锂电池生产全流程.docx

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1、锂电池生产全流程目录1 .序言12 .锂电池生产全流程23 .前段工序23.1.浆料33.2.涂布33. 3.辐压43.4. 分切53.5. 制片64.中段工序74. 1.卷绕74.4. 叠片84.5. 注液机94. 4.电芯封装105.后段工序135. 1.化成145.2.分容165.3.检测181 .序言锂电池生产离不开锂电池生产设备，其性能由制造工艺和生产设备决定。中国锂电设备企业在技术、效率、稳定性等方面已超越日韩设备企业，并拥有性价比、售后维护等优势。国内锂电设备企业集群形成，成为中国高端装备名片并进入国际市场。随着锂电龙头纵向结盟与出海扩产，锂电设备迎来快速增长的全新机遇期。随着科

2、技的发展，锂电池已成为我们日常生活中不可或缺的一部分。从手机、笔记本电脑到电动汽车，锂电池的应用无处不在。而要生产出高质量的锂电池，需要经过前段、中段、后段等多个流程，每一个流程都离不开各种设备的支持。本文将详细介绍这三个流程的主要设备及其作用。锂离子电池是一个复杂的体系，包含了正极、负极、隔膜、电解液、集流体和粘结剂、导电剂等，涉及的反应包括正负极的电化学反应、锂离子传导和电子传导，以及热量的扩散等。锂电池的生产工艺流程较长，生产过程中涉及有众多工序。锂电池按照形态可分为圆柱电池、方形电池和软包电池等，其生产工艺有一定差异，但整体上可将锂电制造流程划分为前段工序（极片制造卜中段工序（电芯合成

3、）、后段工序（化成封装）。由于锂离子电池的安全性能要求很高，因此在电池制造过程中对锂电设备的精度、稳定性和自动化水平都有极高的要求。2 .锂电池生产全流程锂电设备是将正负极材料、隔膜材料、电解液等原料通过有序工艺，进行制造生产的工艺装备，锂电设备对锂电池性能和成本有重大影响，是决定因素之一。按照不同工艺流程可将锂电设备分为前段设备、中段设备、后段设备，在锂电产线中，前段、中段、后段设备的价值占比约为4:3:3。3 图1各流程所需设备4 .前段工序前段工序的生产目标是完成（正、负）极片的制造。前段工序主要流程有：搅拌、涂布、辐压、分切、制片、模切，所涉及的设备主要包括：搅拌机、涂布机、辐压机、分

4、条机、制片机、模切机等。3.1.浆料浆料搅拌（所用设备:真空搅拌机），用于混合和均匀分散正负极材料的设备。是将正、负极固态电池材料混合均匀后加入溶剂搅拌成浆状。浆料搅拌是前段工序的始点，是完成后续涂布、辐压等工艺的前序基础。锂电池生产工艺流程资料来源：行行查研究中心图2锂电池生产工艺流程3.2.涂布涂布（所用设备：涂布机），用于将正负极材料涂布到导电剂上的设备。是将搅拌后的浆料均匀涂覆在金属箔片上并烘干制成正、负极片。作为前段工序的核心环节，涂布工序的执行质量深刻影响着成品电池的一致性、安全性、寿命周期，所以涂布机是前段工序中价值最高的设备。图3转移式涂布机原理图4挤压式涂布机原理3.3.辐压

5、辐压（所用设备：辐压机），辐压是指将涂布并烘干到一定程度的锂电池极片进行压实的工艺过程。极片辐压后能够增加锂电池的能量密度，并且能够使黏结剂把电极材料牢固地粘贴在极片的集流体上，从而防止因为电极材料在循环过程中从极片集流体上脱落而造成锂电池能量的损失。辐压是锂电池极片制造过程中最关键的工艺之一，其辐压的精度在很大程度上影响着锂电池的性能。辐压是锂电池极片制造过程中最关键的工艺之一，其辐压的精度在很大程度上影响着锂电池的性能。图5锂电池辑压机图6锂电池辑压机液压系统示意图3. 4.分切分切（所用设备：分条机）是将较宽的整卷极片连续纵切成若干所需宽度的窄片。极片在分切中遭遇剪切作用断裂失效，分切后

