鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：3087次 | 2021年04月23日
有關(guān)鋰離子電池制造工藝流程及PACK基礎(chǔ)知識(shí)介紹
鋰離子電池在能量密度和功率密度的結(jié)合上具有無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)，因而廣泛應(yīng)用于各種便攜式電子用品、電力工具和電力/混合動(dòng)力載具。下面小編為大家詳細(xì)介紹鋰離子電池制造工藝流程及PACK基礎(chǔ)知識(shí)。
鋰離子電池結(jié)構(gòu)
不同結(jié)構(gòu)形式、不同材料的工藝相似但裝備需全新配置
鋰離子電池制造工藝流程及PACK基礎(chǔ)知識(shí)介紹
鋰離子電池構(gòu)成重要由正極、負(fù)極、非水電解質(zhì)和隔膜四部分組成。目前市場(chǎng)上采用較多的鋰離子電池重要為磷酸鐵鋰離子電池和三元鋰離子電池，二者正極原材料差異較大，生產(chǎn)工藝流程比較接近但工藝參數(shù)需變化巨大。若磷酸鐵鋰全面更換為三元材料，舊產(chǎn)線的整改效果不佳。關(guān)于電池廠家而言，要對(duì)產(chǎn)線上的設(shè)備大面積進(jìn)行更換。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
鋰離子電池制造工藝：前中后三道工序，占比接近35%/30%/35%
鋰離子電池的生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，重要生產(chǎn)工藝流程重要涵蓋電極制作的攪拌涂布階段（前段）、電芯合成的卷繞注液階段（中段），以及化成封裝的包裝檢測(cè)階段（后段），價(jià)值量（采購(gòu)金額）占比約為（35~40%）:（30~35）%:（30~35）%。差異重要來(lái)自于設(shè)備供應(yīng)商不同、進(jìn)口/國(guó)產(chǎn)比例差異等，工藝流程基本一致，價(jià)值量占比有偏差但總體符合該比例。
鋰電生產(chǎn)前段工序?qū)?yīng)的鋰電設(shè)備重要包括真空攪拌機(jī)、涂布機(jī)、輥壓機(jī)等；中段工序重要包括模切機(jī)、卷繞機(jī)、疊片機(jī)、注液機(jī)等；后段工序則包括化成機(jī)、分容檢測(cè)設(shè)備、過(guò)程倉(cāng)儲(chǔ)物流自動(dòng)化等。除此之外，電池組的生產(chǎn)還要Pack自動(dòng)化設(shè)備。
鋰離子電池制造工藝流程及PACK基礎(chǔ)知識(shí)介紹
鋰電前段生產(chǎn)工藝：極片制造關(guān)系電池核心性能
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
鋰離子電池前端工藝的結(jié)果是將鋰離子電池正負(fù)極片制備完成，其第一道工序是攪拌，即將正、負(fù)極固態(tài)電池材料混合均勻后加入溶劑，通過(guò)真空攪拌機(jī)攪拌成漿狀。配料的攪拌是鋰電后續(xù)工藝的基礎(chǔ)，高質(zhì)量攪拌是后續(xù)涂布、輥壓工藝高質(zhì)量完成的基礎(chǔ)。
涂布和輥壓工藝之后是分切，即對(duì)涂布進(jìn)行分切工藝處理。如若分切過(guò)程中出現(xiàn)毛刺則后續(xù)裝配、注電解液等程序、甚至是電池使用過(guò)程中出現(xiàn)安全隱患。因此鋰電生產(chǎn)過(guò)程中的前端設(shè)備，如攪拌機(jī)、涂布機(jī)、輥壓機(jī)、分條機(jī)等是電池制造的核心機(jī)器，關(guān)乎整條生產(chǎn)線的質(zhì)量，因此前端設(shè)備的價(jià)值量（金額）占整條鋰電自動(dòng)化生產(chǎn)線的比例最高，約35%。
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鋰電中段工藝流程：效率先行，卷繞走在疊片之前
鋰離子電池制造過(guò)程中，中段工藝重要是完成電池的成型，重要工藝流程包括制片、極片卷繞、模切、電芯卷繞成型和疊片成型等，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)設(shè)備廠商競(jìng)爭(zhēng)比較激烈的一個(gè)領(lǐng)域，占鋰離子電池生產(chǎn)線價(jià)值量約30%。
