超級電容專訪耐普恩工廠
上月本網站發布耐普恩超級電容評測,耐普恩強勁的性能引發行業震動,不少廠商與網友聯系本網站希望了解更多有關超容的信息與耐普恩的信息。
借此機會找到耐普恩生產及技術副總劉繼波做一次有關超容技術與生產方面的專訪。先感謝劉總在百忙之中抽出時間來解答與陪同。
此次專訪涉及到1、耐普恩發展
2、耐普恩生產線設計、工藝及技術分析
3、超級電容結構評析
4、超容前景及應用 四個部分
記者:劉總您好!由于我們網站這兩年不斷的評測國內外的超級電容器產品,前段時間評測貴公司的產品后發現貴公司的產品在性能方面和可靠性方面做的非常好,因此今天
特別來貴公司做個專訪,感謝您百忙之中能抽出時間接受采訪,也感謝貴公司之前能提供樣品供我們評測。
那么能不能先談談貴公司的發展歷程?
劉:耐普恩10年5月成立時的想法很簡單,由于當時的極片技術比較先進,所以想給各個廠家提供極片,大家共求發展。但是由于對市場的不了解,極片很難推廣出去。其實
到現在我也一直想不通,為什么每家都要自己生產極片,即使技術上不成熟也要生產。生產大容量的廠家還好理解,生產小容量的廠家就讓人想不通了。第一技術上不具優
勢,第二對極片的需求量小,根本不需要連續生產極片,連續生產一天極片可以夠后工序生產一周甚至一個月的了,浪費設備,又占用很大一塊廠房,還要有專門的生產人
員,總得來說成本會很高。后來由于極片推廣不好,我們就改變思路,自己生產超級電容。在11年11月份進行鑒定的時候,我們開發出第一代結構的超級電容(后面會有介
紹)。這個是采用兩端密封焊接,但是不適合大批量生產。于是又開發出第二代結構超容,以及后來的修正版本(因為第二代的外形太怪異了)。但是第二代結構的成品率
低,對設備的要求高,而且結構件復雜,同時生產成本較高。因此在13年10月我們又開發出第三代結構的超級電容。
第三代結構的超級電容成本低,對結構件的精度要求低,
裝配簡單,成品率高(98%以上),一致性好。我們在進一步優化設備,預計成品率可達到99.5%以上。
在14年3月份,我們開始建立目前的生產線,在14年10月份調試完成,正式進入量產階段。 記者:耐普恩的產品做的這么好,我想肯定貴公司有自己的核心技術,能不能
給大家介紹一下超級電容器的核心技術在哪里呢? 劉:現在很多企業的宣傳都宣稱自己有核心技術,這說明技術創新也不斷得到重視。那么超級電容器的核心技術是什么呢?
電極?材料(活性炭,電解液,隔膜,甚至鋁箔)?還是生產工藝?還是超級電容器的結構?
我認為,別人做不到,我們做的到的,或者我們做的更好的關鍵技術就是核心技術。以上提到的都可以成為核心技術。對超容制造廠家來說,目前我們用的是同樣的原材料,生產同樣的超容,那核心技術主要體現在電極上。
但是忽略的一個情況是,大部分原材料我們都是進口的,只有深圳新宙邦比較爭氣,我們電解液才能用的上國產的材料。那么還有關鍵的活性炭和隔膜呢?特別是活性炭,我
13年以前試驗過國內大部分廠家的活性炭,但是最后的結果很絕望,我們的活性炭和別人的比差的不是一點,問題太多了,不是比容高就代表產品質量好。作為超級電容器的
重要原材料之一,我們只能采用進口的活性炭。進口的活性炭主要有日本的、韓國的和斯里蘭卡的,這些我都測試過,從性能上來說,我優選日本的活性炭,第二是斯里蘭卡
的活性炭。
但是目前的情況是,日本的價格很高,據說給中國企業的活性炭價格遠遠高于給MAXWELL的價格,這樣就造成我們的成本上沒有優勢,如果技術上成本上都
沒有優勢,那么我們怎么發展?因此,我們應該呼吁政府在超級電容器的材料開發和生產上給與足夠的重視和支持,扶植幾家企業能夠將活性炭進行國產化,暫時不需要達到
太高要求,性能上能達到斯里蘭卡的活性炭水平就足夠了。 但是目前采用斯里蘭卡的活性炭在成本上也沒多大優勢,這一點很可氣。13年我們和斯里蘭卡聯系,當時到貨價格
(含稅)可以在160元/公斤左右,量大還能夠更優惠!但是活性炭的進口海關上比較嚴,一般的企業無法報關。后來由北京的一家代理公司代理,價格到了260元/公斤,可氣
吧。搞的那么貴,用的人又不多。因此,在目前國內不能量產高質量的活性炭的情況下,我們只能夠想辦法降低活性炭的采購成本,第一,我們還是希望想辦法能夠讓可樂麗
降低活性炭價格,第二,我們想辦法能直接從斯里蘭卡采購活性炭,這樣每個超級電容器可以降低成本十幾到二十元,這個幅度是很大的,也有利于超級電容器降低價格,推
廣起來也更容易。 因此對超容生產廠家來說,核心技術在電極制造上。但對整個行業來說,核心技術在原材料上,希望我們國內有企業能夠將活性炭和隔膜國產化。
記者:貴公司能夠掌握電極制造的核心技術,那么貴公司的產品性能那么好,肯定在生產上也有獨特的技術,可不可以簡單介紹下?
