涂布工序也是重要的关键工序之一。可以说也是产品性能好不好,稳定不稳定的关键工序之一。我们选用的是双面同时挤压式涂布机,虽然很贵,但是有很多优异的性能,并且能解决常规涂布无法避免的问题。 先介绍下涂布机,在通过对比讲一下解决常规涂布的问题 这个涂布机的好处是双面同时涂布,可以纵向留白。目前我们生产3000F的极片是250mm宽,然后裁切两半,那如果我中间可以留白后,就可以涂500mm宽,裁成四半,效率提高了一倍,而且一次涂两面,又可以节约将近一半的电能,操作人员也减了一半,占地也少了一半,并且这个机器不那么依赖操作人员的经验,所以生产也比较稳定。 它和单面涂布最大的好处是,生产的极片性能有质的飞跃。我们之前是涂完一面再涂另一面,这样有很多弊端,一是两面的厚度不好控制,容易有阴阳面。当然最关键的是,单面涂的时候有这样一个问题,活性层在干燥的过程中,收缩是很大的,所以容易造成极片的纵向弯曲,在涂完后,过棍时又会强制展平。而在轧制之前,活性层与铝箔之前的粘结力并不是很强,那么在展平的过程中,由于应力的影响会造成活性层细小的龟裂,活性层部分与铝箔剥离。 同时在收卷的时候还有横向的弯曲,就会加重活性层的龟裂和铝箔的剥离,那么我们单面涂要涂两次,要有两次横向强制弯曲,纵向强制展平,对活性层的损伤是很大的。即使通过后段的轧制也无法弥补这个损伤,活性层剥离后即使通过轧制也无法再实现与铝箔的实质上的粘结了,虽然通过轧制,表面上看不出龟裂和剥离现象了,但是由于剥离处与铝箔不是实际的粘接,因此在产品的使用过程中还会剥离开,造成产品的不稳定和使用寿命的降低。严重的会表现出,容量有断崖式的跌落和内阻的陡升。 因此在轧制之前尽量避免这种现象的发生。那么双面涂就可以完全避免纵向的弯曲产生应力,而且只进行一次收卷,所以只产生一次横向的弯曲,对活性层的损伤大大降低。但是我下一条生产线设计会把这个损伤降到更小,那就是实现涂布机与轧机的直接对接。 而且,如果涂布不好,会影响到后面很多工序,包括轧制、分切、卷绕、压卷芯、焊接等,成品率很难提高。 轧制
轧制过程所起的主要作用是提高活性层的密度和粘结性,减小厚度误差,提高后续加工性能。轧制有热轧和冷轧,有不同的棍径区别,设备的价格上差异很大,但是从技术角度上倾向于棍径越大越好,我们采用的是热轧工艺,棍径800mm。 热轧的好处是软化粘结剂,提高活性层密度,效率高。但是也不一定所有的都适合热轧工艺,有些体系热轧后加工性能不好。所以根据自己的实际情况和资金情况选用。 分切这个没太多讲的,主要注重分切的效率和质量,重要的是不要产生毛刺,当然不能完全避免,但是要控制毛刺的尺寸不能超过10um。
卷绕也是一样的,选个稳定效率高的卷绕机就可以了,不过卷绕机很关键,这个也关系到产品的稳定性和一致性。差的卷绕机张力控制不好,稳定性就差,而且运行不稳定,废品率会很高。
焊接和组装,这个主要根据各家的产品结构来设计工艺,产品结构设计的好,这段工序会相对比较容易完成,否则废品率也会很高,而且到了这段工序,除了电解液外,大部分成本都在这里了,一但废品率高,成本很难控制。所以,产品的结构设计是很关键的。等下我再讲下结构设计。
烘干,这个也是很关键的工序,烘干不彻底,影响产品性能和稳定性,还有烘干效率。我们知道的烘干主要几个因素就是烘干时间、温度、真空度。温度和真空度都会有个极限,如果烘干不彻底,我们无非就是延长烘干时间。但是我们常常忽略一个问题,就是干燥的均匀性,首先,是不是各个卷芯的干燥程度是否一致,第二,单个卷芯的不同部位是不是干燥一致,当干燥不彻底的时候,我们就只有延长时间,这样就造成了产能低,产能低就要增加设备,同时造成很多浪费。同时,还会造成对活性层的破坏,在高温真空下,粘结剂的老化速度是很快的。我正在酝酿开发一种新的干燥设备,希望不超过2小时可以完成烘干还有冷却过程。