6、的边缘平整程度（无毛刺、无屈曲）是考察分条机性能优劣的关键。该设备可以对各种规格、形状的锂电池进行快速、准确地分条，使其成为锂电池生产线上不可或缺的加工设备。锂电分条机是一种专门用于将锂电池进行分条的机械设备。其产品结构主要包括以下几个部分：1 .放料装置：将待分条的锂电池放入料斗，通过料带将电池传送至分条刀头。2 .分条刀头：由一组高速旋转的切割刀组成，将锂电池进行精准切割。3 .输送带：将分条后的电池块传送至收集篮中。锂电分条机的工作原理主要是通过以下步骤实现：1 .放料：将锂电池放入料斗，通过料带将电池传送至分条刀头。2 .分条：由一组高速旋转的切割刀组成，将锂电池进行精准切割。3,输送

7、：将分条后的电池块传送至收集篮中。锂电分条机的产品优势主要有以下几点：1 .高效：锂电分条机具有高效率的特点，能够快速地将锂电池进行分条。2 .精准：锂电分条机的切割刀头能够进行精准的切割，将锂电池进行精准的分条。3,易操作：锂电分条机操作简单，易懂，方便用户使用。锂电分条机的使用场景主要是在锂电池生产厂家，用于将锂电池进行分条,便于后续的电池组装等流程。图7分条机原理3.5.制片制片（所用设备：制片机）包括对分切后的极片焊接极耳、贴保护胶纸、极耳包胶或使用激光切割成型极耳等，从而用于后续的卷绕工艺。模切（所用设备：模切机）是将涂布后极片冲切成型，用于后续工艺。4.中段工序中段工序的生产目标是

8、完成电芯的制造，不同类型锂电池的中段工序技术路线、产线设备存在差异。中段工序的本质是装配工序，具体来说是将前段工序制成的（正、负）极片，与隔膜、电解质进行有序装配。由于方形（卷状）、圆柱（卷状）与软包（层状）电池储能结构不同，导致不同类别锂电池在中段工序的技术路线、产线设备存在明显差异。具体来说，方形、圆柱电池的中段工序主要流程有：卷绕、注液、封装，所涉及的设备主要包括：卷绕机、注液机、封装设备（入壳机、滚槽机、封口机、焊接机）等；软包电池的中段工序主要流程有：叠片、注液、封装，所涉及的设备主要包括：叠片机、注液机、封装设备等。4.1.卷绕卷绕（所用设备：卷绕机），锂电池卷绕机是用来卷绕锂电池

9、电芯的，是一种将电池正极片、负极片及隔膜以连续转动的方式组装成芯包的机器。卷绕机有正、负极送料单元，将正负极隔膜卷绕在一起的部分叫卷针。依据卷绕芯包的形状类型不同，卷绕设备可以主要分为方形卷绕和圆柱卷绕两大类。方形卷绕可以细分为方形自动卷绕机和方形制片卷绕一体机两类，方形卷绕出来的电芯主要用来制作动力/储能方形电池、数码类电池等。12-4.2.叠片叠片（所用设备：叠片机），将叠片工艺应用于电池极片，提高电池的能量密度和安全性。卷绕是将模切工序中制作的单体极片叠成锂离子电池的电芯，主要用于软包电池生产。相比方形、圆柱电芯，软包电芯在能量密度、安全性、放电性能等方面具有明显优势。然而，叠片机完成单

10、次堆叠任务，涉及多个子工序并行与复杂机构协同，提升叠片效率需应对复杂动力学控制问题；而卷绕机转速与卷绕效率直接联系，增效手段相对简单。目前，叠片电芯的生产效率、良率与卷绕电芯有所差距。化学反应。图11注液机原理4. 4.电芯封装电芯封装（所用设备：入壳机、滚槽机、封口机、焊接机）是将卷芯放入电芯外壳中。图12入壳机原理图13滚槽机原理图14封口机原理图15焊接机原理5.后段工序后段工序的生产目标是完成化成封装。截至中段工序，锂电池的电芯功能结构已经形成，后段工序的意义在于将其激活，经过检测、分选、组装，形成使用安全、性能稳定的锂电池成品。后段工序主要流程有：化成、分容、检测、分选等，所涉及的设

