快速增长的电动汽车行业、能源转换、气候变化和可持续性发展均需要尽快找到可以大幅减低碳排放的驱动方案，电池制造业的发展因此变得越来越重要。但是，什么样的电池及制造流程才能够满足不断增长的需求与严苛要求？制造商如何在自动化工作流程的同时，提升工厂的可持续性、效率和质量呢？
新的全方位自动化概念（如人工智能、智能机器人技术和先进的视觉技术）将帮助欧洲电池行业提升效率与竞争力。
快速增长的电动汽车行业、能源转换、气候变化和可持续性发展均需要革命性技术的支持，尽快找到可以大幅减低碳排放的驱动方案也迫在眉睫，电池制造业的发展因此变得越来越重要。但是，什么样的电池及制造流程才能够满足不断增长的需求与严苛要求？制造商如何在自动化工作流程的同时，提升工厂的可持续性、效率和质量呢？新的全方位自动化概念此时具有迫切的意义，例如那些基于人工智能和机器人技术的概念。这些概念应该考虑市场需求以及决策者和电池行业的需求。那么，电池行业会向什么方向发展？欧洲公司需要采用怎样的电池制造方法才能在电动汽车储能方面处于领先地位呢？
可持续性电池生产的重要性
根据最新研究（如研究咨询公司Corporate Knights发布的“Global Top 100”报告），来自丹麦、法国和芬兰的公司在全球最佳可持续发展企业100强中处于领先地位。欧洲制造商可以，并且应该效法这些公司，在满足对创新、高性能、可靠的电池技术不断增长需求的同时，确保高效和可持续性生产。
根据德国工程协会（VDMA）的电池生产路线图，到2030年，欧洲市场将占全球市场需求的30％左右。亚洲供应商和少数欧洲初创企业是无法独力支撑这一需求的，因此现在就需要采取行动。
欧盟的“2030+”计划即旨在使欧洲在未来的电池技术竞赛中处于领先地位。其最终目标是开发和有效生产安全、可持续的高性能电池单元，用于电动汽车、可再生能源存储以及众多其他高尖技术，如机器人技术、医疗技术和航空航天技术。
电池行业面临的挑战
理论上如此，但电池行业目前仍面临很多障碍需要克服。例如在高性能电池单元的生产过程当中，据估计，目前只有70-90％的电池总产能是有效的，其余都有缺陷。许多电池甚至在汽车制造商或集成商测试其适用性时就不过关。
电池制造商必须致力于提高产品的可持续性并避免浪费，同时，他们必须满足稳定增长的质量要求并解决成本和竞争带来的压力。现代用户要求电池需要具备更高容量、更好质量、更安全且使用寿命更长，这样电动汽车可以在不需要中途充电的情况下，行驶更长里程。欧洲许多国家面临的普遍问题是技术工人短缺，以及用户需求多变，这都需要创新的方案来解决。
圆柱形、方形和袋式电池的比较
电池有很多类型，如圆柱形、方形和袋式电池，其生产过程也各不相同。这带来一个重要问题：各种电池的优点是什么？它们适用于哪些应用？
圆柱形电池应用最多，其活性层包裹在内部电极周围；而袋式电池通常采用铝制成的柔性外箔包围其堆叠层。与其他两种电池类型相比，袋式电池的生产成本要昂贵很多，但在其他所有方面，袋式电池均得分最高。其薄而扁平的形状使它适用于各种技术和汽车车型。袋式电池还有个优点是散热性能优异，在快速充电或放电速率下温度只会略有升高；而圆柱形或方形电池同样情况下会变得非常热。尽管目前的生产成本很高，但就可靠性、耐热性和柔韧性而言，袋式电池最适用于多种场景。
VDMA的最新数据突显了这一细分市场的成功发展趋势：2017年袋式电池市场规模仅为100 GWh；到2028年，预计将达到1,000 GWh。这需要巨大的工厂产能才能达到这种级别的规模产量。有专家指出，仅35 GWh的袋式电池容量就需要35条生产线，而人工智能与智能机器人技术、视觉技术相结合将有助于实现这一目标。从预测性维护能力提供的有效机器维修开始，在未来高级流程自动化的其他领域，这些技术还将做出更多贡献。
锂离子袋式电池生产过程中的创新
欧洲电池制造商需要在质量、生产效率和资源有效利用方面均表现卓越，才能从众多亚洲电池厂商中脱颖而出。随着电动汽车的发展，更加先进的电池技术正在不断开发中，以确保车辆的可靠性、安全性和操作性。
锂离子袋式电池可以满足当前工业和汽车制造业中一些最重要的需求。但是，袋式电池的生产比圆柱形电池更复杂，要求也更高，这对生产提出了特殊要求。制造商倾向于通过人工智能来支持其生产过程，例如提升机器效率，并确保零缺陷生产。
人工智能、传感、控制和机器人技术强强联手
电池制造商不仅需要适应电动汽车市场持续不断的变化，相比以往的产线，还需要更快的配置能力、更灵活的适应能力，来满足不断变化的需求。将人工智能、传感、控制、安全性和机器人技术结合到一个自动化平台中，这个概念有助于满足客户对产品质量和预测性维护的所有要求，同时还可以实现可持续性这个重要目标。
此外，集成电池单元检查解决方案，以及电极和电池模块制造解决方案，都可以精简测试过程，并在整个电池的生命周期内提供端到端的可追溯性。
技术支撑可持续性发展
要做到创新、灵活且面向未来，电池制造商和供应商需要可靠的合作伙伴，可以通过单一来源得到强大的技术支持和合理建议。基于AI的全方位解决方案可以帮助制造商减少浪费；再结合移动机器人支持的智能仓库系统，制造商可以进一步提高流程效率和生产率。同时，采用生产和使用寿命控制解决方案可持续保证电池质量（包括容量和电池寿命），并由在线检查系统提供支持。
这种解决方案需要考虑从生产，使用一直到回收的所有步骤。采用这些技术，就意味着公司向未来可持续性工厂和电池生产迈出了重要的一步。
(参考原文：Challenges and Trends in Sustainable Battery Manufacturing)
编按：本文作者Henry Claussnitzer是欧姆龙欧洲公司的业务项目经理
责编：Amy Guan
本文为《电子工程专辑》2020年11月 刊杂志文章，版权所有，禁止转载。点击申请免费杂志订阅
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