注液工序大家都清楚,主要控制注液时的环境的湿度,或者说是露点。大部分厂家都是在手套箱内进行,这个容易控制。注液方式有含浸式注液和注液机注液。我们目前采用含浸式注液,但是一直也想采用注液机注液。注液机注液的好处是显而易见的,注液量精确,多工位注液机效率也高。为什么目前没采用注液机注液呢?主要还是有下面的几点担心,也希望相关厂家能彻底解决这些问题。 稳定性,也就是注液机故障率一定要非常低,我们知道注液机大部分是在手套箱中使用的,一旦出现故障很难维修。另外提醒下,超级电容的电解液溶剂很容易挥发,挥发后的盐很容易阻塞管路。 还有容易操作和清洗,在手套箱中,人都是带着手套操作的,很不方便,最好要实现,人在操作的时候只按几个按钮或开关。 还有就是腐蚀,超级电容器电解液中的盐腐蚀性是很强的,一般304的不锈钢都可以被腐蚀,所以注液机设计的时候要考虑这点,否则在使用一段时间后注液机故障率会非常高,甚至报废。我个人也在酝酿一种新式的注液机,希望到时能与设备厂家联合开发。 最后一个工序就是老化和测试。
我们目前的测试指标主要是老化后的容量,内阻和自放电,我们没测漏电流,但是自放电也可以反应出这方面的性能。为什么不测漏电流呢,主要是设备的质量和数量要求高,占地面积也大,而且测试漏电流受环境的影响很大,甚至测试过程中的震动都会对结果造成影响。所以我们选择测试自放电。对内阻的测试上,现在采用的标准不一致,但是我们目前两个内阻结果都测试,一是MAXWELL六步法,另外是我们的行标,通过对比我们发现MAXWELL六步法测试结果重复性更好一些,因此数据更可靠些。因此我们倾向于采用MAXWELL六步法测试容量内阻,虽然用这个方法测试的内阻值高一些,感觉上吃亏一些,但是如果要和MAXWELL产品进行竞争,最好采用同样的标准。我们目前与MAXWELL同样采用美国必测的测试设备,同样的测试标准,容量在3100左右,内阻在0.18-0.22mΩ之间。 我们对测试线的要求是结果准确,测试和老化过程中互不干扰,效率高,避免员工的误操作,比如在老化和静置的时候测试时间与工艺要求时间不一致,或者重复操作,一个产品被老化两次,或者未经过老化的产品就直接进行测试。我设计了了一个半自动老化测试线,这条线的产能完全满足要求,而且对操作人员的要求低,只要搬运产品,按个按钮就可以了。操作人员也少,只有三个人,每班可以测试2000只产品。之前由于资金紧张采用半自动老化测试线,待我们的新建新的生产线时,计划采用全自动测试线,人员不增加的情况下,产能可以提高5-6倍。 记者:刘总,您带我参观完生产线,又进行详细的讲解,会不会担心其他厂家进行模仿抄袭,将来与贵公司进行竞争? 刘:这个完全不用担心!真正的核心不在于你所看到的这些设备和生产方式。不会因为其他公司因为买了同样的设备,建同样的生产线就能生产出同样的产品。第一,生产电极的核心在配料那里,而关键的配方是保密的。第二生产线的设计和结构的设计都是有思想的,表面上可以模仿,但是思想是模仿不来的。就像我们可以山寨苹果手机,但是无法山寨苹果公司,而且山寨的苹果手机永远赶不上正版的。为什么呢?是因为我们只能模仿外在,而不能理解它的设计思想。我们公司产品的结构设计整整进行了三年,更改了无数次,也试产过两种型号,直到现在这个型号产品的结构才比较满意。而我们的生产中的组装线是根据产品的结构设计的。 