2018年锂离子电池后处理系统行业技术水平、技术特点分析

锂离子电池生产线后处理系统涵盖了计算机软件、嵌入式控制、精密机械、 电力电子、自动化控制以及数据库系统等诸多专业，是一个大型的定制型系统。 后处理系统的核心技术集中于全系统集成能力、充放电过程电压/电流的控制检 测精度、充放电安全保障、电池制造工艺的适应以及自动化/智能化水平。
1、锂离子电池后处理系统充放电控制精度及检测精度

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充放电机是锂离子电池生产线后处理系统中的关键和基础设备，不仅数量庞 大而且直接关系到生产过程的安全性、电池产品的合格率和批次的一致性。锂离 子电池的关键参数（电池容量）是在化成中活化而形成，在分容中测定。每种规 格锂离子电池对充放电的电压和电流要求都有差别，是否准确地按照设定的电压 /电流条件进行充放电极为重要。
在理想的状态下，如果充放电机能够完全按照指定的电压或电流进行充放 电，那么电芯的基本性能不但是合格的，而且其性能指标将是完全一致的。但是 由于测量、操作、控制中的误差不可避免的存在，导致充放电设备在工作时，实 际充放电的电压/电流与设定的指标产生一定差异，进而使得电芯的实际性能与 理想性能之间，以及不同批次电芯的实际性能，都存在差异。差异若较小，则会 影响电芯的一致性，进而影响电池组的性能；差异若大到一定程度，则会导致电 芯不合格，出现次品或废品。因此精准的电压/电流控制和检测是决定电池性能 的关键因素。
要实现对电压和电流的精确控制，一般需要采用以下技术予以保证：（1） 每个电芯（通道）独立精确闭环控制技术；（2）高速、高精度电压/电流检测技 术；（3）长时间精度稳定和高、低温度系数保证技术；（4）系统噪声抑制和抗 干扰设计；（5）电压/电流自动校准技术；（6）电芯与充放电机自动装夹技术。
目前，以杭可科技为代表的高水平充放电设备制造企业，可以做到电压控制 /检测精度为万分之二、电流控制/检测精度为万分之五的水平。
2、锂离子电池后处理系统安全充放电技术

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锂离子电池与锂金属电池相比，其安全性大为提高，但其对安全使用的要求 仍然比较高。除了对使用环境有要求外，锂离子电池在过充、过放、过流、过热 或短路的情况下，轻则性能受影响或者损毁，重则会起火爆炸，形成生产安全事 故。因此，锂离子电池在使用前，必须安装保护电路板，以保障使用的安全性。 但是，组装完成的锂离子电芯，在充电化成时，并未安装相应的保护电路板，因 此就有较大的可能会出现电芯过充、过放、过流、过热或短路。
造成电芯在充放电时过充、过放、过流、过热或短路，并不全是由于充放电 设备的电流和电压控制精度不足所致。上游电芯生产时产生的内短路残次品或废 品、因外力（跌落、碰撞）受损的电芯在进行充放电（特别是首次充放电）时， 容易出现过充、过放、过流、过热或短路；同时，充放电时的接触不良、供电电 压或电流不稳定、操作人员误操作等，也有可能引发过充、过放、过流、过热或 短路等情况。
所以，为了安全地充放电，充放电设备不但需要对电流/电压进行精确地控 制，还需其他额外的安全保障功能。这类安全生产技术，可以归结为主动安全保 障技术和被动安全保障技术。
主动安全保障技术：以预防电池发生危险状况为考虑方向，由充放电设备针 对锂离子电池充放电全过程多角度多参数进行全面监控，对于无论是电池自身缺 陷，设备故障及操作失误等每个可能导致危险状况的因素进行独立判断，对有异 常和危险征兆的电芯终止充放电，防患于未然。
被动安全保障技术：以在发生电池燃烧/爆炸的情况下控制其危害程度为考 虑方向。如火灾探测/监视功能，自动切断电源，设备之间的隔离/防火，消防灭 火装置启动以及与厂房的火警系统联动等。
锂离子电池后处理系统行业前景显示目前杭可科技在主动安全保障技术上做到以下项目的监视和警报：系统交流 供电、动力气压源、通讯状态、全过程电池电压/电流、电池内部短路情况、控 制部状态、机构部状态、外部连接回路阻抗、第二回路电池电压、电池过充/过 放情况、系统软件死机、电池温度、烟雾监视等。警报发出后可采取单通道停止、 单元停止、断开电池与充放电机连接、切断系统交流电源、声光报警、软件界面报警提示等。杭可科技在被动安全保障技术上可做到：火灾探测监控、机构部的 防火隔离、二氧化碳气体灭火、消防水喷淋、与厂房火警系统互联等功能。
这些安全保障技术，不但是技术性的，而且是经验性的，一般需通过大量的 试验和实践。特别是主动安全保障技术，其水平的提升需要依靠大数据，没有足 够的项目应用以及使用情况反馈，后处理设备生产企业很难总结充放电时的危险 因素，也无法精准地评估和判断危险所导致的后果，更难以设计有效的安全保障 体系。
3、锂离子电池后处理系统系统集成及自动化生产

