锂离子动力电池制造技术
11_锂电池极片圆盘分切工艺基础
锂电池极片圆盘分切工艺基础极片制作是制造锂离子动力电池的基础工艺，对设备的精度、智能化水平、生产性能的可靠性等规定非常高[1]。
极片分切机是按电池规格，对通过辊压的电池极片进行分条的装备，重要技术规定是分条后的极片不能出现褶皱、脱粉，规定分条尺寸精度高等，同时极片边沿的毛刺小，否则在毛刺上会产生枝晶刺破隔阂，造成电池内部的短路[2]。
圆盘分切刀重要有上、下圆盘刀，装在分切机的刀轴上，运用滚剪原理来分切厚度为 0.01~0.1mm 成卷的铝箔、铜箔、正负极极片等。
这里对锂电池极片圆盘分切工艺基础知识整顿，分享并与大家共同窗习。
1、极片圆盘分切原理参考金属板材圆盘分切过程，先介绍极片圆盘分切的基本原理。
如图 1 所示，这是一对普通圆盘切刀对板材进行分切加工时的示意图。
首先，当板材与上下刀片的 AB 点接触时，板料就会受到上下刀面的压力而产生弹性变形，并且由于力矩的存在，使板材产生弯曲，在间隙附近的材料内部产生以剪应力为主的应力。
随着刀刃点 A、B 旋转到 C、D 位置时，内应力状态满足塑性条件时，产生塑性变形。
随着剪切作用过程的继续进行，板材受到的剪切力越来越大，进入到剪切屈服状态，剪切变形区开始产生宏观的滑移变形，上下圆刀剪切刃开始切入材料，这时刃口附件的材料产生塑性变形(图 1 进料方向观察)，剪切塑性滑移形成，断面光亮。
随着刀盘的继续转动材料的塑性变形程度加剧，材料会出现加工硬化，其应力状态也会发生变化，因此造成材料的内部出现微观裂纹，随着变形的继续进行，这些微裂纹汇成主裂纹，转变为裂纹扩展而分离，断面形成撕裂区。
图1 圆盘分切加工过程示意图与金属板材分切加工比较，锂电池极片圆盘剪的裁切方式含有完全不同的特点：（1）极片分切时，上下圆盘刀含有后角，类似与剪刀刀刃，刃口宽度特别小。
上下圆盘刀不存在水平间隙（图 1中所示参数 c 相称于负值），而是上下刀互相接触并存在侧向压力。
（2）板料分切时上下基本上都有橡胶托辊，平衡上下刀在剪切时产生的剪力和剪切力矩，避免板料的大幅变形。
锂离子电池的核心技术是什么？
锂离子电池的核心技术是什么？
锂离子电池是现代高性能电池的代表，由正极材料、负极材料、隔膜、电解液四个主要部分组成。
其中，隔膜是一种具有微孔结构的薄膜，是锂离子电池产业链中最具技术壁垒的关键内层组件。
作为锂电池四大材料之一的隔膜，尽管并不参与电池中的电化学反应，但电池的容量、循环性能和充放电电流密度等关键性能都与隔膜有着直接的关系。
隔膜是锂离子电池的重要组成部分,是支撑锂离子电池完成充放电电化学过程的重要构件。
它位于电池内部正负极之间，保证锂离子通过的同时，阻碍电子传输。
隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。
隔膜在锂电池中的主要作用：
1、隔开锂电池的正、负极，防止正、负极接触形成短路；
2、薄膜中的微孔能够让锂离子通过，形成充放电回路
锂离子电池隔膜的种类
根据物理、化学特性的差异，锂电池隔膜可以分为：织造膜、非织造膜（无纺布）、微孔膜、复合膜、隔膜纸、碾压膜等。
虽然类型繁多，至今商品化锂电池隔膜材料主要采用聚乙烯、聚丙烯微孔膜。
锂离子电池隔膜的性能要求
1、具有电子绝缘性，保证正负极的机械隔离；
2、有一定的孔径和孔隙率，保证低的电阻和高的离子电导率，对锂离子有很好的透过性；
3、耐电解液腐蚀，有足够的化学和电化学稳定性，这是由于电解质的溶剂为强极性的有机化合物；。
智能制造技术在动力电池行业的应用——评《锂离子电池智能制造》
子电池智能制造的流程及工艺步骤;最后,对锂离子电池智
烘干后形成正、负极片;③卷绕,将正极片、隔膜、负极片等按
能制造过程中的关键技术进行介绍,并阐明了实施锂离子电
照顺序卷绕,制作成电池极芯和极组;④装配,把电池极组打
池智能制造的重要意义。
