生产设备钳制正极材料高端化主流企业产线“大换血”

过去一年中，虞兰剑频繁辗转于北京、天津、四川、湖南、青海等地，忙着为锂电正极材料企业打造智能化工厂。

作为江苏南大紫金锂电智能装备有限公司(下称"南大紫金")总经理，他赶上了锂电行业快速发展的浪潮，高工产研锂电研究所(GGII)数据显示，2015年，仅在正极材料领域的投资额就超过120亿元。

"市场投资额增加的同时，企业对于生产制造的智能化提出了更高的要求。"在锂电材料领域沉浸多年，虞兰剑今年最为明显的一个感受是，锂电材料领域开始大范围的迎来生产制造的自动化、数字化更新换代。

无法忽视的现实是，过去的很长一段时间，国内正极材料普遍面临自动化程度低、生产效率低、产品良率低、信息互联互通效率低等问题，这成为制约国产材料迈向高端化的重要瓶颈。

"大部分正极材料工厂生产过程都面临智能化程度不高，人为参与度高，难以实现生产线的快速智能化生产，呈"孤岛"之态，影响整个生产过程的综合管理。"虞兰剑向高工锂电网表示。

这导致的一个结果是，国内锂电正极材料有全球40%以上的市场份额，但供应的大多是中等以下品质的正极材料，正极材料企业发展面临的最突出的问题就是产品品质和产业产能方面的配合衔接问题。虽然近年国内产能大幅度提升，但高端市场占比较低。

在此背景下，从2015年以来，包括北大先行、当升科技、湖南杉杉、天津巴莫、桑顿新能源、天津斯特兰等国内主流正极材料企业都在做生产设备的自动化及数字化的更新换代。希冀通过生产制造的"自我变革"来提升产品综合竞争力，迎战动力电池大时代的新挑战。

制造困局

在此之前的2014年，高工锂电网曾对于国内正极材料的生产现状做过一次大范围的走访调研，调研发现，生产设备整体滞后正在成为当时材料企业进一步发展最大的羁绊。

锂电正极材料的生产主要分为混料磨料、高温烧结、粉碎分解三大主要环节，涉及上料卸料装置、混料机、高温窑炉、粉碎机以及除湿系统等设备，每个环节的控制以及设备的性能都会对最终的产品产生直接或间接的影响。

以窑炉设备为例，无论是在控制的精确性上还是在耐用程度上都是曾是无法绕开的硬伤。

"国内窑炉存在的问题是保温性能不好、温差较大。"对于国产窑炉存在的问题，天津巴莫总经理吴孟涛就曾深有体会。他介绍，窑炉的稳定控制以及温度的正负误差都会影响到原材料的受热均匀，进而会影响到产品的最终性能。

在当年的调研中，天津斯特兰副总经理李积刚坦言，国产窑炉在可靠性和耐用性上还存在差距，由于在高温条件下运作，其经常会出现零部件损坏的问题，这一方面会造成较高的维护成本，另一方面则可能直接影响到产线的正常运行。

即便是在最为基础的上料卸料环节，国内材料企业存在的短板也不容小觑。

"包括优美科、日亚化学等国际企业普遍采用的是自动化装料卸料的设备，这样一方面可以有效控制粉尘异物，另一方面可以保证装料的精度。而国内材料企业此前大部分都处于人工操作的水平。"

人工操作最大的问题在于装料环节无法做到精确控制，从而会直接影响到混料环节中材料配比的准确性。此外，上料卸料环节由人工操作所导致的原材料浪费也是一大问题，以钴酸锂的生产为例，传统产线每年由于人工操作导致钴的跌落达到1%，以目前20万元/吨的价格计算，一个年产1万吨的产线每年的浪费就高达200万元。

国内材料企业生产设备的落后还体现在对于环境的控制上。

以目前热门的NCA材料为例，之所以只有个别企业能实现规模量产，其中一个最主要的难度就在于，在生产过程中无法达到其对于温度和环境的要求，据了解，NCA材料由于表面的碱性物质含量很高，因而非常容易吸潮，这就需要从烧结完成到最后包装都需要严格把控材料与空气的接触。