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随着锂离子电池的不断发展以及对锂离子电池需求量的不断扩大，同时要求 锂离子电池的成本不断降低，大规模工业化生产是必然趋势，因此大型自动化后 处理系统成为解决这一需求的最佳方案。自动化后处理系统不但节约人力成本， 而且对人员操作有较大限制的高度、重量、温度、速度等条件都大幅放宽，可以 有效节约土地、厂房、设备等方面的投资。同时，自动化生产还能减少人为失误， 提高效率，改善电池品质及提升后处理系统的整体运行效率，符合工业4.0 的发 展潮流。
目前，构建无人、高效的自动化后处理系统，要具备以下关键能力：（1） 具备较强的电池制造工艺适应能力；（2）具备稳定、可靠及安全的各种单机设 备保证能力；（3）根据具体需求定制系统解决方案的能力；（4）控制全系统稳 定、高效运行的调度软件设计能力。
杭可科技目前已具备独立研发自动化物流线的能力，并进一步开拓与强化后 处理系统与自动化物流线的整合应用，为未来构建无人、高效的自动化后处理系 统打下基础。
4、锂离子电池后处理系统能量回收技术

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在后处理系统中，锂离子电芯的化成和分容，都涉及到需要对电芯进行充电 和放电，虽然单个电芯充放电所耗的电量较低，但巨大的电芯生产数量使得总体 能耗十分惊人。随着节能环保理念的兴起以及技术的发展，提高充电时的能量利 用效率并且将电芯放电时释放的电能重新回馈电网，成为后处理系统的发展方向之一。
目前，以杭可科技为代表的充放电设备制造企业，已经可以做到在特定环境 下将放电电量的70%回馈电网，电能的消耗比传统技术减少三分之二。
5、锂离子电池后处理系统高温加压化成技术

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锂离子电池后处理系统报告指出在锂离子电池生产线后处理系统中，软包电池的后处理需要经过高温高压的 工艺流程。在以往的生产工艺中，通常采用夹具工装，将锂离子电池放入烤箱进 行加温加压，然后单独进行化成工作，耗时长，效率低，自动化程度差。现在采 用的高温加压化成设备，可以实现自动化的生产方式，将电池的加温加压与化成 两个工序融为一个工序，大大减少了电池的工艺时间。并且其自动化的生产管理 方式，对生产管理中的电池数据进行实时跟踪，有效地对电池的原始数据进行查 询与管理，为以后电池的质量追诉提供了有效的原始数据。高温加压化成技术对 软包电池的各项性能指标都有较好的提升，同时对电池外观的平坦度、厚度等参 数有较大改善。目前在软包锂离子电池化成工艺中，高温加压化成设备已是电池 生产中必不可少的生产设备。以杭可科技为代表的充放电设备制造企业，已经在 国内外知名锂离子电池生产厂商中形成了较大规模的设备需求。