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一、行業(yè)背景

摘要

本方案主要對(duì)動(dòng)力鋰電行業(yè)產(chǎn)線機(jī)器人應(yīng)用做介紹，從鋰電的整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的工藝進(jìn)行分解，最后對(duì)目前匯川的機(jī)器人的一個(gè)鋰電應(yīng)用案例進(jìn)詳細(xì)講解。

1.國(guó)內(nèi)動(dòng)力鋰電池行業(yè)概況

最近幾年，鋰離子電池市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)的最大動(dòng)力確定無疑將來自電動(dòng)汽車市場(chǎng)。預(yù)計(jì)到2017年，動(dòng)力鋰離子電池就將以2071萬kWh的需求量和22%的市場(chǎng)份額超越智能手機(jī)而成為鋰離子電池最大的細(xì)分市場(chǎng);到2020年將以31.4%的市場(chǎng)份額超越整個(gè)消費(fèi)類電子產(chǎn)品市場(chǎng)，屆時(shí)需求總量將超過6200萬kWh。

2.行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)及痛點(diǎn)

（1）正極材料發(fā)展趨勢(shì)：

對(duì)于動(dòng)力鋰電池，在乘用車方面，國(guó)外以改性錳酸鋰和三元鋰電為主要材料。國(guó)內(nèi)主要以磷酸鐵鋰為主要材料，不過因?yàn)榱姿徼F鋰能量密度低，現(xiàn)在的趨勢(shì)已經(jīng)向三元鋰電轉(zhuǎn)變。

而在電動(dòng)客車方面：因?yàn)榭蛙嚨捏w積大，通過多放置電池可以解決能量密度低的問題，而且客車每天里程多，充電次相對(duì)數(shù)多，磷酸鐵鋰因其安全性和循環(huán)壽命將會(huì)是最合適的選擇。

(2) 負(fù)極材料發(fā)展趨勢(shì)

由于石墨的技術(shù)成熟、穩(wěn)定性好、價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯。人造石墨相比于天然石墨價(jià)格更貴，但是一致性更好，所以是動(dòng)力鋰電池的首選負(fù)極材料。

(3) 電解質(zhì)材料發(fā)展趨勢(shì)

電解液由電解質(zhì)鋰鹽、高純度的有機(jī)溶劑和必要的添加劑等原料組成。電解質(zhì)鋰鹽主要是六氟磷酸鋰，占電解液的成本40%。而整體電解液占鋰電池成本約10%左右。

(4) 隔膜材料發(fā)展趨勢(shì)

干法工藝較為成熟，國(guó)產(chǎn)化率高，在目前動(dòng)力鋰電池市場(chǎng)上占據(jù)主流地位。但是濕法工藝生產(chǎn)的隔膜性能要更好，并且隨著陶瓷涂覆技術(shù)的成熟，干法工藝的主流地位將會(huì)受到挑戰(zhàn)。

二、關(guān)鍵設(shè)備工藝

1.動(dòng)力鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈全景

鋰電池結(jié)構(gòu)一般是：正極材料+負(fù)極材料+電解質(zhì)+隔膜+殼體組成；

鋰電池工作原理：

充電時(shí)：

正極的含鋰化合物有鋰離子脫出，鋰離子經(jīng)過電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極生成鋰原子；

負(fù)極的碳材料呈層狀結(jié)構(gòu)，它有很多微孔，使得晶體狀鋰原子嵌入其中。

放電時(shí)：嵌在負(fù)極碳層中的鋰原子失電子后回到正極。

鋰電池化學(xué)反應(yīng)方程式

2.主要制造設(shè)備和工藝流程

動(dòng)力鋰電池的上下游關(guān)系

鋰電池生產(chǎn)工藝流程

極耳預(yù)焊：在軟包電池進(jìn)行制作中，需要使用超聲波焊接機(jī)對(duì)其極耳進(jìn)行預(yù)焊，再將極耳引片和預(yù)焊后的極耳焊接在一起。預(yù)焊可以起到整形的作用，有利于蓋板極耳引片與極耳之間的焊接，同時(shí)在其焊接前后與流水線的銜接中，會(huì)涉及到使用SCARA機(jī)器人對(duì)其進(jìn)行上下料的操作。