都是有一个设计思想来将生产线和产品结构统一在一起的。否则知其然而不知其所以然,在生产中出了问题是无法解决的。我们国内也有几个厂家模仿或者之前曾模仿过MAXWELL的产品结构和生产线进行生产,但是却永远达不到MAXWELL的水平,而且生产中会出很多问题,这就是因为没有领悟人家的设计思想。因此我们不应该去一味的模仿,应该塌下心来自己设计,否则一直跟着人家的屁股后面走,就永远达不到人家的水平! 记者:刘总,您说了这么多,我对超容的结构很感兴趣,可不可以给我们简单的介绍一下? 刘:结构设计我坚持的几个原则就是,所有的引出连接全部采用焊接式,对结构件的加工精度要求低,容易组装,稳定性好,一致性好,目的是为了降低结构件的加工成本,和超级电容器的组装成本,提高成品率,使产品的稳定性和一致性达到更高。我们也是借鉴其他厂家的结构和之前我们自己开发出的两个结构,总结这些经验,并找出不足,设计了这代全新的结构。 这样吧,我拿几种型号的产品给你分析下吧。我们现在可以分析我们之前的两代结构和其他几个厂家的结构找出不足之处,当然这里只限技术交流,希望其他厂家看到不要介意。 先来分析我们第一代产品的结构,第一代产品的结构我坚持的原则就是引出部分全部采用焊接连接,最后总结原因,最失败的地方就是外面密封全部采用激光焊接,密封效果很难保证,漏液率高,成品率很低,所以放弃了这个结构。 第二代产品,也是引出部分全部采用焊接方式连接,但是,产品结构复杂,结构件精度很难保证,尺寸稍有偏差就会造成焊接不良,因此也放弃了这个结构 再来分析下MAXWELL的产品,我相信大部分人都拆解过MAXWELL的产品,MAXWELL的产品整体设计非常精巧,但是我们也能从中看出不足。一是结构件尺寸精度要求高,这带来的影响就是,结构件成本高,而是对组装工艺要求非常高,稍有差错就会造成产品不良。二是引出的连接方式,之前的产品好像是完全采用过盈配合,但是这种连接方式由于震动或环境温度的变化,可能造成接触不良,所以后来采用外面超声波焊(或电磁脉冲焊)进行补充,但是我们拆解的时候发现,焊点部位并不牢靠,稍稍用力就完全脱落,因此,这种方式仍有隐患。因此,个人觉得MAXWELL要重新设计结构。 另外这个据说是MAXWELL最新的结构件,但是可以分析出,并不能从根本上解决问题。 再来分析国内某厂家的产品,这个产品引出部分全部采用焊接方式,而且完全没模仿MAXWELL的产品结构,所以还是塌下心来自己设计的,有自己的独到之处。但是仍有不足,看结构件,貌似引出端子和端盖都是车出来的,估计成本不低,二是连接部位也同时是需要密封的部位,密封采用激光焊接,估计密封会有问题,看它的产品,貌似有补焊的痕迹,有的好像不止补焊一次,大概是经过氦检漏后不断的补焊吧,生产成本应该会有所增加。 最后分析韩国某厂家的产品,这个产品壳底部连接,采用后滚压贴紧的方式,和我们第二代产品有些类似,只是我们第二代产品在滚压槽中又增加了激光焊的补充。这个产品的端盖连接先采用激光焊的方式,但是有个问题,激光焊的部位在密封圈的上端,也就是当激光焊有缺陷的情况下还是有漏液的风险,当然这个结构与我们第三代产品的方式类似,但是我们激光焊的部位在密封圈的下端,即使焊接不良也不会造成漏液。 这个是我们的第三代产品,外观上比之前的好看多了,但是最关键的是,结构上非常可靠,而且容易组装,成品率高。 最后总的分析端盖密封问题,除了国内少数几个厂家,大部分厂家的端盖密封都与MAXWELL一样,包括我们的第二代和第三代结构。