[正版]正版 先进储能电池智能制造技术与装备 先进储能科学技术与工业应用丛书 科学工程电化学能源动力工程电池产业设计工程

章 储能电池产业介绍 1 1.1 概述 1 1.2 国家能源战略与储能电池产业 2 1.2.1 国家能源战略2 1.2.2 储能电池产业发展 4 1.2.3 储能电池是一种通用目的产品5 1.3 储能电池产业发展趋势 6 1.3.1 储能电池未来市场需求6 1.3.2 锂电产业发展规律7 1.3.3 锂电池技术未来发展趋势 11 1.4 储能电池制造装备发展情况12 第2 章 储能电池制造技术 14 2.1 储能电池制造概述 14 2.1.1 储能电池制造必然是大规模定制制造 14 2.1.2 电池制造与半导造的对比 16 2.1.3 储能电池制造的8 大特征 16 2.2 制造体系建立 18 2.2.1 制造相关标准 18 2.2.2 产品设计原则19 2.2.3 汽车动力蓄电池行业规范条件 20 2.2.4 锂电池企业生产规范 20 2.3 制造质量及合格率 21 2.3.1 衡量储能电池制造水平的8 大指标21 2.3.2 储能电池电芯成品率 22 2.4 制造目标及路线图22 2.4.1 制造技术现状及趋势 22 2.4.2 面向2035 储能电池制造发展目标 24 2.5 储能电池尺标准化与制造26 2.5.1 锂电池尺规格国外现状 26 2.5.2 锂电池尺规格国内现状 27 2.5.3 电池尺规格不标准带来的问题 29 2.5.4 电池尺规格标准化的意义 30 2.6 储能电池智能制造的未来32 2.6.1 智能制造的需求 32 2.6.2 智能制造的路径 33 2.6.3 智能制造的思路 36 2.6.4 智能制造质量纵向数据闭环 39 2.6.5 智能制造质量横向过程闭环 40 2.6.6 智能制造系统成熟度实现的层级41 第3 章 储能电池制造工艺 42 3.1 储能电池制造工艺42 3.1.1 方形电池 43 3.1.2 圆柱电池 48 3.1.3 电池 49 3.2 固态电池制造工艺52 3.3 工艺过程、装备的标准化54 3.4 制造工艺及装备创新的思路56 3.4.1 制造工艺及装备发展趋势 56 3.4.2 材料技术与制造技术深度融合 57 3.4.3 制造一造原理改变 58 3.4.4 制造工艺及电池结构精简化59 第4 章 储能电池智能装备 60 4.1 制浆设备 60 4.1.1 制浆工艺介绍60 4.1.2 制浆设备现状 65 4.1.3 制浆设备未来发展趋势 71 4.2 极片涂布设备 71 4.2.1 涂布机设备原理及分类 71 4.2.2 设备组成及关键结构73 4.2.3 设备选择78 4.2.4 设备使用说明80 4.3 辊压、分切设备100 4.3.1 辊压设备 100 4.3.2 分切设备112 4.4 制造设备 119 4.4.1 工序设备及指标119 4.4.2 极片极耳成型设备 120 4.4.3 卷绕设备 125 4.4.4 叠片设备 132 4.5 电芯装配设备140 4.5.1 圆柱电池装配线 140 4.5.2 铝壳电池装配线 158 4.5.3 电池装配线 184 4.6 干燥设备196 4.6.1 干燥设备介绍 196 4.6.2 真空干燥原理 197 4.6.3 电池真空干燥工艺 199 4.6.4 真空干燥设备基本组成及分类 202 4.6.5 典型电池真空干燥设备 203 4.6.6 锂电池真空干燥设备能评估 210 4.6.7 真空干燥设备发展方向 212 4.7 注液设备213 4.7.1 注液设备介绍 213 4.7.2 设备组成及关键结构 219 4.7.3 设备选择和应用案例222 4.7.4 设备使用和维护222 4.8 电芯化成分容设备 223 4.8.1 设备原理、分类及主要能指标223 4.8.2 化成分容设备225 4.8.3 方壳化成分容设备 231 4.8.4 设备选择与应用案例235 4.8.5 设备使用与维护235 4.8.6 化成设备发展趋势 241 第5 章 储能电池制造数字化、智能化 243 5.1 储能电池制造元数据与数据字典243 5.1.1 元数据 243 5.1.2 数据字典246 5.2 储能电池智能制造工业互联网架构248 5.2.1 工业互联网的三大核心和四大特点 248 5.2.2 工业互联网平台架构 249 5.2.3 设备层与车间层集成250 5.2.4 产业层与企业层、车间层集成250 5.2.5 储能电池制造边缘计算实施和边缘协同 251 5.3 多元异构高通量制造数据获取与数据平台搭建 251 5.3.1 储能电池制造多源异构高通量数据 251 5.3.2 储能电池制造多源异构高通量数据平台搭建252 5.4 储能电池制造大数据分析256 5.4.1 工业大数据分析作用及前景256 5.4.2 大数据分析步骤256 5.5 数字化车间数据集成257 5.5.1 数字化车间现场网络架构257 5.5.2 数据集成架构258 5.5.3 数据集成信息流260 5.5.4 数据采集方式及数据集成要求 261 5.6 储能制造过程追溯体系建设 262 5.6.1 什么是制造过程追溯 262 5.6.2 储能电池产品追溯系统的意义 262 5.6.3 制造过程追溯系统关联对象 263 