但事实上，以国内企业简单的除湿设备根本无法实现。"日韩企业基本上实现了封闭式生产，材料在空气中静置超过1个小时以上就当做废料处理了，但在国内，由于设备的滞后以及对成本的考虑，放置一两天的情况都司空见惯。"

大换血

2015年以来，国内新能源汽车的市场井喷迅速拉动了动力电池的市场需求，同时，对于产品的品质安全等的需求也明显提升，在此背景之下，正极材料企业一方面拉开了扩产的大潮，另一方面，也开始明显意识到生产制造系统化全面升级对于企业发展的重要意义。

"国内材料企业要想真正提升产品品质，实现高端材料的产业化，引进全自动数字化的生产设备和产线是唯一出路。"吴孟涛认为，智能化产线可以保证装料配比的精度，避免由人工操作造成的浪费，同时也可以改善生产环节对于环境的控制。

6月上旬，工信部对外发布了144个"2016年智能制造综合标准化与新模式应用项目的公示"，其中，湖南杉杉新能源有限公司万吨高能量密度锂电正极材料数字化车间新模式应用入选。

高工锂电网获悉，湖南杉杉的申报项目采用了智能辊道窑、定值配料控制系统，自动装钵系统、以及在线质量检测系统、搬运机器人和自动输送系统等一系列先进生产、检测及相关配套设备，实现生产过程生产线各关键工序的自动化控制。

同时，该项目还采用了MES系统，同步实现信息化数据共享，建立起具备在线订单管理功能的企业资源计划管理系统(ERP);通过中控系统与ERP 系统集成直观反映生产过程各关键工序运行情况，最终实现制造信息和管理信息全程透明、共享。

除过湖南杉杉，包括天津巴莫、当升科技、北大先行、桑顿新能源、天津斯特兰等企业都向高工锂电网透露，其都在做生产制造的全面升级换代。

对于这种趋势，虞兰剑感触尤为明显，作为国内为数不多可以提供锂电材料智能生产解决方案的企业，2015年，虞兰剑所在的南大紫金订单明显增多。其提供的智能工厂解决方案涵盖了产品设计、工艺流程设计、设备布置设计、厂房设计施工、设备采购制造、设备安装、自动化控制安装，再到最后的现场调试、验收交接等九大流程。

以窑炉为例，虞兰剑介绍，为了提升对其的准确控制，主流正极材料企业开始采用智能辊道窑，该产品在建立了基于数据模型的基础上，将辊道窑每个控温区域作为一个子系统，建立分布式的辊道窑温度控制系统，根据上层的智能决策系统对辊道窑控制系统进行优化设定，实现辊道窑每个区域温度的精确控制和整体能耗的最低。

而在上下料环节，不少企业都摒弃了传统的人工方式，开始选择搭建综合自动化管理系统实现称量混合、自动装钵、烧结等工序的可视化、自动化控制。

在这个过程中搬运机器人将原料运送至料仓，采用增量法称量物料，通过定值配料控制系统达到原料准确称量，通过两个自动装钵机将混合均匀的原料装钵，然后将装好的钵分别通过自动输送轨道配送到不同的智能辊道窑内进行烧结。

"一方面是自动化的提升，另一方面是数字化的控制。"虞兰剑表示，通过实现生产过程生产线各关键工序的自动化控制，开发中央数字化控制系统，建立企业资源计划管理系统(ERP)，实现制造信息和管理信息全程透明、共享。

生产制造全面升级之后，一些企业的综合效果开始显现，不少够实现运营成本降低20%，产品研制周期缩短20%，生产效率提高20%，产品不良品率降低10%，能源利用率提高10%。而这，对于企业提升产品性能，降低成本，提升综合竞争力不言而喻。

高工产研锂电研究所(GGII)显示，国内材料企业在对于自动化数字化设备产线的使用率还不到20%，在动力电池产业加速升级以及规模化扩张的背景之下，正极材料领域一场通过生产制造全面更新换代来提升产品品质和性能的"自我变革"将会全面开启。 

原标题:生产设备钳制正极材料高端化 主流企业产线“大换血”