包,并辅以垫片、扣盖等,进行焊接,完成电池的装配;⑤后处
1 锂离子电池的研究意义及发展现状
第 51 卷 第 3 期
电
2021 年 6 月
池
BATTERY BIMONTHLY
Vol. 51,No. 3
Jun. ,2021
智能制造技术在动力电池行业的应用
———评《 锂离子电池智能制造》
吴 程1,2
( 1. 江苏省江阴中等专业学校,江苏 无锡 214433; 2. 江苏联合职业技术学院江阴中专办学点,江苏 无锡 214433 )
作者简介:
吴 程(1972-) ,男,江苏人,江苏省江阴中等专业学校、江苏联合职业技术学院江阴中专办学点高级讲师,研究方向:教
育科研、产教融合、电气自动化。
电
Ⅳ
池
BATTERY BIMONTHLY
第 51 卷
企业的积极性,带动了相关产业的发展,有利于调整国内圆
算法( 如导航算法、路径规划算法和车辆调度算法等) 等,实
池的研究。 该书首先对锂离子电池的研究意义及发展现状
浆,将粉末状的正、负极活性物质和黏结剂等材料以一定比
做了简要介绍;然后阐述了锂离子电池的工作原理,并对生
例混合,经过混浆系统充分搅拌后,形成正、负极物质浆料成
产工艺流程及所需原材料进行了概述;接着举例说明了锂离
品;②涂覆,在金属箔材表面涂覆制作好的浆料,经过压片、
新能源汽车电池技术综述
新能源汽车电池技术综述随着环境污染问题的不断加剧，对可持续发展的需求日益提高。
新能源汽车作为重要的绿色交通工具，正逐渐成为人们关注的焦点。
而电池作为新能源汽车的核心技术之一，其性能和稳定性对汽车的续航能力具有决定性的影响。
本文将对当前新能源汽车电池技术进行综述。
一、锂离子电池技术锂离子电池是目前新能源汽车最常用的电池技术之一，它具有高能量密度、长寿命、无污染等优点。
锂离子电池技术的核心在于正负极材料的选用和结构设计。
近年来，新型正负极材料的研发不断推进了锂离子电池的性能提升，如锰酸锂、钴酸锂和磷酸铁锂等。
同时，采用多元化合物优化材料结构和电池设计也有助于提升锂离子电池的效能。
二、固态电池技术固态电池是新一代电池技术的重要方向之一。
相比于传统液态电池，固态电池具有更高的能量密度、更快的充放电速率和更长的使用寿命。
而且，固态电池使用无机固体作为电解质，具有更好的稳定性和安全性。
然而，目前固态电池技术仍处于研发阶段，存在制造成本高、电解质导电性不足等问题，限制了其大规模商业化应用。
三、钠离子电池技术钠离子电池因其钠资源丰富、成本低廉等优势而备受关注。
相比锂离子电池，钠离子电池的电极材料、电解液和电池结构需要进行相应优化。
近年来，研究人员已经通过设计新型电极材料和电解液实现了钠离子电池的高效能工作。
然而，钠离子电池的循环寿命和能量密度仍然需要进一步提高，以满足实际应用需求。
四、液流电池技术液流电池是一种将电化学反应与储能分离的电池技术。
它通过将电解质溶液储存在外部的储液罐中，使得电池容量可以根据需求进行调整，有效解决了传统电池能量密度低的问题。
然而，液流电池的体积较大且复杂，目前仍然存在制造工艺复杂、成本较高等问题。
因此，液流电池技术在新能源汽车领域的应用仍待进一步研究与发展。
综上所述，新能源汽车电池技术的发展日新月异。
锂离子电池作为主流技术在不断进步，同时固态电池、钠离子电池和液流电池也有望成为未来发展的热点。
动力电池技术路线图介绍
动力电池技术路线图介绍动力电池技术一直是电动汽车产业链中最为重要的核心技术之一，根据《中国电池工业白皮书》的统计数据显示，截至2019年底，全球锂离子动力电池总装机容量已经超过300GWh。
如此庞大的电池市场也意味着，相关的技术路线也会愈加繁杂。
所谓动力电池，最为核心的是锂离子电池。
锂离子电池的核心是正极、负极和电解质三个部分，动力电池要求高能量密度、高安全性和长寿命，其中提高安全性是最为突出的问题，而这也决定了整个动力电池技术的方向和发展需求。
