2021-12-25 瀏覽量：2233
(1) 鋰電池的生產過程分為前、中、后三個階段。
前道工序的目的是將原材料加工成極片，核心工序是涂裝;中間部分的目的是將極片加工成非活動電池;后一個過程是測試和包裝，核心過程是成型和體積分離。鋰電池設備按電池生產制造工藝分為前段設備、中段設備和后段設備。前端設備的價值約占40%，其中涂布機的價值占75%，輥壓機的價值大于縱切機的價值。三元材料對前端設備的性能有更高的要求，前端設備的價值比例將逐漸增加。中段設備價值約占30%，其中卷繞機價值占70%。目前，卷繞機市場集中度較高，CR3達到60%-70%。卷繞機高端市場由韓國koem和日本CKD競爭，國內高端市場占50%。后段設備價值約占30%，其中化學成分和體積分離系統占70%，總成占30%。
(2) 正面：制作一個涂有正負活性物質的極片
前者主要包括漿料混合、正負極涂覆、軋制、分切、電極片制作和模切。混合：首先，使用鋰電池真空混合器，在專用溶劑和粘合劑的作用下，將粉末狀的正負活性物質混合。高速攪拌后，使漿液正負物質無氣泡。涂布：將制備好的漿料均勻涂布在金屬箔表面，干燥后分別制成正負極片。軋制：輥壓機通過上下輥相反操作產生的壓力壓縮極片的涂層表面。極片承受高壓，極片從原來的蓬松狀態變為致密狀態。軋制對能量密度非常關鍵。分條：根據不同的電池型號，將卷好的電極條切割成電池組裝所需的長度和寬度。切割時要求無毛刺。
2.涂布機涂布的主要目的是將穩定性好、粘度好、流動性好的漿料均勻地涂布在正負極表面。它對鋰電池的意義主要體現在一致性、循環壽命和安全性上。在涂裝過程中，如果極片前、中、后段正負極膏的涂裝厚度不一致，或極片前后參數不一致，容易造成電池容量過低或過高，在電池循環過程中可能會形成鋰離子，影響電池壽命。涂層過程應嚴格保證電極內無顆粒、雜物、灰塵等。如果混入雜物，會導致蓄電池內部微短路，嚴重時會導致火災和爆炸。因此，為了使中間部分的纏繞過程盡可能均勻緊湊，要求正負極的涂覆誤差盡可能小。涂布機的進步將直接影響電池的化學性能和最終產品的產量(電池制造商通常要求超過99%)。涂布機是前道工序的核心設備。涂布機經歷了三種結構類型的演變，其次是刮刀式、轉移式和狹縫擠壓涂布。刮刀式主要用于實驗室條件下;轉移涂層主要用于3C電池的生產;狹縫擠壓涂料主要用于動力電池。近年來，由于動力電池生產需求的爆炸性增長，這種類型的電池迅速增加。擠出涂布技術作為三大技術中更先進的技術，可用于高粘度流體涂布，以獲得高精度的涂布。根據涂布機的結構，涂布頭的設計對涂布精度有著非常重要的影響，這種高精度控制的核心部件仍需進口。目前涂布機國產化率較高，達到70%-80%以上，但高端產品的涂布頭仍主要由國外提供。如龍頭新家沱的涂布頭主要由松下提供。涂布機設備的技術進步主要集中在四個方面：涂布技術、張力技術、糾偏技術和干燥技術。涂層技術需要滿足不同厚度的生產要求。現在正極鋰鋁箔的厚度已經薄到了6-8微米，負極鋰銅箔的厚度已經薄到了4.5-6微米，隔膜涂層只有幾微米。石墨烯涂層甚至更薄。需要為不同厚度的客戶開發不同的涂層方法，確保漿料的涂層厚度精度控制在2微米以下。張力技術，由于卷筒紙沿涂布方向移動，不可避免地會出現張力不均，導致涂布質量缺乏一致性。因此，有必要確保在切屑操作過程中每個部分都有良好的張力控制。糾偏技術，由于涂布設備大多長達數十米，在膠片路徑運行過程中會出現位置偏差。為了保證銅膜、鋁膜和極薄膜片都能在薄膜路徑上平穩有效地運行，實現精密鍍膜，需要選擇不同的驅動形式和響應控制系統來校正偏差。就干燥技術而言，涂料生產速度的瓶頸在于干燥。最直接的方法是延長波紋管，但會增加成本和占地。加固后還要加強糾偏和張力控制。為了進一步提高干燥效率，需要改進風場、溫度場和布置形式的控制，在保證涂布速度的同時盡量縮短波紋管的長度。涂層效率是龍頭企業進一步競爭技術實力的重要標準。目前，在保證上述技術的前提下，領先的涂布機設備主要致力于提高涂布效率。主要手段包括提高涂布機的運行速度和涂布寬度。龍頭企業涂裝速度可達120m/min，涂裝寬度可達1400mm。