極耳頂蓋焊接：在經(jīng)過前道極耳預(yù)焊的工藝后，分別將銅質(zhì)扁平環(huán)與鋁制扁平環(huán)套設(shè)在鋰電池卷芯的負(fù)極耳與正極耳上，將套好銅質(zhì)扁平環(huán)與鋁制扁平環(huán)的卷芯進(jìn)行預(yù)壓，使銅質(zhì)扁平環(huán)、鋁制扁平環(huán) 分別與所述卷芯連接穩(wěn)固，將電池頂蓋上的負(fù)極引出線、正極引出線分別放在所述銅質(zhì)扁平環(huán)、鋁制扁平 環(huán)的中心位置，最后對(duì)銅質(zhì)扁平環(huán)與鋁制扁平環(huán)的中心位置進(jìn)行焊接，使壓有銅質(zhì)扁平 環(huán)與鋁制扁平環(huán)的的極耳與電池頂蓋引出線焊接在一起。

頂蓋焊接，氣密性檢測(cè)：在前面一系列的工作后，對(duì)鋰電池進(jìn)行頂部的焊接封裝，并對(duì)其進(jìn)行將流水線上焊接完成后的電池夾持到內(nèi)部流水線輸送系統(tǒng)上，依次對(duì)其進(jìn)行定位，氣密性，短路相關(guān)測(cè)試，并在檢測(cè)完成后將良品抓回回到主流水線上，不良品抓除到廢料盒中。

三、機(jī)器人應(yīng)用需求分析

補(bǔ)料機(jī)需求分析：

首先補(bǔ)料機(jī)位于密封釘焊接到清洗烘干的這段工藝中間，后續(xù)為成品電池組的區(qū)域，所以不能容許有任何損壞的電池流入到后續(xù)工藝中去，在密封釘?shù)暮附又锌赡軙?huì)出現(xiàn)以下情況：

（1）未完成焊接；

（2）因電池表面有殘留的電解液，會(huì)出現(xiàn)焊接不穩(wěn)；

（3）激光焊出現(xiàn)異常，焊接位置不準(zhǔn)確，漏氣等。

所以在完成密封釘焊接后，會(huì)有一段人工檢查流程，將不良品挑選出來，讓補(bǔ)料機(jī)對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)料，將人工解放出來，以便能夠?qū)罄m(xù)來料進(jìn)行檢測(cè)，提高整個(gè)工作效率，降低認(rèn)得疲勞度。

四、鋰電機(jī)器人上下料解決方案

1：項(xiàng)目介紹

補(bǔ)料機(jī)：因鋰電池在生產(chǎn)過程中的前段激光封口機(jī)側(cè)會(huì)出現(xiàn)焊接不良情況，待人工檢查后，會(huì)挑選出不良品，故在其后設(shè)置一個(gè)補(bǔ)料機(jī)構(gòu)，將料盒中缺少的電池補(bǔ)齊。  

2：系統(tǒng)框架

1：工藝框架

2：電氣拓?fù)?/strong>

3：系統(tǒng)信號(hào)交互及邏輯

3：系統(tǒng)配置及選型

1)本體臂長(zhǎng)選擇

2)機(jī)器人底座中心至備料區(qū)（A）、放料區(qū)(B)的最遠(yuǎn)位置

3)底座中心的距離分別為A=380、B=377mm

4)綜上機(jī)器人臂長(zhǎng)應(yīng)選400mm。

整個(gè)配置清單：

4：驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn) 和結(jié)果

1：精度：1mm

2：效率：400PCS/H（空跑情況下）

3：.工位預(yù)約

5：現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用視頻或者照片

6：方案特色

（1）采用工位預(yù)約模式，方便工人操作，3分鐘學(xué)會(huì)機(jī)器人操作；

（2）替代白夜兩班人工，節(jié)約人力成本；