目前動(dòng)力鋰離子電池的電芯制造工藝重要有卷繞和疊片兩種，對(duì)應(yīng)的電池結(jié)構(gòu)形式重要為圓柱與方形、軟包三種，圓柱和方形電池重要采用卷繞工藝生產(chǎn)，軟包電池則重要采用疊片工藝。圓柱重要以18650和26650為代表（Tesla單獨(dú)開(kāi)發(fā)了21700電池、正在全行業(yè)推廣），方形與軟包的差別在于外殼分別采用硬鋁殼和鋁塑膜兩種，其中軟包重要以疊片工藝為主，鋁殼則以卷繞工藝為主。
軟包結(jié)構(gòu)形式重要面向中高端數(shù)碼市場(chǎng)，單位產(chǎn)品的利潤(rùn)率較高，在同等產(chǎn)量條件下，相對(duì)利潤(rùn)高于鋁殼電池。由于鋁殼電池易形成規(guī)模效應(yīng)，產(chǎn)品合格率及成本易于控制，目前二者在各自市場(chǎng)領(lǐng)域均有可觀的利潤(rùn)，在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，二者都很難被徹底取代。
由于卷繞工藝可以通過(guò)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)電芯的高速生產(chǎn)，而疊片技術(shù)所能提高的速度有限，因此目前國(guó)內(nèi)動(dòng)力鋰離子電池重要采用卷繞工藝為主，因此卷繞機(jī)的出貨量目前大于疊片機(jī)。
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卷繞和疊片生產(chǎn)對(duì)應(yīng)的前道工序?yàn)闃O片的制片和模切。制片包括對(duì)分切后的極片/極耳焊接、極片除塵、貼保護(hù)膠紙、極耳包膠和收卷或定長(zhǎng)裁斷，其中收卷極片用于后續(xù)的全自動(dòng)卷繞，定長(zhǎng)裁斷極片用于后續(xù)的半自動(dòng)卷繞；沖切極片是將分切后的極片卷繞沖切成型，用于后續(xù)的疊片工藝。
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在鋰電封裝焊接方面，聯(lián)贏、大族、光大的主流激光技術(shù)集成應(yīng)用廠家均有所涉及，能夠滿足需求、無(wú)需進(jìn)口。
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鋰電后段工藝流程：分容化成是核心環(huán)節(jié)
鋰電后段生產(chǎn)工藝重要為分容、化成、檢測(cè)和包裝入庫(kù)四道工序，占生產(chǎn)線價(jià)值量約35%?；珊头秩葑鳛楹蠖喂に囍凶钪匾h(huán)節(jié)，對(duì)成型的電池進(jìn)行激活檢測(cè)，由于電池的充放電測(cè)試周期長(zhǎng)，因此設(shè)備的價(jià)值量最高?；晒に嚨闹匾猛驹谟趯⒆⒁悍庋b后的電芯充電進(jìn)行活化，分容工藝則是在電池活化后測(cè)試電池容量及其他電性能參數(shù)并進(jìn)行分級(jí)?；珊头秩莘謩e由化成機(jī)和分容機(jī)通常由自動(dòng)化分容化成系統(tǒng)完成。
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鋰電Pack工藝：看似簡(jiǎn)單但要與系統(tǒng)性設(shè)計(jì)結(jié)合
動(dòng)力鋰電池組系統(tǒng)是將眾多單個(gè)的電芯通過(guò)串、并聯(lián)的方式連接起來(lái)的電池組，綜合了動(dòng)力和熱管理等電池硬件系統(tǒng)。Pack是動(dòng)力鋰電池系統(tǒng)生產(chǎn)、設(shè)計(jì)應(yīng)用的關(guān)鍵，是連接上游電芯生產(chǎn)和下游整車的應(yīng)用核心環(huán)節(jié)，通常設(shè)計(jì)需求由電芯廠或汽車廠提出，通常由電池廠、汽車廠或者第三方Pack廠完成。
