杏彩体育app下载:深度解读锂电池制造设备

　　锂电设备是锂电池生产的基础，锂电池制作工艺复杂，整个生产过程涉及30多道工序，需多种设备配套完成，因此，锂电设备的工艺水平及其运行情况直接影响锂电池的性能及质量，是决定锂电池品质的关键因素之一。

　　从具体生产环节来看，锂电池的生产可分电芯制造和模组/PACK 两大环节，其中电芯制造包含极片制作（前段）、电芯装配（中段）和电芯激活测试（后段）三大工序：前道工序即正极、负极的制作；中道工序将电解液注入锂电池；后道工序为激活检测组装，即密封、质检、分选阶段。根据在锂电池生产环节中应用情况，锂电设备可分为前道设备、中道设备、后道设备。

　　在锂电池生产线%左右，中道和后道工序大致各占30%。在单个设备成本投入方面，涂布机占30%左右，卷绕机占20%左右，活化分容检测类设备占20%左右。

　　搅拌是将活性材料（钴酸锂、磷酸铁锂、三元材料 NCM 或 NCA 等）、溶剂等通过真空搅拌机搅拌成浆状，力求均匀、控制粉尘，对混料步骤、搅拌时间等有较高要求。

　　涂布是搅拌好的浆料以均匀的速度抹到铜箔（负极载体）、铝箔（正极载体）上，以制作正极、负极。涂布需要保证正极、负极的厚度与重量一致，没有粉尘、杂物等混入。

　　烘干的目的是将溶剂挥发出来。辊压是通过辊，将附着有正极、负极材料的极片进行碾压，让涂覆的正负极材料与铜箔（正负极载体）更加紧密，提升电池的实际能量密度，也可进一步保证正极、负极的厚度一致。

　　分切包括极耳模切与分条。极耳模切是将压好的极片切割成导电极耳。导电极耳是将正负极引出来的金属导电体，通俗称为电池正负两极的耳朵，是电池充放电的接触点。分条是将压好的极片根据电池的尺寸进行切割。如特斯拉使用的 18650 电池，是指直径为 18mm、长度为65mm 的电池，最后的“0”代表圆柱形电池，则在生产 18650 电池时，应按照最终电池的尺寸，分切极片大小。极耳与正负极分切好后，还要进行点焊，将极耳焊接到正负极上。分切要求管控毛刺，由于锂电池的内部构造十分精密，正极、负极若毛刺过长，可能会扎穿隔膜，导致正负极直接接触（即短路）。

　　前道设备被运用在电极制作的各项生产工艺中，包括用于搅拌的真空搅拌机、用于涂布的涂布机、用于辊压的辊压机和用于分切的全自动分切机等。

　　涂布设备具有较高的技术壁垒，为前段价值量最高的设备，占锂电设备价值量15-18%。随着当代各类新型材料的发展、机械加工精度的提高、电气及自动化程度的普及、各种在线检测仪器的应用以及计算机在线控制等技术的发展，极大促进了涂布机技术的革新。同时下业技术不断进步，市场对涂布机的高速度、高均匀度、高稳定性、高生产效率、智能化要求不断提升，国内涂布机企业需要尽快提升技术工艺，攻克高精密涂布机领域， 并与国际技术慢慢接轨，扩大国内涂布机行业在高端市场的占有率。

　　涂布机按照结构类型可划分为刮刀式、转移式和挤压式，挤压涂布应用于3C 、动力及储能电池。刮刀式主要应用于实验室，转移式涂布主要应用于3C电池的生产，挤压涂布主要应用于高端 3C 电池、动力电池、储能电池。其中，挤压涂布是这三种中最先进的技术，涂布速度快、精度高、面密度均匀，近年来由于动力电池生产需求高涨，挤压式涂布市场规模不断扩大，预计将保持较高增长率。

　　卷绕与叠片的目的均是将制作好的正负极片、隔膜组合起来，是完全相互替代的工艺。卷绕是指以卷绕的方式排列正极片、负极片、隔膜，叠片是将正极、负极、隔膜一层层叠起来。卷绕型工艺应用时间长，技术成熟、速度快、效率高、电芯一致性有保证，但对涂布要求高，且要求极片层有一定的弹性，否则在弯折处易脱落或断裂。叠片尺寸灵活、内阻比卷绕低（如采用同样材料）、内部散热性优良，可制作成各种形状的电池。