5.6.4 储能电池追溯应满足的要求 264 5.7 制造过程智能管控 264 5.7.1 储能电池生产智能管控的分类 264 5.7.2 制造过程智能管控未来的几点展望 266 5.8 储能电池制造管控微服务及App 266 5.8.1 储能电池制造微服务描述 266 5.8.2 基于微服务构建的App 267 5.9 设备健康管理与预测维护 268 5.9.1 设备健康管理 268 5.9.2 设备预测维护 269 5.10 制造质量分析及数据闭环271 5.10.1 储能电池制造质量分析架构 271 5.10.2 闭环质量控制方法 273 5.10.3 电池质量失效分析模型 277 5.11 5G+TSN 与OPC UA 的畅想 282 5.11.1 为什么需要5G 282 5.11.2 为什么需要TSN 282 5.11.3 为什么需要OPC UA 283 5.11.4 5G+TSN 与OPC UA 的关系 284 第6 章 储能电池制造环境控制 286 6.1 制造环境要求 286 6.1.1 室外环境 286 6.1.2 室内环境 289 6.2 储能电池制造的环境污染 297 6.3 污染的来源与控制 297 6.3.1 水分除湿 297 6.3.2 洁净风管和围挡结构 298 6.3.3 操作人员 298 6.3.4 外界自然环境 298 6.3.5 生产车间管理 299 6.3.6 金属异物控制 299 6.4 环境与污染的监控299 第7 章 储能电池制造测量与缺陷检查 305 7.1 制造过程测量的内容分类及评估方法305 7.1.1 内容分类305 7.1.2 评估方法 306 7.2 制造过程测量及设备 314 7.2.1 射线面密度测量仪 314 7.2.2 激光测厚仪 315 7.2.3 张力计 315 7.2.4 黏度计 316 7.2.5 电阻测试仪 317 7.2.6 纠偏仪 318 7.2.7 称重系统 320 7.3 制造缺陷检测及设备 321 7.3.1 显微放大系统 321 7.3.2 CCD 测试系统322 7.4 电芯内部检测与设备324 7.4.1 X-CT 技术及测试系统 324 7.4.2 超声检测系统326 7.4.3 红外热成像检测系统327 7.4.4 植入式感知系统 328 7.5 小结329 第8 章 储能电池制造 330 8.1 概述330 8.1.1 电池 330 8.1.2 电池热失控 331 8.2 电池影响因素 333 8.2.1 电池设计的影响因素 333 8.2.2 电池生产制造过程中的影响因素 335 8.2.3 使用与滥用过程中的影响因素 339 8.3 电池制造控制与管控体系 340 8.3.1 电池制造因素控制 340 8.3.2 电池制造控制核心要点 340 8.3.3 电池制造管控体系 342 第9 章 储能电池制造能耗管控 346 9.1 能耗管理的作用及意义 346 9.1.1 能耗管理概述 346 9.1.2 国内外制造业能耗监控发展现状 346 9.1.3 储能电池制造能耗管理的价值 347 9.2 储能电池制造能耗 348 9.2.1 生产过程中的能耗 349 9.2.2 生产环境控制能耗 350 9.3 储能电池制造能耗标准及评价方法351 9.3.1 制造能耗标准 351 9.3.2 制造设备的能耗控制标准 353 9.3.3 制造工艺的能耗控制标准 354 9.3.4 制造环境的能耗控制标准 355 9.3.5 能耗监控的智能化 356 9.4 储能电池制造能耗评价方法 357 9.4.1 能耗评价方法类型 357 9.4.2 制造工序能耗计算评价方法 358 9.4.3 制造系统能耗计算评价方法 358 9.5 储能电池制造关键能耗设计规范 359 9.5.1 能耗设计规范的意义 359 9.5.2 制造设备能耗设计规范 360 9.5.3 制造环境能耗设计规范 361 9.5.4 规范储能电池制造生产工序362 9.5.5 将节能设计与现代智能控制和分析相结合362 9.5.6 能效管理系统设计362 9.6 储能电池制造能耗管理与监控363 9.6.1 能耗管理363 9.6.2 能耗监控 368 9.7 储能电池制造能耗计算实例370 9.7.1 能耗计算实例1370 9.7.2 能耗计算实例2 370 第10 章 储能电池智能制造工厂建设 372 10.1 储能电池工厂建设的原则与内容372 10.1.1 工厂建设的基本原则372 10.1.2 储能电池大规模生产的条件372 10.1.3 制造合格率分解373 10.1.4 储能电池生产设备选择原则374 10.1.5 智能工厂设计流程375 10.2 储能电池智能工厂集成376 10.2.1体框架376 10.2.2 核心业务377 10.2.3 主要技术特征377 10.2.4 软硬件集成 379 10.2.5 储能电池无人化工厂 380 10.3 储能电池制造质量优化 381 10.3.1 储能电池制造质量目标 381 10.3.2 储能电池制造过程优化 382 10.3.3 电芯整体质量优化 384 10.4 储能电池制造辅助系统集成384 10.4.1 智慧能源系统 384 10.4.2 智能物流系统 386 10.4.3 智能监控 386 参考文献388