鋰離子電池Pack產(chǎn)線相對(duì)簡(jiǎn)單，核心工序包括上料、支架粘貼、電焊、檢測(cè)等工藝，核心設(shè)備為激光焊接機(jī)以及各類粘貼檢測(cè)設(shè)備。目前，各大鋰電設(shè)備廠商在此領(lǐng)域的自動(dòng)化集成布局較少，而大族激光、聯(lián)贏激光等激光設(shè)備廠商由于在激光領(lǐng)域的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，在Pack設(shè)備領(lǐng)域占有率較高。
目前Pack生產(chǎn)的自動(dòng)化比例相對(duì)較低，是因?yàn)槟壳暗男履茉窜噯慰钴囦N量都不夠大，上自動(dòng)化生產(chǎn)線的成本較高。
鋰離子電池制造工藝流程及PACK基礎(chǔ)知識(shí)介紹
磷酸鐵鋰和三元：能量密度繞不開(kāi)的話題，不同材料要全套設(shè)備投資
目前國(guó)內(nèi)主流動(dòng)力鋰離子電池的正極材料分為磷酸鐵鋰和三元兩大種類。其中磷酸鐵鋰是目前最安全的鋰離子電池正極材料，其循環(huán)壽命通常在2000次以上，再加上由于產(chǎn)業(yè)成熟而帶來(lái)的價(jià)格和技術(shù)門(mén)檻的下降，使得很多廠商出于各種因素考慮都會(huì)采用磷酸鐵鋰離子電池。
然而磷酸鐵鋰離子電池在能量密度方面則存在明顯的缺陷，目前磷酸鐵鋰離子電池龍頭比亞迪磷酸鐵鋰單體電芯能量密度為150Wh，2017年底比亞迪預(yù)計(jì)將能量密度提升到160Wh，理論上磷酸鐵鋰能量密度很難超過(guò)200Gwh。
三元聚合物鋰離子電池是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰的鋰離子電池，鎳鈷錳的實(shí)際比例可以根據(jù)具體要進(jìn)行調(diào)整。由于三元鋰離子電池具備更高的能量密度（目前寧德時(shí)代等動(dòng)力鋰電池一流大廠三元鋰離子電池能量密度普遍能達(dá)到200Wh/kg-220Wh/kg，業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)到2020年三元電池單體電芯能量密度將達(dá)到300Wh/kg的水平），乘用車市場(chǎng)開(kāi)始轉(zhuǎn)向三元鋰離子電池，而在安全性要求更高的客車上，磷酸鐵鋰則更受青睞。隨著全電動(dòng)乘用車的發(fā)展，三元鋰離子電池正在占據(jù)越來(lái)越重要的位置。
兩種材料的能量密度和成本有差異，不同的汽車、不同的車企有不同的選擇。二者在生產(chǎn)工藝流程上大致相同，差別重要體現(xiàn)在材料的使用和配比上不同、具體工藝參數(shù)差異較大，設(shè)備無(wú)法共線生產(chǎn)，且單純改造切換產(chǎn)量的成本較高（三元材料對(duì)真空除濕等要求嚴(yán)格，之前的磷酸鐵鋰生產(chǎn)線基本沒(méi)有除濕要求），因此多家電芯廠在產(chǎn)量規(guī)劃中會(huì)同時(shí)布局、分別采購(gòu)設(shè)備。
鋰離子電池制造工藝流程及PACK基礎(chǔ)知識(shí)介紹
5分鐘帶你搞懂鋰離子電池PACK基礎(chǔ)知識(shí)
鋰離子電池電芯組裝成組的過(guò)程稱為PACK，可以是單只電池，也可以是串并聯(lián)的電池模組等。當(dāng)下新國(guó)標(biāo)大背景下，鋰離子電池需求量越來(lái)越大，很多鉛酸電池公司也紛紛推出鋰電產(chǎn)品；其實(shí)鋰離子電池PACK工藝不難，掌握這一技術(shù)自己可組裝電池，而不再僅僅充當(dāng)廠家電池搬運(yùn)工的角色，利潤(rùn)和售后不再受制于人；掌握一門(mén)技術(shù)，有鋰走遍天下。
PACK組成
PACK包括電池組、匯流排、軟連接、保護(hù)板、外包裝、輸出（包括連接器），青稞紙、塑膠支架等輔助材料這幾項(xiàng)共同組成PACK。
鋰離子電池PACK實(shí)例
PACK的特點(diǎn)
①電池組PACK要求電池具有高度的一致性（容量、內(nèi)阻、電壓、放電曲線、壽命）。
②電池組PACK的循環(huán)壽命低于單只電池的循環(huán)壽命。
③在限定的條件下使用（包括充電、放電電流，充電方式，溫度等）。
④鋰離子電池組PACK成型后電池電壓及容量有很大提高，必須加以保護(hù)，對(duì)其進(jìn)行充電均衡、溫度、電壓及過(guò)流監(jiān)測(cè)。
⑤電池組PACK必須達(dá)到設(shè)計(jì)要的電壓、容量要求。
PACK的方法