3、 輥壓機軋制的意義在于使電密，提高電池的能量密度。在先前工藝中對電極片進行涂覆和干燥后，活性材料和箔的剝離強度非常低。此時，有必要對其進行滾壓，以增強活性材料與箔材之間的粘合強度，從而防止在電解液浸泡和電池使用過程中發生剝離。適當的壓實密度可以增加電池的放電容量，降低內阻，減少極化損耗，延長電池的循環壽命，提高鋰離子電池的利用率。桿件軋制一般采用雙輥壓機完成，雙輥壓機由兩臺鑄鋼壓路機、電機和傳動軸組成。開啟碾壓模式后，電機帶動上下壓路機同時旋轉，卷繞機構拉動的極片平穩通過碾壓間隙，最終壓至所需壓實密度。軋制過程對電池的性能有很大影響。軋制過程中有幾個典型問題：
桿件的厚度不一致。厚度不一致意味著生命物質的密度不一致，鋰離子和電子在電極板中的傳輸和傳導速率將不同。當電流密度不同時，容易導致鋰枝晶析出，對電池性能不利。此外，當極片厚度不同時，活性材料與集電器之間的接觸電阻也不同。極片越厚，內阻越大，電池極化越嚴重，影響電池容量。
過電壓發生在極片的某些位置。由于涂層過程中某些部位的厚度過厚，軋制后可能出現超壓。在過電壓位置，帶電材料顆粒破碎，帶電材料顆粒之間接觸緊密。電池在充放電過程中，電子導電性增強，但離子移動通道減少或堵塞，不利于電池的容量。在放電過程中，極化增加，電壓降低，容量降低。同時，過電壓影響電解液的潤濕效果，對電池的性能有很大的影響。從工藝流程上看，軋制質量也將直接影響后續極件的加工效果。極靴軋后的理想狀態是極片表面平整，光澤度一致，坯件沒有明顯的波動，極片沒有較大翹曲度。但在實際生產中，操作熟練程度和設備操作不可避免地會產生一些問題，影響后續工序的極片分切，導致分切極片寬度不一致，極片毛刺。軋制結果也會影響極片的繞組。極片纏繞過程中，嚴重翹曲會導致極片與膜片之間的間隙過大。熱壓后，多層隔板的某些部分會疊加成為應力集中點，影響電池的性能。衡量輥壓機的技術進步主要取決于表面密度和壓實密度。目前領先的設備可使磷酸鐵鋰正極材料的比容量達到200 MAH/g，磷酸鐵鋰正極材料的壓實密度達到1.5 g/cm3。
4.縱切機的功能是將軋制的極片切割到所需的寬度，這是卷繞前的關鍵工序。低端分切機機械精度低，張力控制簡單，不能適應超薄薄膜材料的分切。隨著用戶對分切效率和分切質量要求的提高，高端分切機逐漸具備波邊分切的功能，并有更好的張力控制技術來優化分切速度和質量。根據浩能的采訪書，國內高端分切速度已達到70m/s。極片分切工藝的主要技術難點是毛刺、波狀邊緣和落粉的處理。毛刺，尤其是金屬毛刺，對鋰電池的危害很大。大的金屬毛刺直接刺穿膜片，導致正負電極之間短路。在鋰離子電池制造過程中，電極切割是產生毛刺的主要工序。通常，要求毛刺小于12微米。如下圖所示，工藝缺陷形成的集液器毛刺尺寸達到100微米。波狀邊緣和落粉：下圖顯示了極片分切過程中落料和波狀邊緣的缺陷。如果邊緣呈波浪形，則在切桿和卷繞過程中會出現邊緣校正抖動，這將降低加工精度。此外，它還將對電池的最終厚度和形態產生不利影響。極片上落下的粉末會影響電池的性能。當粉末從正極掉落時，電池容量會降低，而當粉末從負極掉落時，負極無法包裹正極，容易導致鋰沉淀。
