2017年3月1日由電池聯盟、中國電子節能技術協會電池專業委員會主辦，中國電器工業協會、中國高科技產業化研究會、中國電子節能技術協會、北京理工大學支持，佛山市金銀河智能裝備股份有限公司協辦的大型公益“綠色能源·智能制造”暨動力鋰電池技術進展與智能裝備升級應用論壇上，深圳吉陽智云科技有限公司總經理陽如坤發表了《動力電池智能制造關鍵技術》精彩演講，以下是根據速記整理的文字，未經本人審核，僅供參考。
 
大家好！非常高興接受電池聯盟的邀請跟大家交流智能制造這個技術，也借此機會祝賀金銀河成功上市，未來對我們整個電池產業應該有一個很好的幫助，我們整個產業也進入更良好的發展。
    今天我想跟大家交流一下動力電池智能制造的一些關鍵技術。其實“智能制造”這個概念炒得非常火，但是對于我們鋰電企業或者鋰電制造來說還有很多的距離和問題，今天我在這里也是跟大家做一些技術方面的探討，應該說這個路還很漫長，盡管我們國家已經支持了有4個企業獲得了智能制造新模式的應用，但是說實在的，我們這個過程還是有很多很多的問題需要我們解決。
    主要四個方面，首先跟大家說一說電池，第二是大規模智能制造的目標，第三是大規模智能制造的解決方案，第四是我整個技術的想法。
    首先講一講電池。電池成為資源節約、新能源汽車、清潔能源和儲能應用的依賴，應該說它成為我們產業發展的依賴。從這個角度來說，我們認為動力電池成為母產品完全可以與CPU、鋼鐵、機器人等并駕齊驅。今天我們所說的動力電池應該把它作為很重要的一種母產品來狀態，跟以前完全不一樣，以前我們做3C產品的時候可能考慮的只是滿足一些簡單的移動產品。
    從整個產業的分析來看，芯片是移動產品的大腦，電池則是做移動產品的心臟。從這兩個角度結合，才是我們整個產業站在這樣的高度來考慮問題。我們的電池能夠達到700GWh每公斤的時候，我們飛機等所有重載設備都有可能動力電池的應用。
電芯制造與芯片制造的對比。從運用來說，它們都是母產品，應用可以有無限的組合和無限應用的可能。芯片提供了計算機的大腦，或者說移動產品的大腦，電池則是提供了移動產品的心臟。從運行原理來說，芯片既是一個物理過程，對電池來說既有物理過程，又有化學過程，芯片是一個信號轉移的過程，是一種信息轉移的過程，電池是一個能量，更多是考慮能量轉移的過程。從制造環境、速度、精度和制造規模來說，如果說考慮8—10GWH來說一年大概需要1億次，對于芯片來說，電池未來的規模比芯片未來的規模更大。從整個智能化程度和網絡連接來說，這里有一個很重要的區別，我們了解半導體的制造有很規范的標準，尤其是升力這個標準，如果對智能制造真正感興趣，希望大家了解這樣一個標準，這個標準動作鋰電制造來說我個人認為非常重要。
動力電池制造我個人認為最重要的一點就是設計方法的確立。目前整個動力電池的設計還處于試錯的階段，從簡單通過對材料、電池的認識做一些配組，然后做實驗來優化我們整個過程。這個過程的缺點是時間非常長，需要反復修正來達到目的。我認為我們應該建立整個電池的設計體系，從這個設計體系來說，現在提倡數字化的設計。從設計層面上來說，包括材料的設計、體系、結構、極片設計和應用，尺度從納米、微米、毫米到最后M級的。電池設計工具模型有材料基因組、NREL、SIUMENS  PLM等方面都在做研究，希望我們能夠研究這樣的內容，真正把電池設計做到數字化，因為數字化是我們制造的一個基礎，如果沒有這樣的過程，智造談不上。
    動力電池的設計與制造。首先考慮性能，包括安全、可靠、一致；還有容量、內阻、倍率和循環。還有熱設計、集流設計、結構設計、可制造性設計，這些都是我們需要認真考慮的主要內容。