动力电池技术的发展历程随着科学技术和产业的发展，动力电池技术的发展历程分为以下几个阶段：第一阶段：镉镍电池时代70年代初，电池技术首先应用于汽车行业。
镍镉电池是当时的重要动力电源。
它们有高效率和长寿命，但是镉是有毒的，并不环保，因此逐渐被开发出的新类型电池替代。
第二阶段：镍氢电池时代在镉镍电池被替代的过程中，镍氢电池成为一种更为环保和可再生的动力电源，主要应用于大型的轮船、车辆和不间断电源系统等领域。
但镍氢电池在能量密度、循环寿命、安全性等方面的性能有一定的局限性，因此无法完全替代燃油动力。
第三阶段：锂离子电池时代随着锂离子电池的问世，动力电池技术进入到了新的阶段。
锂离子电池具有高能量密度、轻量化、环保和无记忆效应等优点。
因此，在短时间内成为了替代传统动力的最为理想的选择。
锂离子电池技术路线图众多的锂离子电池制造商不断探索和突破技术难关，取得了许多重要的进展。
随着技术日新月异，市场对锂离子电池的性能和质量要求越来越高。
因此，锂离子电池技术的发展，涉及到了电池材料、电池生产技术、电池系统管理、电动汽车可靠性等方面。
电池材料方面从电池材料的角度来说，正极、负极和电解质一直是影响电池性能的关键因素。
随着技术的发展，电池材料也出现了多种创新，如钛酸锂、可撕纸铝箔电解剂、3D打印电极等。
电池生产技术方面电池生产技术和设备的精度和效率也控制着电池制造的成本和生产能力。
锂电池10大关键制造工艺设备-化成分容设备技术详解!
锂电池10大关键制造工艺设备-化成分容设备技术详解!全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：锂电池是一种重要的储能装置，广泛应用于电动汽车、移动电子产品、无人机等领域。
而锂电池的性能与制造工艺设备密不可分，其中化成分容设备是锂电池制造过程中的重要环节之一。
本文将详细介绍锂电池的10大关键制造工艺设备中的化成分容设备技术。
化成分容设备是指在锂电池生产过程中用于涂布正极和负极电极浆料的设备。
其主要作用是将电极活性材料均匀涂布在集流体上，并通过干燥、成型等步骤制备成电极片，最终组装进电池中。
化成分容设备的性能和稳定性直接影响到锂电池的性能和寿命。
以下是关于化成分容设备技术的详细解析：1. 涂布机：涂布机是化成分容设备中的核心设备，主要用于将正极和负极的电极涂层均匀涂布在集流体上。
涂布机需要保持高精度、高速度和稳定性，以确保电极的均匀性和一致性。
2. 烘干设备：烘干设备用于将涂布好的电极片进行干燥处理，去除其中的溶剂。
烘干设备需要具有良好的温度控制和通风系统，以确保电极片干燥均匀、无残留溶剂。
3. 加热压合机：加热压合机是用于将电极片和隔膜进行压合成型的设备。
通过加热和压力，使电极片和隔膜紧密结合，确保电池的安全性和电性能。
4. 切割机：切割机用于将生产好的电极片切成适当的尺寸，以满足不同类型锂电池的需求。
切割机需要具有精准的切割能力和高效的生产速度。
5. 包覆机：包覆机是用于将切割好的电极片进行包覆处理的设备。
包覆机能够提高电极片的耐磨性和导电性，延长电池的使用寿命。
6. 堆叠机：堆叠机用于将正负极电极片、隔膜和电解液按一定比例堆叠在一起，形成电池芯。
堆叠机需要具有精准的堆叠能力和高效的生产速度。
7. 焊接机：焊接机是用于对电池芯进行电极端子的焊接，将正负极端子与外部连接器焊接在一起。
焊接机需要具有稳定的焊接电流和温度控制，以确保焊接质量和电池的安全性。
8. 充填设备：充填设备用于将电池芯注入电解液，进行充电处理。
动力型锂离子电池研发进展
动力型锂离子电池系统性能评估与验证：与整车单位
联合完成了电动汽车用锂离子电池系统测试规范的制定， 完成了不同容列系列电池系统的性能测试评估
高功率型锂离子电池系统（HEV）