(3) 中間部分：完成電池的纏繞和液體注入
1.該工藝的中間過程主要包括電芯的纏繞/層壓和電芯的液體注入。涉及的設備有卷繞機、層壓機和液體注射機。用卷繞機卷繞電芯時，根據下游廠家的需要，可進一步分為圓柱形卷繞和方形卷繞。疊片機將正負料箱內的極片拾取，二次定位后將正負片交替放在疊片臺上。振膜主動展開，疊片臺驅動振膜前后移動，形成Z形疊片。層壓完成后，根據設定長度進行切割，并自動送出進行手動涂膠。電解液通過液體注入機注入纏繞或層壓電芯。鋰電池中段設備比前一段更加強調個性化，對工藝精度、效率和一致性要求非常高。對于方形、圓柱形和軟包裝電池，中間設備將分別使用卷繞機或層壓機。目前，纏繞機的應用較為普遍，其突出優點是生產速度快、產品一致性高;層壓機工藝復雜，產量低，生產效率低，但其軟包裝電池尺寸更靈活，散熱設計合理，能量密度高，具有圓柱形和方形所不具備的許多優點。目前，國內企業大多采用中小型卷繞機，層壓機所占比例不高。
2.卷繞機張力控制是影響卷繞機先進程度的核心技術。為了保證鐵芯組裝電池的高一致性，在整個纏繞過程中應特別注意纏繞張力的控制。張力波動引起的彈性差會使纏繞電池產生不均勻的拉伸變形，使電池材料分層或S形起皺，嚴重影響產品的一致性，膜片和極片表面的不均勻起皺會增加電池的內阻。卷繞張力控制是一個高速動態平衡過程。卷繞機在電氣和軟件控制方面要求較高，要求伺服控制系統響應速度快，在軟件編程方面具有獨特的經驗水平。方形鋰電池的繞組需要保持繞組線速度不變，角速度需要自動調整。因此，方形鋰電池繞組的張力控制有較高的技術要求。目前，國內領先企業可以將圓柱形電池的張力波動控制在5%以下，方形電池的張力波動控制在10%以下。卷繞機的自動糾偏技術和卷繞速度也是關鍵。糾偏系統能保證極片膜片纏繞整齊，正負極/膜片之間的相對位置準確。目前，行業通常要求軋制正負極片或膜片的上下偏差小于0.5mm。超過此值將對蓄電池變形產生影響。目前，國內領先企業的圓柱形鐵芯可以達到18m/s以上的高速纏繞速度。方形鐵芯需要保證線速度恒定，因此變角速度繞組速度較慢，國內領先企業可達到0.8m/s以上。
3.層壓機用于生產軟包裝電池，其性能和安全性高于圓柱形和方形電池。疊片機是將正極、隔膜和負極依次疊成小電池單體，然后將小電池單體平行疊成大電池。層壓工藝生產的電池的優點是：由于相當于多個小極片并聯，內阻低，放電平臺高;極片與電芯膜片間應力趨于一致，無明顯應力集中點;內部空間得到充分利用，體積比容量和能量密度較高;疊層工藝相當于多極并聯，易于在短時間內完成大電流放電，具有良好的倍率性能。層壓工藝的缺點是操作要求高、生產控制繁瑣、不良率高。更大的瓶頸是生產效率低。目前，國內動力電池層壓機的效率遠遠落后于韓國。國產設備多為雙工位，效率一般為0.5-0.8秒/臺，進口覆膜機效率為0.17-0.2秒/臺。通過纏繞工藝生產的電池的電化學性能略差于層壓芯片，但其優勢在于自動化程度高、易于制造且適合大規模生產。因此，市場上的方形電池，尤其是圓柱形電池，一般都是采用纏繞工藝生產的。
(4) 后部：化學分餾和試驗分揀設備
1.后處理主要包括包裝、成型和體積分離、測試和分揀、模塊組裝、包裝等。封裝是將電池放入金屬或軟殼中。形成是通過充放電激活電池中的正負材料，從而對電池進行充電和激活。在形成部分電容后，對電池進行充電和放電，檢測電池的各種參數，并根據測量的參數對電池進行匹配。模塊組裝和電池組包括電池模塊在線檢測、電池組組裝、電池組離線檢測等，經過此工藝后，電池基本滿足工廠要求。
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