这种方式封装简单,但是也有它的缺陷,一是强度低,不能承受很大的外力作用,甚至在受到外力冲击的情况下,有可能在这个位置短路,造成事故;第二,橡胶制品总会存在一个老化问题,当老化后会有漏液的风险,三是这个胶圈很贵。我也正在酝酿一个全新的结构,完全不用这种密封方式,如果成功,会将超级电容器的可靠性进一步提高。 记者:我想问最后一个问题,现在超级电容器行业作为一个新行业,目前越来越火,每年都会有一些新的厂家加入这个行业,您能不能简单介绍下,超级电容器市场的应用前景在哪里? 刘:前段时间一个视频很火,朋友圈都转疯了,就是柴静的《穹顶之下》 。我也看了,很震撼,说出了实话,也让大家更关心环保问题。 视频中我们也看到了,中国的PM2.5,百分之六十来自于燃煤和燃油,也就是化石能源的燃烧。那么超级电容器针对治理大气污染方面就有很多应用可以做,下面我们分开讨论。 我们先对超级电容器可以减少煤造成的污染方面进行讨论。对于煤造成的大气污染原因,一是煤的质量不好,不干净,杂质多;二是烧的太多!视频中提到2013年的时候我们国家烧掉三十六亿吨煤,其中烧的煤很大一部分都用在了发电上。即使我们的城市化进程,不再需要那么多钢材,那我们可以不用炼那么多钢材,产生那么大的污染了,但是我们的电还是少不了的,我们国家还是以火电为主的,因此还是会每年烧掉很多的煤,那么超级电容器怎么可以在减排中做出贡献呢?这个主要分三点: 一是在发展新能源的过程中做出贡献,比如发展风力发电和太阳能发电,而这两种都离不开超级电容器的应用,这两种发电方式在并网中会利用超级电容器的,超级电容器可实现大功率短时充放电的特性来解决并网风电和太阳能发电输出功率波动对电网的影响。这两种发电方式都是清洁能源,但也要并网后才能输送到千家万户使用。但是我们都知道风时大时小,太阳由于天空中有云的存在,所以光线也会忽明忽暗,那么产生的电压也会忽高忽低,这样的话是没办法实现并网的,会对电网造成很大的冲击,超级电容器就解决了这个并网过程中的瓶颈问题。如果清洁能源推广的范围广了,那么我们的火力发电就会少了,就不会烧那么多煤了,也就减少了污染了。 二是我们用电的过程中在某些场合可以实现能量回收,比如在电梯或港口吊装机械这样的装置中。比如我们公司开发的电梯能量回收装置综合节电率可以达到30%,以长沙地区为例,长沙地区就有51000多台电梯,其中乘客曳引式电梯就有36000多台,在未来几年,电梯产量将保持稳步增长,增加速度将在15%-20%之间。长沙地区仅乘客曳引式电梯一项一年耗电量为11亿度电,若全部加装本装置,将节电3.3亿kWh,相当于10.9万吨煤发电量,可减少28.6万吨二氧化碳、928.03吨二氧化硫、807.93吨氮氧化物的排放;如按每千瓦时0.9元计算,全年可节约2.97亿元电费,如果扩展到全国,这个节能减排的效果是惊人的。另外这种可进行能量回收的用途还很多,比如刚提到的港口机械,还有地铁等方面,太多了。 三是用在离线式的新能源装置方面。也就是不用我们网上的电,利用太阳能或者风能发电自给自足的应用上,比如太阳能路灯或者风光互补的路灯。我国照明耗电约占全国总发电量的13%,其中道路照明用电约占全社会照明用电的29%,达到1.54万亿千瓦时。如果能采用新能源路灯,那么这个节能减排的效果也是惊人的。但是目前新能源路灯在推广的过程中遇到最大的瓶颈问题就是电源问题,普通的电池寿命是很短的,一般不超过三年,而且大部分采用的是铅酸电池,一旦铅酸电池泄露,又会对水土造成新的污染。因此我们也经常看到很多地方树立起的新能源路灯在晚上是不亮的。而超级电容器的寿命是很长的,至少在10年以上。 我们再谈下超级电容器在燃油方面怎么可以实现节能减排。