劉: 在生產線的設計上,我堅持的原則是,投資少、效率高、操作人員少、成品率高、無瓶頸工序、生產線穩定、節能、環保。估計作為老板和投資人都喜歡這樣的生產
線,那么作為我們技術人員,在設計生產線的時候就要站在老板的角度上考慮問題,不能只要生產出產品就算完事,因為所有的這些最后都歸結在一個成本的問題,因此我們
在設計生產線時就要考慮到降低生產成本。而生產線的設計和產品的結構設計是相輔相成的,因此設計產品的結構也非常重要。 還有環保的問題,我覺得現在作為一個有良知
的技術人員和老板,都不能忽略這個問題,現在我們國家目前污染已經這么嚴重了,我們不應該再做這樣的事情。 記者:剛才您講的概括性太強,我一時無法理解,可不
可以允許我參觀一下貴公司的生產線能有個直觀的了解? 劉:我帶你參觀下吧。(注:劉總帶我去參觀了生產線,并允許我對生產現場進行了拍照,且進行了詳細的講
解,除了兩個重要的絕密車間) 首先是配料工序,由于配料車間是我們的保密車間,就不帶你進行參觀了,我在外面談下吧。配料環節作為生產的第一個環節,很關鍵
。配料環節設計的原則是漿料穩定、一致性好、批次之間一致性也要好,效率高、工人勞動強度低,還有粉塵防護(小心塵肺)節能、環保,我們清洗后的廢水都是凈化后排
放的。
目前我們可以達到在線式連續生產,可以做到4L/Min漿料,無間歇式生產,漿料全密閉式管道輸送,這樣生產的漿料靜置時間短,在涂布過程中非常穩定,產能很
高,而且工人勞動強度低,我們配料人員一共才3個人,而且我在設計我們下一條新生產線,在不增加操作人員的情況下,產能與目前相比能提高10倍。 涂布工序也是重要的
關鍵工序之一。
可以說也是產品性能好不好,穩定不穩定的關鍵工序之一。我們選用的是雙面同時擠壓式涂布機,雖然很貴,但是有很多優異的性能,并且能解決常規涂布無
法避免的問題。 先介紹下涂布機,在通過對比講一下解決常規涂布的問題 這個涂布機的好處是雙面同時涂布,可以縱向留白。目前我們生產3000F的極片是250mm寬,然后
裁切兩半,那如果我中間可以留白后,就可以涂500mm寬,裁成四半,效率提高了一倍,而且一次涂兩面,又可以節約將近一半的電能,操作人員也減了一半,占地也少了一
半,并且這個機器不那么依賴操作人員的經驗,所以生產也比較穩定。
它和單面涂布最大的好處是,生產的極片性能有質的飛躍。我們之前是涂完一面再涂另一面,這樣有很多弊端,一是兩面的厚度不好控制,容易有陰陽面。當然最關鍵的是,單面涂的時候有這樣一個問題,活性層在干燥的過程中,收縮是很大的,所以容易造成極片的縱向彎曲,在涂完后,過棍時又會強制展平。而在軋制之前,活性層與鋁箔之前的粘結力并不是很強,那么在展平的過程中,由于應力的影響會造成活性層細小的龜裂,活性層部分與鋁箔剝離。同時在收卷的時候還有橫向的彎曲,就會加重活性層的龜裂和鋁箔的剝離,那么我們單面涂要涂兩次,要有兩次橫向強制彎曲,縱向強制展平,對活性層的損傷是很大的。即使通過后段的軋制也無法彌補這個損傷,活性層剝離后即使通過軋制也無法再實現與鋁箔的實質上的粘結了,雖然通過軋制,表面上看不出龜裂和剝離現象了,
但是由于剝離處與鋁箔不是實際的粘接,因此在產品的使用過程中還會剝離開,造成產品的不穩定和使用壽命的降低。嚴重的會表現出,容量有斷崖式的跌落和內阻的陡升。
因此在軋制之前盡量避免這種現象的發生。那么雙面涂就可以完全避免縱向的彎曲產生應力,而且只進行一次收卷,所以只產生一次橫向的彎曲,對活性層的損傷大大降低。
但是我下一條生產線設計會把這個損傷降到更小,那就是實現涂布機與軋機的直接對接。 而且,如果涂布不好,會影響到后面很多工序,包括軋制、分切、卷繞、壓卷芯、焊
接等,成品率很難提高。 軋制過程所起的主要作用是提高活性層的密度和粘結性,減小厚度誤差,提高后續加工性能。軋制有熱軋和冷軋,有不同的棍徑區別,設備的價格上
差異很大,但是從技術角度上傾向于棍徑越大越好,我們采用的是熱軋工藝,棍徑800mm。 熱軋的好處是軟化粘結劑,提高活性層密度,效率高。
