收藏丨锂电池生产工序完全手册

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 50 多道工序。

　　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）、中段工序（电芯合成）、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。

　　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。

　　锂电池制造流程机器设备

　　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、辊压、分切、制片、模切，所涉及的设备主要包括：搅拌机、涂布机、辊压机、分条机、制片机、模切机等。

　　浆料搅拌（所用设备：真空搅拌机）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、辊压等工艺的前序基础。

　　搅拌流程图

　　涂布（所用设备：涂布机）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。

　　转移式涂布机原理

　　挤压式涂布机原理

　　辊压（所用设备：辊压机）是将涂布后的极片进一步压实，从而提高电池的能量密度。辊压后极片的平整程度会直接影响后序分切工艺加工效果，而极片活性物质的均匀程度也会间接影响电芯性能。

　　辊压机原理

　　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。

　　分条机原理

　　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。

　　模切机原理

　　中段工序的生产目标是完成电芯的制造，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。

　　卷绕（所用设备：卷绕机）是将制片工序或收卷式模切机制作的极片卷绕成锂离子电池的电芯，主要用于方形、圆形锂电池生产。卷绕机可细分为方形卷绕机、圆柱卷绕机两类，分别用于方形、圆柱锂电池的生产。相比圆柱卷绕，方形卷绕工艺对张力控制的要求更高，故方形卷绕机技术难度更大。

　　卷绕机原理

　　叠片（所用设备：叠片机）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。

　　注液机（所用设备：注液机）是将电池的电解液定量注入电芯中。

　　注液机原理

　　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。

　　入壳机原理

　　滚槽机原理

　　封口机原理

　　焊接机原理

　　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，所涉及的设备主要包括：充放电机、检测设备等。

　　化成（所用设备：充放电机）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（SEI 膜），以实现锂电池的“初始化”。分容（所用设备：充放电机）即“分析容量”，是将化成后的电芯按照设计标准进行充放电，以测量电芯的电容量。对电芯进行充放电贯穿化成、分容工艺过程，因此充放电机是最常用的后段核心设备。充放电机的最小工作单位是“通道”，一个“单元”（BOX）由若干“通道”组合而成，多个“单元”组合在一起，就构成了一台充放电机。

　　检测（所用设备：检测设备）在充电、放电、静置前后均要进行；分选是根据检测结果对化成、分容后的电池按一定标准进行分类选择。检测、分选工序的意义不仅在于排除不合格品，由于锂离子电池实际应用中，电芯常以并联、串联方式结合，所以选取性能接近的电芯，有助于使电池整体性能达到最优。

　　锂电池的生产离不开锂电池生产设备，除了电池本身所用材料之外，制造工艺和生产设备是决定电池性能的重要因素。早期，我国锂电设备主要依赖进口，经过几年的快速发展，中国锂电设备企业在技术、效率、稳定性等多个方面都已经逐步赶超了日韩设备企业，并拥有性价比、售后维护等方面的优势。目前国内锂电设备企业集群已经形成，并成为中国高端装备名片进入国际市场。随着锂电龙头纵向结盟与出海扩产，锂电设备受益下游扩产迎来快速增长的全新机遇期。

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