11、备主要包括：充放电机、检测设备等。5. 1.化成化成（所用设备：充放电机），用于对电池进行充电和放电测试，评估电池的性能和安全性，是通过第一次充电使电芯激活，在此过程中负极表面生成有效钝化膜（SE1膜），以实现锂电池的“初始化”。化成定义锂电池化成是锂电池注液后对电池的首次充电过程。该过程可以激活电池中的活性物质，使锂电池活化。同时，锂盐与电解液发生副反应，在锂电池的负极侧生成固态电解质界面（SE1）膜，该层膜可阻止副反应进一步的发生，从而减少锂电池中活性锂的损失。SE1的好坏对锂电池的循环寿命、初始容量损失、倍率性能等有着很大影响（在接下来维科网技术类文章中，会着重介绍SE1膜，欢迎持续关注

12、）。化成工艺的类型根据锂电池化成时温度、电流、注液口等条件的不同，化成工艺可分为以下几类（引自：葛浩，锂电池自动化成技术的研究及实现）：高温化成I低温化成图片来源：维科网锂电1 .高温化成：充放电过程中，电芯始终处于高温环境中，高温可提高电化学反应速率和SE1膜成型速率。形成的SE1膜一致性较高但疏松、不稳定。2 .低温化成：充放电过程中，电芯始终处于低温环境中，低温过程形成的SEI膜致密稳定，但反应速率慢，化成时间较长。3 .大电流化成：化成过程中，充放电电流始终处于0.5C、1C2C等较大电流，大电流可提高电化学反应速率和SE1膜成型速率，但形成的SE1膜一致性不高、疏松且不稳定。4 .小

13、电流化成：化成过程中，充放电电流始终处于0.02C、（H）5C等较小电流，小电流过程形成的SE1膜致密稳定，但反应速率的降低会延长化成时间。5 .开口化成：充放电过程中，电芯注液口始终处于常压开放状态，电化学反应产生的气体可以及时排除，提高了SE1膜成型的一致性。化成设备简单成本低但静置时间长，环境湿度条件要求高。6 .闭口化成：充放电过程中，电芯注液口始终处于密封状态，化成过程无环境湿度条件要求。但化成设备工艺复杂，电芯壳体存在塑性变形风险。7 .负压化成：充放电过程中，从注液口处将电芯抽真空至-80KPa0负压化成可将产生的气体及时排除，保证了SEI膜的稳定性和一致性。但化成设备复杂且对气

14、密性要求较高，此外在抽真空过程中会产生电解液损耗。不同化成条件对电池性能的影响化成电流密度：电流密度大，晶核形成速度快，会导致SE1膜的结构疏松,且在负极表面附着不牢固。相反，低电流密度下，晶核形成速度慢，则SEI膜的结构更加致密。但是，结构疏松的SE1膜可以浸润更多的电解液，从而使大电流密度下形成的SEI膜的离子导电率大于在低电流密度下形成的SEI膜。（引自：杨娟，锂离子电池化成条件对化成效果的影响）化成截止电压：闻人红雁等人发现，随着充电的进行，电池内部电压升高,同时伴随着气体产生。一旦产气速率高于注液孔的排气速率，气体就会在电池内部的隔膜间聚集，导致隔膜与负极表面接触不均匀，从而影响锂离

15、子在负极表面的嵌入过程，使得电化学反应过程中锂离子在负极表面不均匀分布，造成金属锂或锂的化合物在负极表面沉积。所以，适当降低化成电压可以提高电池的首次充放电效率，降低电池内阻，改善电池循环性能。Kim等人发现，电压越高，电解液越不稳定，会有更多的锂供还原反应使用，降低了锂电池的锂含量。在实际生产中，降低化成电压还可以减少化成时间，节约电力成本、提高生产效率。（引自：杜强，锂离子电池SE1膜形成机理及化成工艺影响）化成温度：温度一方面影响生成SEI膜生成速率及组成；另一方面，高温下SE1膜的部分组分会发生分解，造成SE1膜破裂，会进一步消耗锂来生成新的SE1膜。外加压力：化成过程中会产生气体，如果气体没有及时排除，则会增加锂离子传输距离，阻抗增大，造成电池充电容量降低。若充电中间加上合适的滚压压力，则可以帮助消除气体，不仅能提高电池化成容量，而且电池的倍率和循环性能也明显提高。（引自：杨娟，锂离子电池化成条件对化成效果的影响）（小编认为，负压化成可同样解决该问题）化成流程设置案例如下图所示，杨涛等人采用了A（限压）和B（限容）两种化成模式，其结果表明，采用工艺B化成后的电池内阻要小于工艺A,且工艺B限容化成后的电池容量分布一致性明显优于工艺A。因此，采用限容化成可提高电池化成的一致