但是也不一定所有的都適合熱軋工藝,有些體系熱軋后加工性能不好。所以根據自己的實際情況和資金情況選用。 分切這個沒太多講的,主要注重分切的效率和質量,重要的是不要產生毛刺,當然不能完全避免,但是要控制毛刺的尺寸不能超過10um。 卷繞也是一樣的,選個穩定效率高的卷繞機就可以了,不過卷繞機很關鍵,這個也關系到產品的穩定性和一致性。差的卷繞機張力控制不好,穩定性就差,而且運行不穩定,廢品率會很高。 焊接和組裝,這個主要根據各家的產品結構來設計工藝,產品結構設計的好,這段工序會相對比較容易完成,否則廢品率也會很高,而且到了這段工序,除了電解液外,大部分成本都在這里了,一但廢品率高,成本很難控制。所以,產品的結構設計是很關鍵的。等下我再講下結構設計。 烘干,這個也是很關鍵的工序,烘干不徹底,影響產品性能和穩定性,還有烘干效率。我們知道的烘干主要幾個因素就是烘干時間、溫度、真空度。溫度和真空度都會有個極限,如果烘干不徹底,我們無非就是延長烘干時間。
但是我們常常忽略一個問題,就是干燥的均勻性,首先,是不是各個卷芯的干燥程度是否一致,第二,單個卷芯的不同部位是不是干燥一致,當干燥不徹底的時候,我們就只有延長時間,這樣就造成了產能低,產能低就要增加設備,同時造成很多浪費。同時,還會造成對活性層的破壞,在高溫真空下,粘結劑的老化速度是很快的。我正在醞釀開發一種新的干燥設備,希望不超過2小時可以完成烘干還有冷卻過程。 注液工序大家都清楚,主要控制注液時的環境的濕度,或者說是露點。大部分廠家都是在手套箱內進行,這個容易控制。注液方式有含浸式注液和注液機注液。我們目前采用含浸式注液,但是一直也想采用注液機注液。注液機注液的好處是顯而易見的,注液量精確,多工位注液機效率也高。為什么目前沒采用注液機注液呢?主要還是有下面的幾點擔心,也希望相關廠家能徹底解決這些問題。 穩定性,也就是注液機故障率一定要非常低,我們知道注液機大部分是在手套箱中使用的,一旦出現故障很難維修。
另外提醒下,超級電容的電解液溶劑很容易揮發,揮發后的鹽很容易阻塞管路。 還有容易操作和清洗,在手套箱中,人都是帶著手套操作的,很不方便,最好要實現,人在操
作的時候只按幾個按鈕或開關。 還有就是腐蝕,超級電容器電解液中的鹽腐蝕性是很強的,一般304的不銹鋼都可以被腐蝕,所以注液機設計的時候要考慮這點,否則在使用
一段時間后注液機故障率會非常高,甚至報廢。我個人也在醞釀一種新式的注液機,希望到時能與設備廠家聯合開發。 最后一個工序就是老化和測試。 我們目前的測試指標
主要是老化后的容量,內阻和自放電,我們沒測漏電流,但是自放電也可以反應出這方面的性能。為什么不測漏電流呢,主要是設備的質量和數量要求高,占地面積也大,而
且測試漏電流受環境的影響很大,甚至測試過程中的震動都會對結果造成影響。所以我們選擇測試自放電。對內阻的測試上,現在采用的標準不一致,但是我們目前兩個內阻
結果都測試,一是MAXWELL六步法,另外是我們的行標,通過對比我們發現MAXWELL六步法測試結果重復性更好一些,因此數據更可靠些。因此我們傾向于采用MAXWELL六
步法測試容量內阻,雖然用這個方法測試的內阻值高一些,感覺上吃虧一些,但是如果要和MAXWELL產品進行競爭,最好采用同樣的標準。我們目前與MAXWELL同樣采用美
國必測的測試設備,同樣的測試標準,容量在3100左右,內阻在0.18-0.22mΩ之間。
我們對測試線的要求是結果準確,測試和老化過程中互不干擾,效率高,避免員工的誤操作,比如在老化和靜置的時候測試時間與工藝要求時間不一致,或者重復操作,一個產品被老化兩次,或者未經過老化的產品就直接進行測試。我設計了了一個半自動老化測試線,這條線的產能完全滿足要求,而且對操作人員的要求低,只要搬運產品,按個按鈕就可以了。操作人員也少,只有三個人,每班可以測試2000只產品。之前由于資金緊張采用半自動老化測試線,待我們的新建新的生產線時,計劃采用全自動測試線,人員不增加的情況下,產能可以提高5-6倍。
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