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【萬眾建設·關注】鋰電池生產工序完全手冊

時間：2021-05-21 來源：未知作者：admin

鋰電池是一個復雜的體系，包含了正極、負極、隔膜、電解液、集流體和粘結劑、導電劑等，涉及的反應包括正負極的電化學反應、鋰離子傳導和電子傳導，以及熱量的擴散等。鋰電池的生產工藝流程較長

，

生產過程中涉及有 50 多道工序。

鋰電池按照形態可分為圓柱電池、方形電池和軟包電池等，其生產工藝有一定差異，但整體上可將鋰電制造流程劃分為前段工序（極片制造）、中段工序（電芯合成）、后段工序（化成封裝）。由于鋰離子電池的安全性能要求很高，因此在電池制造過程中對鋰電設備的精度、穩定性和自動化水平都有極高的要求。

鋰電設備是將正負極材料、隔膜材料、電解液等原料通過有序工藝，進行制造生產的工藝裝備，鋰電設備對鋰電池性能和成本有重大影響

，

是決定因素之一

。

按照不同工藝流程可將鋰電設備分為前段設備、中段設備、后段設備，在鋰電產線中，前段、中段、后段設備的價值占比約為4:3:3。

鋰電池制造流程機器設備

前段工序的生產目標是完成（正、負）極片的制造。前段工序主要流程有：攪拌、涂布、輥壓、分切、制片、模切，所涉及的設備主要包括：攪拌機、涂布機、輥壓機、分條機、制片機、模切機等。
漿料攪拌（所用設備：真空攪拌機）是將正、負極固態電池材料混合均勻后加入溶劑攪拌成漿狀。漿料攪拌是前段工序的始點，是完成后續涂布、輥壓等工藝的前序基礎。

攪拌流程圖

涂布（所用設備：涂布機）是將攪拌后的漿料均勻涂覆在金屬箔片上并烘干制成正、負極片。作為前段工序的核心環節，涂布工序的執行質量深刻影響著成品電池的一致性、安全性、壽命周期，所以涂布機是前段工序中價值最高的設備。

轉移式涂布機原理

擠壓式涂布機原理

輥壓（所用設備：輥壓機）是將涂布后的極片進一步壓實，從而提高電池的能量密度。輥壓后極片的平整程度會直接影響后序分切工藝加工效果，而極片活性物質的均勻程度也會間接影響電芯性能。

輥壓機原理

分切（所用設備：分條機）是將較寬的整卷極片連續縱切成若干所需寬度的窄片。極片在分切中遭遇剪切作用斷裂失效，分切后的邊緣平整程度（無毛刺、無屈曲）是考察分條機性能優劣的關鍵。

分條機原理

制片（所用設備：制片機）包括對分切后的極片焊接極耳、貼保護膠紙、極耳包膠或使用激光切割成型極耳等，從而用于后續的卷繞工藝。模切（所用設備：模切機）是將涂布后極片沖切成型，用于后續工藝。

模切機原理

中段工序的生產目標是完成電芯的制造，不同類型鋰電池的中段工序技術路線、產線設備存在差異。中段工序的本質是裝配工序，具體來說是將前段工序制成的（正、負）極片，與隔膜、電解質進行有序裝配。由于方形（卷狀）、圓柱（卷狀）與軟包（層狀）電池儲能結構不同，導致不同類別鋰電池在中段工序的技術路線、產線設備存在明顯差異。具體來說，方形、圓柱電池的中段工序主要流程有：卷繞、注液、封裝，所涉及的設備主要包括：卷繞機、注液機、封裝設備（入殼機、滾槽機、封口機、焊接機）等；軟包電池的中段工序主要流程有：疊片、注液、封裝，所涉及的設備主要包括：疊片機、注液機、封裝設備等。

卷繞（所用設備：卷繞機）是將制片工序或收卷式模切機制作的極片卷繞成鋰離子電池的電芯，主要用于方形、圓形鋰電池生產。卷繞機可細分為方形卷繞機、圓柱卷繞機兩類，分別用于方形、圓柱鋰電池的生產。相比圓柱卷繞，方形卷繞工藝對張力控制的要求更高，故方形卷繞機技術難度更大。

卷繞機原理

疊片（所用設備：疊片機）是將模切工序中制作的單體極片疊成鋰離子電池的電芯，主要用于軟包電池生產。相比方形、圓柱電芯，軟包電芯在能量密度、安全性、放電性能等方面具有明顯優勢。然而，疊片機完成單次堆疊任務，涉及多個子工序并行與復雜機構協同，提升疊片效率需應對復雜動力學控制問題；而卷繞機轉速與卷繞效率直接聯系，增效手段相對簡單。目前，疊片電芯的生產效率、良率與卷繞電芯有所差距。

注液機（所用設備：注液機）是將電池的電解液定量注入電芯中。

注液機原理

電芯封裝（所用設備：入殼機、滾槽機、封口機、焊接機）是將卷芯放入電芯外殼中。

入殼機原理

滾槽機原理

封口機原理

焊接機原理

后段工序的生產目標是完成化成封裝。截至中段工序，鋰電池的電芯功能結構已經形成，后段工序的意義在于將其激活，經過檢測、分選、組裝，形成使用安全、性能穩定的鋰電池成品。后段工序主要流程有：化成、分容、檢測、分選等，所涉及的設備主要包括：充放電機、檢測設備等。
化成（所用設備：充放電機）是通過第一次充電使電芯激活，在此過程中負極表面生成有效鈍化膜（SEI 膜），以實現鋰電池的“初始化”。分容（所用設備：充放電機）即“分析容量”，是將化成后的電芯按照設計標準進行充放電，以測量電芯的電容量。對電芯進行充放電貫穿化成、分容工藝過程，因此充放電機是最常用的后段核心設備。充放電機的最小工作單位是“通道”，一個“單元”（BOX）由若干“通道”組合而成，多個“單元”組合在一起，就構成了一臺充放電機。

檢測（所用設備：檢測設備）在充電、放電、靜置前后均要進行；分選是根據檢測結果對化成、分容后的電池按一定標準進行分類選擇。檢測、分選工序的意義不僅在于排除不合格品，由于鋰離子電池實際應用中，電芯常以并聯、串聯方式結合，所以選取性能接近的電芯，有助于使電池整體性能達到最優。

鋰電池的生產離不開鋰電池生產設備，除了電池本身所用材料之外，制造工藝和生產設備是決定電池性能的重要因素。早期，我國鋰電設備主要依賴進口，經過幾年的快速發展，中國鋰電設備企業在技術、效率、穩定性等多個方面都已經逐步趕超了日韓設備企業，并擁有性價比、售后維護等方面的優勢。目前國內鋰電設備企業集群已經形成，并成為中國高端裝備名片進入國際市場。隨著鋰電龍頭縱向結盟與出海擴產，鋰電設備受益下游擴產迎來快速增長的全新機遇期。

信息來源：鋰電前沿