锂电池生产工艺

2025-03-26

锂离子电池是一个复杂系统，包括正极、负极、隔膜、电解液、流体收集器和粘合剂、导电剂等。参与的反应包括正极和负极的电化学反应、锂离子的导电、电子导电和热扩散等。锂电池的生产过程较长，涉及超过50个工序。

锂电池根据形式可以分为圆柱形电池、方形电池和软包电池，生产工艺存在一些差异，但总体而言，锂电池的制造过程可以分为第一步（极片制造）、中间步骤（电池合成）、最后一步（成型和包装）。由于锂离子电池的安全性能非常高，锂电池设备在制造过程中的准确性、稳定性和自动化水平要求很高。

锂电设备是通过有序工序将阴极和阳极材料、隔膜材料、电解液等原材料进行制造的工艺设备，锂电设备对锂电池的性能和成本有显著影响，是影响因素之一。根据不同的工艺流程，锂电设备可以分为前段设备、中段设备和后段设备。在锂生产线上，前段、中段和后段设备的价值比例约为4:3:3。

第一步骤的生产目标是完成（正负）极板的制造。 

前道工序的主要工艺有：混合、涂布、辊压、切割、生产、冲压，所涉及的设备主要包括：混合器、涂布机、辊压机、切片机、生产机、冲切机等。

浆料混合（使用设备：真空混合器）是将正负固体电池材料均匀混合后，再添加溶剂搅拌成浆料。浆料混合是前道工序的开始，是完成后续涂布、辊压等工序的基础。

 涂布（设备：涂布机）是将浆料均匀涂布在金属箔上并干燥成正负极片。作为前道工序的核心部分，涂布工序的执行质量深刻影响成品电池的一致性、安全性和生命周期，因此涂布机是前道工序中最高价值的设备。

 辊压（使用设备：辊压机）是进一步压缩涂布后的电极片，以提高电池的能量密度。辊压后电极的光滑度直接影响后续切割工序的加工效果，而电极的活性材料均匀性则间接影响电池的性能。

切片（使用设备：切片机）是将较宽的极卷连续切割成若干要求宽度的窄片。在切割过程中，极片会遇到剪切断裂失效，切割后的边缘水平（无毛刺，无翘曲）是评估切片机性能的关键。

制膜（设备：制膜机）包括切割后焊接极耳、粘贴保护带、包裹极耳或使用激光切割成型极耳等，以便于后续的绕制工序。冲压（使用设备：冲切机）是极片涂布后的冲孔成型，为后续工序做准备。

中段工序的生产目标是完成电池的制造。不同类型锂电池的中段工序在技术路线和生产线设备上存在差异。 

中间过程的本质是装配过程。具体而言，是将由前道工序制造的（正负）极片与隔膜和电解液有序装配在一起。由于方形（卷）、圆柱形（卷）和软包（层）电池的储能结构不同，导致不同类型锂电池在中间过程中的技术路线和生产线设备存在明显差异。具体来说，方形和圆柱形电池的中间过程主要包括绕制、注液和包装。所涉及的设备主要包括：绕制机、注液机、包装设备（壳料供料机、槽滚机、封装机、焊接机）等。软包电池的中间过程主要是层压、注液和包装。所涉及的设备主要包括层压机、注液机和包装设备。

绕线（使用设备：绕线机）被用于将制作工艺或绕制模切机制制作的极片卷入锂离子电池的电池单元中，主要用于方形和圆形锂电池的生产。绕线机可以细分为方形绕线机和圆柱形绕线机两类，分别用于方形和圆柱形锂电池的生产。与圆柱形绕线相比，方形绕线工艺对拉力控制的要求更高，因此方形绕线机更加复杂。

叠片（使用设备：叠片机） 是将在模切过程中制作的单极片叠加成锂离子电池单元，主要用于柔性电池的生产。与方形和圆柱形电池相比，软包电池在能量密度、安全性和放电性能方面具有明显优势。然而，当叠片机完成单次叠加任务时，需要协调多个子工序和复杂的机制，因此需要处理复杂的动态控制以提高叠加效率。绕线机的速度与绕线效率直接相关，而提高效率的方法相对简单。目前，叠片电池的生产效率和良率不及绕线电池。

液体注入机（使用设备：液体注入机）用于将电池电解液定量注入电池单元。

核心包装（使用设备：外壳机、槽滚机、密封机、焊接机）是将卷绕核心放入核心的外壳中。

后续工序的生产目标是完成成型和封装。

 通过中间工序，锂电池单元的功能结构已经形成，后续工序的意义在于对其进行激活，通过检测、分拣、组装，确保锂电池产品的安全使用和稳定性能。后续工序的主要过程包括：成型、容量分离、检测、分拣等。涉及的设备主要包括：充放电机、检测设备等。

成型（使用设备：充放电机）是通过首次充电激活电池，在此过程中负极表面生成有效的钝化膜（SEI膜），以实现锂电池的“初始化”。

容量分离（使用设备：充放电机），即“分析容量”，是根据设计标准对电池进行充放电，以测量电池的电容量。电池通过成型和容量过程进行充放电，因此充放电机是核心设备中最常用的。充放电机的最小工作单元是“通道”。一个“单元”（盒子）由多个“通道”组成，多个“单元”组合在一起形成充放电机。

测试（使用设备：测试设备）应在充电、放电和静置之前和之后进行；分类是根据测试结果按照一定标准对电池在成型和体积分离后的分类和选择。检测和排序过程的意义不仅在于消除不合格的产品，因为在锂离子电池的实际应用中，电池单元往往是并联和串联组合的，因此选择性能相似的单元有利于电池整体性能的最佳化。