　　入壳是卷绕或叠片的下一步工艺。锂电池的包装分为两大类，一是以铝塑包装膜作为包装材料的软包电芯，二是金属外壳电芯，一般使用钢壳或铝壳，也有部分特殊用途的电芯采用塑料外壳。软包电芯采用热封装，而金属外壳电芯一般采用焊接（激光焊）。点焊是将极耳与外壳焊接，封装是将铝塑膜预留的用于密封的封头部分加热，使得熔化黏合在一起，再降温以固化黏结。注液将电解液注入到点焊好或封装好的电池中。注液后焊接好盖帽，锂电池电芯到此步已制作完成。

　　中道设备有一定的个性化需要，并且对精度、效率、一致性要求非常高。根据GGII数据，2022年中国锂电卷绕设备市场规模为125亿元，同比增长56.3%。市场集中度较高，销售额CR3达到60%-70%，先导智能是国内卷绕机龙头，其高速卷绕技术领先全球。卷绕机在国内发展了已有10年，通过近两三年运动控制技术的介入，有了很大的提升。比如，通过数学建模设计卷针的形状，再通过程序计算得到卷针的轨迹来实现变转速曲线。这样曲线的细节可以很清晰的体现出来，未来定向曲线优化，实现扁平卷针的高速变转速卷绕将更容易实现。

　　国家补贴政策对续航里程、电池能量密度要求越来越高，所以能量比更高的软包电池将逐渐受到市场的青睐，应用于软包电池制作的叠片机受到了更多的关注。2022年中国锂电叠片设备市场规模达到47亿元，同比增长68%；前五大厂商市场占有率合计达59%，市场集中度进一步上升，叠片机在未来具有广阔的发展前景。

　　从二者的对比来说，卷绕机在效率和成本上占据优势。从效率上分析，卷绕机只要开始卷了，工艺是很快的，大约20秒完成。但叠片是一片一片往上放同时Z型摇摆，需要64秒，二者效率相差2.2倍。从成本上分析，卷绕机一般300-400万/台，12ppm方形需要3台卷绕机，对应1000万元成本；叠片机600-800万/台，12ppm软包需要4台叠片机，对应2400-3200万元成本，二者成本相差3倍。

　　化成是给予锂离子电池的第一次充放电、形成稳定 SEI 膜的过程，使电池具有充放电能力。组装好的电池，第一次充放电时，会在负极石墨上形成一层 SEI（solid electrolyte interface）膜，该层 SEI 膜是负极嵌入锂离子的结构。而锂离子电池充放电的原理即为锂离子在正负极的嵌入与脱离，因此，SEI 膜的形成对锂离子电池的性能而言至关重要。

　　分容为将生产好的锂离子电池根据不同的容量，挑选出来，以保证组成电池包的电池其电容量具备一致性。分容包括将化成好的电池进行恒流充电、恒压充电、静止、恒流放电等，测试多次循环充放电后的容量和电压情况。由于分容与化成原理相近，故化成、分容多在一个设备内完成。

　　后道设备主要由充放电设备、电压/内阻测试设备、分选设备、PACK生产线、自动化物流设备及相应的系统整体控制软件等组成。锂电池的关键参数（电池容量）是在化成中活化而形成，在分容中测定，因此充放电设备是后处理系统中的关键设备。不仅数量庞大而且直接关系到电池产品的合格率和批次的一致性。充放电设备的小工作单位是“通道”，一个通道可以为一个电芯进行充放电，多个通道组成一个单元（BOX），若干个BOX组合在一起（为合理利用空间），就构成了一台充放电设备。

　　日本、韩国等锂电池制造设备行业起步较早，技术较成熟。1990年，日本皆藤公司成功研发出第一台方形锂电池卷绕机；1999 年，韩国 KOEM（高丽机电）公司开发出锂一次电池卷绕机和锂一次电池装配机。在随后的锂电池设备发展过程中，日、韩的技术水平一直处于较为领先地位。国内锂电企业起步晚，但进步快。1998 年，我国锂电池设备制造开始起步，锂电生产线关键设备依赖进口。进口设备虽然自动化程度较高、稳定性较好，但价格昂贵、操作系统复杂、售后服务不便。这一时期，国内锂电池生产以手工生产为主，生产效率低下，质量一致性较差。2003 年，我国开始批量生产一些简单的锂电设备，连续式极片分条机于当年在国内面市。2004 年，国内研发成功双面间隙式涂布机，各研究所也相继开发出转移式锂电极片涂布机等设备。2006 年，国内已出现一批锂电池专业设备制造企业，但此时设备的技术水平还相对较弱，自动化程度不高，大部分电池厂商仍以手工生产为主，部分电池厂商因批量生产需求仍需进口国外设备。

　　近年来，随着我国锂电池行业市场需求快速增长，以及锂电池生产企业大规模扩张产能的需。