电池系统 正极材料 额定容量Ah 重量/Kg 内阻mΩ 能量kwh 能量效率% 功率100% SOCkw 持续 10S脉冲 (50%SOC) 工作温度/ ℃ 60%SOC6C充电 100%SOC10C放电 100%SOC20C放电 安全性 ---无事故 -不低于60 -20~+55 30S 54 不低于75 -20~+55 30s 91%1C capacity ---无事故 40 不低于60 -20~+55 50s 95.5%1C capacity 162s 无事故 30Ah/336V（客车） LiMn2O4 30 -0.25 11 90% 17Ah/336V（客车） LiMn2O4 17 200 0.20 6 90% 8 Ah/288V（轿车） LiMn2O4 8 60 0.3 2.5 90%
实用新型 CN03246576.9一种锂离子电池 实用新型 CN200420120521.2安装温度控制安全器件的电池 实用新型 CN200620158600.1一种金属壳体二次电池极柱密封绝缘结构 实用新型 ZL200820079650.X一种电池安全装置
产品类型
开发了两体系四系列动力型锂离子电池系统
35 33 电压V 31 29 27 25 0 10 20 30 40 50 60 容量保持率% 70 80 90 100
负极材料 C C C C C Li4Ti5O12
初始 2061 500 2500 1000 2750
应用领域
备注
一汽HEV客车 应用阶段 一汽HEV客车 应用阶段 一汽HEV客车 应用阶段 一汽HEV客车 应用阶段 一汽HEV轿车 应用阶段 研发阶段
锂电池的制造工艺流程
一、锂电池生产制造流程及核心设备（一）生产流程锂电池的生产工艺分为前、中、后三个阶段，前段工序的目的是将原材料加工成为极片，核心工序为涂布；中段目的是将极片加工成为未激活电芯；后段工序是检测封装，核心工序是化成、分容。
锂电设备按照电池生产制造流程，划分为前段设备、中段设备、后段设备。
前段设备价值占比约40%，其中涂布机价值占75%，辊压机价值大于分切机。
三元材料对前段设备的性能要求更高，前段设备价值占比会逐步增加。
中段设备价值占比约30%，其中卷绕机价值占比70%。
目前卷绕机市场集中度较高，CR3达到60%-70%。
卷绕机高端市场受到韩国KOEM和日本CKD的竞争，国内高端市占率50%。
后段设备价值占比约30%，其中化成分容系统占70%，组装占30%。
图片（二）前段：打造涂覆有正负极活性物质的极片1、前段工序前段工序主要包括浆料搅拌、正负极涂布、辊压、分切、极片制作和模切。
搅拌：先使用锂电池真空搅拌机，在专用溶剂和黏结剂的作用下，混合粉末状的正负极活性物质，经过高速搅拌均匀后，制成完全没有气泡的浆状正负极物质。
涂布：将制成的浆料均匀涂覆在金属箔的表面，烘干，分别制成正、负极极片。
辊压：辊压机通过上下两辊相向运行产生的压力，对极片的涂布表面进行挤压加工，极片受到高压作用由原来蓬松状态变成密实状态的极片，辊压对能量密度的明显相当关键。
分切：将辊压好的电极带按照不同电池型号，切成装配电池所需的长度和宽度，要求在切割时不出现毛刺。
2、涂布机涂布的主要目的是将稳定性好、粘度好、流动性好的浆料，均匀地涂覆在正负极表面上。
其对锂电池的重要意义主要体现在一致性、循环寿命、安全性三方面。
在涂布过程中，若极片前、中、后三段位置正负极浆料涂层厚度不一致，或者极片前后参数不一致，则容易引起电池容量过低或过高，且可能在电池循环过程中形成析锂，影响电池寿命。
涂布过程要严格确保没有颗粒、杂物、粉尘等混入极片中，如果混入杂物会引起电池内部微短路，严重时导致电池起火爆炸。
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如何突破瓶颈：？
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内容简介
可制造的锂离子动力电池
动力电池的制造
锂电制造系统的构成 动力电池制造的前沿课题
动力电池制造发展路线图
