从精度实现产品的一致性,从设备生产角度一定要提高设备的稳定性,尽量最大化的安装智能化系统,能省人就省人,也可以保证良率,让产品更有竞争力。
儒特集团范孝友表示,钠电锂电研磨环节尽管方式上一样,但研磨的时效和效率差异非常大。对比下来锂电材料研磨需要消耗的能量也更高。钠电在研磨时间、效率等各方面已经得到了大幅度提升和改变。
但是痛点在于钠电量产线很少,中试线占据绝大多数,从投入比来看形成的差异更大,比如研磨工艺段,两三台砂磨机可以解决,从研磨工艺的实现来说投入和以前的磷酸铁锂也是成本大幅度降低。
姜广明则针对液浴烘烤技术进行了补充,原材料的配比体系对烘烤效果有直接的影响,比如说三元体系、磷酸铁锂、钠电池体系等,不同的体系烘烤时间不一样,三元体系的烘烤时间较短,磷酸铁锂由于不中不同材料配比,烘烤时间也不尽完全相同,最快是4个小时完成干燥,当然有的材料配比比较特殊,甚至要求的烘烤时间更长才能完成效果。公司也和金钠科技联合成立了超级大圆柱钠电池极速干燥联合研发中心,致力于解决整个钠电池产业链烘烤工序的痛点。
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