视频中提到在杭州机动车污染要占到接近百分之四十,那么就是机动车的燃油造成的。那么超级电容器的应用可以减少这方面的排放,这个主要也分三点 一是纯超级电容器电动车,这方面的应用已经有了,比如上海奥威和长沙的中上都开发出纯超级电容器电动大巴,并在公交上得到应用 二是混合动力大巴,比如金龙、南车时代、宇通等都开发出这种大巴,并在公交上得到应用,我们目前在长沙到处都可以看到跑的这种公交车。这种公交车在刹车的时候可以进行能量回收,然后在车辆起步的时候利用回收的能量,同时在等红灯或者塞车的情况下可以自动关闭发动机,这个节油效果是很惊人的,据说可以节油20%左右,重要的是节油的同时也减少排放,特别是在等红灯或者塞车的情况下。 三是目前欧美和日本都在大力推广的普通车用启停装置。就是和前面提到的混合动力大巴的应用类似,主要应用在等红灯或者塞车的时候发动机停止运转。不要小看这个应用,视频中提到,车辆在怠速的情况下,污染物的排放是平时的两倍。大家都意识到这个问题,印象中北京去年出了个规定,机动车在怠速达三分钟以上的要熄火,就是为了减排。但是这个规定执行的了么?说实话没几个人会做到,我也不会做到,第一没有这个意识和习惯,第二,频繁启动,我们车上的电池受不了,可能一年要去换一次。 但是有了这个启停装置就不一样了,只要踩住刹车超过几秒它就自动熄火了,松开刹车后就会瞬间启动,完全不影响驾驶,而且由于以超级电容器来启动,大大延长了车上的电池的寿命,我们可能在车开了七八年以上才去更换一次电池。这个应用在欧美和日本等发达国家推广的很快,我们国家政府还没意识到这个应用的重要性,如果政府强制车辆都应用启停装置的话,那么减排的效果会是很明显的。如果中国车企在这方面的应用打开来的话,这个市场是巨大的,每年在这方面会有几百亿的市场,即使全世界的生产大容量超容的厂家全部开足产能也满足不了需求。 从前面说到的可以看出,超级电容器在治理大气污染方面的应用还是非常多的,这紧紧是针对视频中提到的几个问题来讨论超级电容器的应用。而超级电容器作为一种新的储能器件来说,由于行业比较新,所开发的应用也比较晚,还有很多方面的应用可以开发,所以超级电容器在节能减排方面可以大有作为。比如视频中还提到了远洋货轮对近海所造成的污染,其实这方面超级电容器也是大有可为的。比如有些发达国家就规定,货轮在近海多少海里的情况下就要关闭发动机。那么关闭发动机后怎么办呢,总不能在还是漂着啊,所以就用拖船拖到港口,那么用什么拖船呢?用烧油的拖船还是一样的造成污染,这就多此一举了。所以他们采用电动拖船。之前一直用的是采用电池储能的电动拖船,同样也是因为寿命问题,故障率高,要经常换电池,使用成本高,还有充电时间长。现在就有人试着用超级电容器作为储能电源来给拖船供电。你看,随便一提就又是一个应用,所以,还有很多应用有待开发的。 除了在治理大气污染方面的应用之外,还有很多,比如激光武器、电磁武器、航母电磁弹射等军工方面的应用,还有音响、手机、玩具、照相机等等很多方面都有应用,而且正在开发和待开发的应用还有很多很多,超级电容器行业正处在起步的阶段,发展空间是巨大的。 记者:刘总,非常感谢您今天能以这么开放的心态接受我的采访,而且还带我参观了车间并进行这么细致的讲解,也让我充分感受到了耐普恩在生产和技术方面的实力。希望耐普恩的产品能够不断的升级,越来越完美。希望耐普恩的市场应用方面也越来越好,公司能够迅速的发展!(来源:中国超级电容)
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