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可制造的锂离子动力电池
可制造的电池 结构
可制造性设计
环、一致性；
材料不能硬性定位； 看不见的因素对质量影响很大—湿度，灰尘； 时间、空间因素影响产品的性能； 产业不断升级：材料、电池结构、工艺、装备 化工厂+电子厂。
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对锂电制造业的认识
极片 保护
锂电制造的 特殊要点
水份 控制
毛刺 控制
灰尘 控制
IMS:智能制造
GM:全球制造
制造信息智能应用与管理
制造自动化物流系统
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生产物流管理基本要求
生产物流的连续性 生产物流的平行性 生产物流的节奏性 生产物流的比例性 产物流的适应性
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工序 内部环 实时动态质量控制 局部 闭环 工序检测，剔除坏品 整体 闭环 电池检测，分类，反馈
2.质量闭环的控制原则
工序环 局部环 整体环
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动力电池制造的前沿技术课题
环境友好的自动加料技术、纳米级颗粒的分散技术、浆料无沉降均 匀传输技术、高精度涂布及成膜技术、小变形热滚压技术、高速分 条技术、超声波焊接在线监控技术、激光制片技术、高速少注热激 光焊接技术、变张力变转速卷绕技术、高速无毛刺模切技术、高速 制袋技术、高速叠片技术、叠片电池无偏差自动组装技术、高真空 自动注液技术、智能化成及电池分选分选技术、自动物流及自动输 送技术、制造过程的在线监控、数字化网络化制造技术、生产制造
容量范围
20-60AH
制袋式叠片
机械手定位
15-60AH
卷绕式叠片
隔膜卷绕、极片单 片
连续卷绕
极片边缘多，毛刺控制难，掉粉；机器结构 复杂；对齐精度控制难，效率较高；
边缘少，毛刺易控制，掉粉少，制造效率高； 一致性好；集流设计好； 电池易变形； 边缘少，毛刺易控制，掉粉少，制造效率高； 一致性好； 渗液的均匀性；集流设计困难；
方向前进时，应尽量避免工序或作业间的逆向、
交错流动或发生与其他物料混杂的情况。 • 采用高活性指数的搬运系统，减少二次搬运和重 复搬运量。
高活性指数原则
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锂电制造的未来之路—数字化工厂的历程
2006年以前：手工为主 2006-2007：半自动开始 2008-2009：组合自动化 2010-2011：分段自动化 2012-2014：集成自动化 2015-2020：数字化制造工厂
中批量
规模制造
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锂离子动力电池制造系统控制指标
制造门槛指标：
–安全性 –一致性
制造效益指标：
–制造效率：AH/制造成本，AH/设备投入 –制造合格率：直通率88%-95%.
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可制造的锂离子动力电池设计； SEI膜的生长机理及生长控制技术；
动力电池的智能化成技术；
动力电池的寿命诊断技术； 动力电池的荷电机理及电池的模块化组合技术； 动力电池的充放电能量回馈利用技术；
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内容简介
可制造的锂离子动力电池
动力电池的制造
电池制造的工艺、生产、品质标准建立； 建立电芯认可评估的标准； 电池应用评估体系：不同应用条件下电池的组合标准.