    動力電池大規模制造的目標。以前我們三水大概是1個兆Wh就足夠了，用在動力電池上，主要的表現是合格率產能比較低，一致性差，安全性也比較差，如果用這樣的生產線去滿足電動汽車只能是一條實驗線、中試線。未來考慮2—4GWh的時候，必須實現大規�；�智能化的要求。1GWh大概能夠滿足乘用車大概2—3萬輛，對于汽車廠來說，我知道的汽車廠基本上都是10萬輛起步或者20萬輛起步，這樣一個體量，他們對電池的需求確實是達到10個GWH，這樣我們只能滿足三分之一汽車廠電池產能需求，所以整個工信部規定的這樣一個未來準入門檻4GWH不叫高，而且我認為是一個門檻。從2006年來看大概是一個GWh，單體成本大概是1.2元/噸Wh，目前能量密度大概是160Wh每公斤。我們認為到2018年能量密度可以達到200Wh每公斤，每公斤也有所降低，2025年如果說一條線產能能夠達到8GWH，這是我們智能制造要努力的目標，這里大概增長8到10倍的可能。這個層面上，我認為我們逐步在卷繞、疊片和組裝的效率上都有大幅度的提升，這是大規模智能化要解決的問題。從目標的達成我個人認為依賴于材料技術、電池技術、設備技術和智能控制技術的有效突破，才有可能實現這樣一個目標。
簡單規劃一下動力電池制造的技術架構。首先我們在設計這個層面上怎么樣來解決，從正負極材料電解液，還有電池本身的設計，基于模型的設計和整個尺寸工藝，還有電池制造這一塊，包括工藝規劃、廠房規劃、工藝裝備研制和制造過程的仿真和虛擬生產，應用這也一塊也要有一些突破，還有電池標準規范。這個標準規范其實不僅僅是電池本身，在我看來，我們制造標準更缺乏。現在據我所知，電池的制造標準還不知道歸口到哪里。吉陽也是鋰電設備標準的國家歸口單位，我們也在張羅這個電池設備標準這一塊，希望業界共同來探討我們制造標準應該歸口到哪里。未來我們希望能夠設備的互聯、在線數據的采集到系統集成的這樣一個過程，打造從產品的數字孿生、生產數字孿生到服務數字孿生。如果大家看過西門子的工廠和成都的西門子工廠，可以感受到數字化給我們整個產業帶來的重要作用。
簡單來說，以前是一個1GWH到—8GWH到20GWH的過程，我們認為現在電池制造合格率還90%，材料利用到89%—90%這樣一個范圍，主要問題我認為缺少信息化和網絡化，還有無法實施大數據的優化，所以電池制造過程我們做出來發現很多問題，我們不能夠實現快速優化，我認為如果我們不采用這種網絡化和智能化的一些動作，我們的生產線最多也就在93%到94%這樣的一個制造合格率。如果要真正實現更高的合格率，必須采取這樣的一些技術。
    大規模智造的目標。首先型號要單一化。母產品作為大規模運用的產品，必須強調單一化。有一些廠家提出多型號能多種可能，我個人認為至少到現在為止還不是多品種的時代，對電池廠的建設來說就是考慮單一化的性靠。單一化生產線產能達到1—2GWh。目前我們定出的目標大概制造合格率96%，材料利用率達到95%。這個指標是產業里面比較重要的指標，目前為止我調研下來，電池廠的制造成本每個Wh在0.25元左右，我們希望能耗降到0.12—0.13元的水平，三項第一個是折舊，第二個是能源，第三個是人工，以分錢單位來算的。目前過鎳電池企業的能耗成本在多少呢？每Wh0.05元左右，我們希望能耗能夠降到0.03元左右。從能耗指標、環境指標、、環保指標和數字化來解決整個制造過程的目標。目標的分解有以下幾個方面，第一個從整體設計、規劃分類，還有從高端的質量入手，絕不是采取手工來解決的問題，我認為動力電池行業，任何企業如果考慮要用手工來解決制造過程的問題，我個人認為門都沒有。還有從制造目標來算，還有從數字化手段，我們引進大數據的分析和零缺陷制造的分析，來解決這樣一些問題。
    整個動力電池制造的評估指標，這8大指標作為評估任何一條動力電池的生產線都是合適的，只是說我們把它定格到一個什么樣的水平，我們想以這八大指標用來衡量一個動力電池企業的生產優秀水平，未來圍繞這8大目標不斷優化，是非常有意義的。其實目前我們的狀態，到2020年希望總體合格率能夠做到96%，這是材料利用率優化的狀態。
    動力電池的關鍵技術。首先，實現動力電池大規模智能化，首先要考慮全生命周期的自動檢測監控和數據奪取，整個設備標準、制造過程和制造過程的連續一體化，我們看到佛山金銀河在這方面做了一些工作，對我們產業還是非常有意義的。鋰電制造過程怕水、怕人，這些東西我認為都是非常有價值的，也是對行業非常有作用的。還有實現設備的互聯互通互操作，所有這些優化都要基于數字、基于網絡、基于全套算法。實現算法要自動實現，沒有這樣的網絡根本不可能。另外還有電池零缺陷制造的方法，在這方面其實國外很成熟，我們把它用在這個行業就可以了。動力電池智能工廠總體歸九，包括材料配置設計、電池設計、工藝設計、設備選型和設備開發制造。同時在設計過程中一定要考慮智能化方面，從來料、過程、質量實現數字化、網絡化、信息化，追求實現智能化的設計。最后還有兩個目標，環境設備，我們對環境要求很嚴，還有能耗設計，我們設備行業對能耗設計關注還不夠，我們作為裝備制造企業一定要關注設備的能耗怎么樣，最佳能耗或者最佳的產能輸出怎么樣，我們每個Wh現在電耗5分鐘左右，未來希望降到2分錢、3分錢，能耗設計是很大的一個方面。