①串并組成：電池由單體電池通過(guò)并串聯(lián)而成。并聯(lián)新增容量，電壓不變，串聯(lián)后電壓倍增，容量不變，如3.6V/10Ah電池由單只N18650/2Ah通過(guò)5并組成。先并后串：并聯(lián)由于內(nèi)阻的差異、散熱不均等都會(huì)影響并聯(lián)后電池循環(huán)壽命。
但單個(gè)電池失效自動(dòng)退出，除了容量降低，不影響并聯(lián)后使用，并聯(lián)工藝較嚴(yán)格。并聯(lián)中某個(gè)單位電池短路時(shí)，造成并聯(lián)電路電流非常大，通常加熔斷保護(hù)技術(shù)防止。先串后并：根據(jù)整組電池容量先進(jìn)行串聯(lián)，如整組容量1/3，最后進(jìn)行并聯(lián)，降低了大容量電池組故障概率。
②電芯要求：根據(jù)自己設(shè)計(jì)要求選取對(duì)應(yīng)電芯，并聯(lián)及串聯(lián)的電池要求種類一致、型號(hào)一致，容量、內(nèi)阻、電壓值差異不大于2%。一般情況下，電池通過(guò)并聯(lián)串聯(lián)組合后，容量損失2%5%，電池?cái)?shù)量越多，容量損失越多。
不管是軟包裝電池還是圓柱電池，都要多串組合，假如一致性差，影響電池容量，一組中容量最低的電池決定整組電池的容量。要求大電流放電性能。
電機(jī)起步電流是正常工作電流的3倍，大電流放電才能提高電機(jī)動(dòng)力性能。要求電池散熱良好。電池?cái)?shù)量較多，電池箱內(nèi)部的電池溫升不容易散出來(lái)，造成各電池間溫度不均勻，放電特性不一，長(zhǎng)久造成電池性能下降。生產(chǎn)工藝水平高。電池要能承受顛簸路面的振動(dòng)沖擊。對(duì)生產(chǎn)工藝尤其是點(diǎn)焊工藝要求高。焊接完畢后進(jìn)行測(cè)試以防虛焊、脫焊。
③PACK的工藝：電池的PACK通過(guò)二種方式實(shí)現(xiàn)，一是通過(guò)激光焊接或超聲波焊接或脈沖焊接，這是常用的焊接方法，優(yōu)點(diǎn)是可靠性較好，但不易更換。二是通過(guò)彈性金屬片接觸，優(yōu)點(diǎn)是不需焊接，電池更換容易，缺點(diǎn)是可能導(dǎo)致接觸不良。
pack實(shí)例
充放電時(shí)間
充電時(shí)間（小時(shí)）=（電池容量Ahx充電系數(shù)）/充電電流A
放電倍率：電池的放電倍率用放電時(shí)間表示或者說(shuō)以一定的放電電流放完額定容量所需的小時(shí)系數(shù)來(lái)表示。其中，放電倍率=額定容量/放電電流
鋰離子電池制造工藝流程及PACK基礎(chǔ)知識(shí)介紹
匯流排軟連接的組裝
PACK過(guò)程中會(huì)用到諸如鎳片、銅鋁復(fù)合匯流排、銅匯流排、總正總負(fù)匯流排、鋁匯流排，也會(huì)用到銅軟連接、鋁軟連接、銅箔軟連接等。匯流排和軟連接的加工質(zhì)量要從這幾方面去評(píng)估。
①材料材質(zhì)是否復(fù)合要求，匯流排材質(zhì)不達(dá)標(biāo)將會(huì)新增電阻率，尤其要確認(rèn)是否復(fù)合ROHS相關(guān)要求。
②關(guān)鍵尺寸加工是否到位。關(guān)鍵尺寸的超差有可能會(huì)在裝配過(guò)程中導(dǎo)致高壓器件之間的安全距離不夠，并造成嚴(yán)重的安全隱患。
③軟連接的硬區(qū)的結(jié)合力以及軟區(qū)的應(yīng)力吸收狀況。
④實(shí)際加工的軟連接及匯流排的過(guò)流能力是否達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，絕緣的熱塑套管部位是否存在破損的情況。
以上就是有關(guān)鋰離子電池制造工藝流程及PACK基礎(chǔ)知識(shí)介紹，展望未來(lái)，鋰離子電池能否滿足人們對(duì)便攜式蓄能裝置的要求？若能從成本和性能上得到提高，鋰離子電池的應(yīng)用將會(huì)大大擴(kuò)展，使很多新技術(shù)得以突破蓄能的瓶頸。對(duì)鋰離子電池的研究有相當(dāng)一部分是有關(guān)電極材料的。具備更高放電速率、更大電容量和足夠高電壓（僅對(duì)正極）的電極能顯著提高鋰離子電池的能量和功率密度，減小體積，降低成本。
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