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动力电池制造标准的建立
标准的意义：它是规范产品的品种、质量、安全、运输、使
用、设计、制造、检验、包装等一些列的要求；
动力电池生产物流管理要点
生产物流的成本管理
成本预测和计划、成本计算、成本控制、成本分析、成本信息反馈、
成本决策
生产物流的质量管理
商品的质量保证及改善、 生产物流服务质量、 工作质量、工程质量
生产物流的库存管理
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制造企业生产物流管理构成概述
为装配工具提供空
间； 宽松的公差要求； 防止错装设计；
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动力电池设计的前缘课题
动力电池内部离子运动机理分析研究； 电池材料特性对电池性能的影响对应量的关系研究； 新型高性能电池材料；
电池的热及电场分布对电池特性的影响；
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内容简介
可制造的锂离子动力电池
动力电池的制造
锂电制造系统的构成 动力电池制造的前沿课题
动力电池制造发展路线图
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现代制造技术
现代制造业的基本特征
FMS:柔性制造系统
CIMS:计算机集成制造系统
设计的前缘课 题
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动力电池与普通数码电池的关键区别
电场对电池性能的影响； 电池内部极片变形对电池性能的影响； 热分布对电池性能的影响； 集流设计对电池性能的影响； 电解液分布均匀对电池性能的影响。
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生产物流系统设计原则
• 物流过程中不增加任何附加的价值，徒然消耗大
功最小原则
量人力、物力和财力，因此，物流“距离”要短， 搬运“量”要小。 • 良好的企业生产物流系统应使流动顺畅，消除无
流动性原则
谓停滞，力求生产流程的连续性。当物料向成品
动力电池规模制造的条件
满足相关标准：生产、安全、组合、使用
基于可制造的设计：装配、测试、组合
完善的工艺、制造、质量体系完善
规模：达到中批量，直通率大于90%
适合产能规模的自动化。
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锂离子动力电池制造过程质量闭环
1.质量闭环的分类
锂电制造系统的构成 动力电池制造的前沿课题
动力电池制造发展路线图
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动力锂离子电池制造技术体系的建立
电池制造需建立五个方面的技术体系：
建立材料承认书－－测试、认可、替代标准；
建立电池的量产认可体系：100只，1000只，10000只；
几种流行的动力电池结构
小型圆柱电池 1865，2665，3265 叠片方形电池
中型圆柱电池 32113，42160
卷绕方形电池
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对锂电制造业的认识—可制造电池的特点
电池结构
Z型叠片
制造方法
机械手定位叠片
制造特点
极片边缘多，毛刺控制难，掉粉；难包扎紧； 产生间歇；效率低； 避免交叉感染，减少短路，便于返修；
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动力电池的制造自动化要解决的问题
产品标准体系的建立； 电池制造体系的建立；
动力电池制造系统集成技术；
锂离子动力电池制造质量全闭环；
连续流程工艺：加料，烘烤，活化，成化；
全数字无人化工厂； 动力电池制造的分代。
DFE:环保及回收、易拆卸设计；
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动力电池可装配的设计
动力电池可 装配的设计
减少零件数量；
减少紧固件数量级类型； 零件标准化； 有一个稳定、统一基准； 零件容易被抓取； 避免零件缠绕、容易排序；
具有装配导向结构；
定位和紧固分开； 避免装配干涉；
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制造合格率与产品生产的阶段
研发阶段
• 直通率20%-60% • 手工或半自动生产 • 直通率60%-80% • 半自动
中试阶段
小量阶段
• 直通率80-85% • 半自动或局部单元化
• 直通率85%-90% • 单元自动化 • 直通率90%以上 • 集成自动化
深圳市吉阳自动化科技有限公司 阳如坤
2012年6月26日
电动汽车产业化的问题
1 2
电动汽车平台的新设计
电动汽车的三大技术突破 赖祖亮@ 电池：瓶颈
电机
电控
小木虫
3 电池的瓶颈：制造与安全
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为什么电池成为瓶颈 ?
产业建立需要时间：5-10年 电池技术不断发展，新技术成熟应用 需要时间！ 对电池制造—制造业的认识与理解 巨大的市场诱惑、市场机会带来产业 的浮躁！
执行系统等；
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内容简介
可制造的锂离子动力电池
动力电池的制造
锂电制造系统的构成 动力电池制造的前沿课题
动力电池制造发展路线图