祁剑明

【摘 要】新能源的快速发展，使得对储能设备的需求日益突出，锂电池储能己成为当前的研究热点之一。通过在锂电池生产线的关键工艺环节引入机器人自动化生产线技术，可以降低人工成本，提高设备自动化水平，改善生产条件，降低安全风险，提高生产效率，不但解决了人为操作造成的生产效率低下问题，而且提高了产品的产量和质量，提高了经济效益，对于促进我国锂电池行业的产品升级，具有重要的现实意义和良好的推广应用价值。本文分析了当前锂电池自动化生产现状，探讨了工业机器人在锂电池自动化生产中的应用。

【关键词】工业机器人;锂电池;自动化生产;应用

近年来，新能源的快速发展，使得对储能设备的需求日益突出，锂电池储能己成为当前的研究热点之一。通过在锂电池生产线的关键工艺环节引入机器人自动化生产线技术，可以降低人工成本，提高设备自动化水平，改善生产条件，降低安全风险，提高生产效率，不但解决了人为操作造成的生产效率低下问题，而且提高了产品的产量和质量，提高了经济效益，对于促进我国锂电池行业的产品升级，具有重要的現实意义和良好的推广应用价值。

一、当前锂电池自动化生产现状

锂电池被广泛应用于储能电源系统、电动汽车、军事、航空等领域，尤其随着近几年电动汽车市场的火爆，锂电池需求量持续攀升。而目前锂电行业自动化程度不高，生产效率低，产品稳定性不足，这正是引发机器人应用爆点的契机。

目前国内锂离子电池产业化存在的主要问题，是电池质量一致性不好。究其原因，多是由于人工操作、设备精度差造成系统误差大，不能连续化生产所致。锂电池生产工艺属于离散式生产放式，虽然其生产过程中己使用了大量的自动化专机，但整体的自动化程度仍较低，各生产环节之问的衔接，仍然是以人工为主。要从根本上解决锂离子电池批产质量一致性差问题，还要靠提高生产设备控制精度、生产线自动化水平来解决。动力电池和储能电池对电池的一致性、电池生产线中的质量管控，提出了更高的技术要求，客观需要引入工业机器人技术。通过将先进的机器人技术与锂电池生产技术相结合，可大幅度提高锂电池生产线的自动化和智能化程度，提高生产效率和产品质量，带动锂电池生产企业进行技术升级和改造，从而促进我国锂电池行业的技术创新和产品升级。

随着劳动力成本的迅速增长以及机器人价格的下降，在生产线中，应用机器人代替人工的优势，己经逐渐显现，机器人的应用具有重复定位精度高、可靠性高、生产柔性化等优势，能极大提高生产效率和产品品质。通过将机器人技术与锂电池生产技术相结合，可大幅度提高锂电池生产线的自动化和智能化程度，提高生产效率和产品质量，带动锂电池生产企业进行技术升级和改造。同时，与人工智能技术、自动化、信息化等智能制造技术融合，不仅是实现无人化工厂的前提，也是国内锂电池等离散制造生产线的未来发展趋势。

二、工业机器人在锂电池自动化生产中的应用

从原材料的投入到PACK的产出，锂电池的生产过程包括涂布、分切、烘焙、卷绕、装配、焊接、注液、化成、分容、PACK组装等等，锂电生产线每个环节实际上都可以用机器人，包括单工序和工序之间的衔接。但目前在装配、焊接、化成、外包装Pack组装线这四个环节上机器人运用得较多，而其他环节的应用还有待挖掘提升。为此，很多相关企业都在做产线自动化以及数字化的全面升级，让机器人渗透到锂电池制程的各个环节。从自动化水平来看，从前往后，及到PACK阶段，自动化程度依次降低，前端工艺对后端产品的生产影响较大，甚至直接关乎电池安全问题，因此，前段自动化程度显著高于中后段及PACK段。工业机器人的应用，主要在于设备之间的连线，以直角坐标或SCARA做衔接，包装入库阶段，可适当考虑SCARA和轻载多关节工业机器人。

一条全自动产业线的形成，需要各种不同类型机器人的相互配合，在对机器人进行选型时，需要综合考虑持重能力、工作空间、自由度、灵活度、精度、移动速度和使用领域等因素。目前，锂电行业使用最多的机器人，是线性模组机器人和SCARA机器人，主要是在生产线中进行搬运和换型的工作。其中，SCARA机器人在实现产品的快速转型上以及取代直线滑台上具有优势，在数码电池的生产过程中，因为产品种类多，需要频繁换型，四轴机器人使用量比较多。而动力电池产品比较单一，但是在产线后端的搬运和装箱方面，可以用到六轴机器人;在部分设备的前后端，可以配备六轴或四轴机器人进行产品的上下料工作，负载比较大。在PACK模组装配线中，重负载的六轴机器人在产线中进行模组的装配工作，臂长要求比较长;而在某些设备企业中，也有运用AGV机器人进行搬运工作。

在锂电池的生产过程中，要把成品从生产线上自动取下来，送到检测处通过智能图像处理系统进行外观检验，然后把合格产品送入特定的包装容器内，把不合格的产品送入另一容器内。这是欧洲最大的电池生产厂家Sonnenschein在电池生产中，包装前的最后一个环节，而在整个电池生产过程中，有几个工位用百格拉的码垛机器人。尽管这些机器人所完成的功能不完全一样，但采用相同的拖盘，便于不同工位产品的流通和通用。直角运动单元组成的上料下料机器人，搬运机器人非常适用很多种应用，不仅直观易于理解，便于组成各种样式的专用设备和控制简单，而且在很多应用中，比如关节机器人，成本低，效率高，更实用，在欧美国家，被广泛应用于医药，食品，化妆品，日用品，手机，传感器，玩具，汽车和仪表等生产中。

根据锂电池生产的工艺流程，通过在上述生产过程中引入自由度工业机器人，取代了原先所需的人工操作，以机器人为中心，叠片机、焊接机及裁切机的位置布置均在机器人的臂展范围内，在其运动区域内应保证无干扰。考虑到日常维护等工作的方便，在布置位置时综合考虑人的行走空问，并在周围布置了基本的围栏防护，防止未经授权人员进入到机器人工作区域，安全门位置则设置了感应装置，一旦安全门被打开，则立即减速并停止机器人的运动，确保人员安全。机器人对叠片机完成的叠片电池进行抓取，并搬运到焊接机上对极耳进行焊接，再搬运到裁切机对极耳的突出部分进行裁剪，以此实现无人化作业。

综上所述，如今锂电池正在往安全性以及标准化的方向发展，设备的高精度、高效率、系列化以及高自动化生产线，将成为行业发展的大方向。工业机器人在动力锂电池行业中的应用已经相对成熟，可以降低人工成本，提高设备自动化，无人化，将安全风险和损失降低到最低，同时，产品的质量高，品质好，企业的产能得到明显的扩充，带来更大的效益，极大的提高企业的核心竞争力。

【参考文献】

[1]万松峰;锂电池自动测试系统的研究与设计[J];机械管理开发;2015年06期

[2]超艺;李天友;电网企业机器人研发应用现状与展望[J];电气应用;2018年23期

[3]杨家荣;谭福生;李佳;机器人在锂电池生产线中的应用[J];上海电气技术;2013年02期