    設備互聯互通互操作的基本架構，叫做CPS單元。網上都有一些介紹，大家有時間去看，怎么樣把每一個單元作為CPS單元來實現設備的互聯互通互操作。
    在數字化制造信息化系統方面的框架，西門子是考慮得最詳細的。要考慮整個電池設計系統實現數字化的設計，叫做PLM。MES是其中的一個環節，還有物流系統，最后是ERP，我認為這是一個智能制造和智能工廠的基本架構，這樣一個架構對于我們鋰電池企業來說大家可以追逐這樣的目標，逐步完善各個環節，來實現整個制造系統的智能化。
    智能化很重要的一個原則就是追溯，追溯應該實現從材料到極片等，電池企業首先要做的第一步就是建立整個電池的追溯系統。零缺陷制造，我曾經在不同的行業說到過，我們要實現質量制造過程的工序閉環、局部閉環和整體閉環。工序閉環就是整個工序的內部，比如厚度可不可以實現在線閉環。局部閉環比如厚度到卷繞的整齊度可不可以通過網絡來實現數據的閉環。整體閉環就是化存的數據比如容量我們希望把西格瑪值再壓縮20%，怎么樣實現，這三大閉環是對整個電池企業非常有價值。思想很簡單，就是控制系統的閉環原理，所運用的工具就是互聯互通互操作。舉一個簡單例子，從漿料的年度到厚度來實現優化的過程，我們把厚度的一致性提高5%、10%，通過這樣的手段可以實現。簡單來說，實施原則很簡單，最重要的是從來料、漿料、涂布、張力、焊接、精度等實現參數優化的過程。
    零缺陷制造的失效模式分析。從來料到極板制造到電芯制造到化成分容到模組，通過互聯互通來實現大約2000個點的數據監控來實現電芯的失效模式分析和電池包的失效模式分析，這個框架整個電池的智能制造模型完全展現在這里，我們怎么樣實施這樣的一個過程。
    智能制造領域有一些準確的領域，對于我們電池企業來說，我們認為整個智能制造大概分成5個級，我把整個電池的發展規劃分成了四大步驟，現在我們大概處于初級智能的狀態，我們至少要實現設備的互聯互通，能夠狀態感知，能夠對產能、質量、設備的診斷和產品追溯來實現，這個過程如果要做得好的話，能夠做到90%以上的合格率。以前老的企業或者不具備數字化的電池制造工廠這個級別通過改道都應該可以做到。后面的級別設計的時候就要考慮整個電池企業，尤其在設備這一塊做一些考慮才能做到。最終我們希望真正做到能夠深度學習、優化，來達到99%以上的合格率。這是電池制造的終極目標，也是我們這個行業或者說電池制造人要去考慮的方方面面的內容，也是我們要不斷努力才能達到的一些目標。
    從關鍵措施來說，第一個就是數字化，來料的數字化。比如說粉料不斷往桶里加的時候，它的雜質、成分、固含量方方面面影響電池的所有因素要實現在線檢測，這個層面上，我個人認為行業應該有很大的距離，這可能也是我們實現的一個難度。第二實現設備的數字化，第三實現制造質量和產能數字化，這個比較好，我覺得比較緊急的是網絡硬件、軟件接口API標準。這里有一個公信力的問題或者大家愿不愿意做的問題。我們怎么樣建立數據支點以及相關設備的內容怎么樣做到公開化，讓大家都能夠實現互聯，還有實現全生命周期的追溯，實現閉環，失效模式，MES系統和總體綜合設計。通過這樣的努力，我們2020年合計率達到96%，材料利用率達到95%，最后實現管控、優化的目標。
    首先從產品的品種上我們希望得到一定的減少，希望在整個國家只做10種左右的電池，當然這是一種理想。第二是制造成本的目標，還有一致性方面，用便易系數來表示整個電池的一致性。還有制造產能合格率和材料利用率，這些都是我們電池制造要考慮的問題，我們通過前面這些技術手段和技術方法能夠實現的一些可能的目標，也是我們要追求的目標。這些目標的實現，整個中國電池從質量、成本上都會得到有效的控制，達到一個很好的結果。
    我的報告就這些，謝謝！
 
(責任編輯：王杰)