储能是节能环保、清洁能源、能源互联、电动汽车等新能源产业的基础技术。电池作为储能的重要载体，其高、高品质、率、低成本制造是新能源产业发展的必然要求。 基于储能电池大规模制造的需求，本书以储能电池智能制造为主线，阐述了储能电池电芯制造技术、制造工艺、制造装备的现状、趋势及构成，并储能电池制造数字化及智能制造技术、储能电池制造环境控制、制造测量与缺陷检查、制造管理、能耗管理、制造工厂建设等方面的要求、设置原则以及保证方法与措施等进行了深入剖析和阐述。 本书可以为储能及动力电池产业的工程技术人员在电池制造规划、制造管理、电芯制造设备开发、制造与品质控制等方面提供参考；对储能科学与工程、电化学、能源与动力工程等相关专业的高校本科生、研究生以及对储能及动力电池产业感兴趣的人士也具有参考价值。

第1章先进储能电池产业介绍

1.1概述

能源是人类文明进步的基础和动力，与国计民生和国家息息相关，关系人类展，对于促进经济社会发展、增进人民福祉关重要。

中共以来，中国发展进入新时代，中国的能源发展也进入新时代。提出“四个、一个合作”能源新战略，为新时代中国能源发展指明了方向，开辟了中国能源发展新道路。中国坚持“创新、协调、绿色、开放、共享”的新发展理念，以推动高质量发展为主题，以深化供给侧结构改革为主线，推进能源消费方式变革，构建多元清洁的能源供应体系，实施创新驱动发展战略，不断深化能源改革，持续推进能源领域合作，中国能源进入高质量发展新阶段。

生态兴则文明兴。面对气候变化、环境风险挑战、能源资源约束等日益严峻的全球问题，中国树立人类命运共同体理念，促进经济社会发展绿色转型，在努力推动本国能源清洁低碳发展的同时，积极参与源治理，与各国一道寻求加快推进源可持续发展新道路。以储能技术为基础，中国正逐步实现从自然能源供给为主向制造能源供给为主的模式转变。在第七十五届联合国大会一般辩论上宣布，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。新时代中国的能源发展，为中国经济社会持续健康发展提供有力支撑，也为维护世界能源、应对全球气候变化、促进世界经济增长做出积极贡献。

随着全球经济的快速发展，能源消耗越来越多，环境污染越来越严重，降低汽车燃油使用量，减少汽车有害气体和污染颗粒的排放，是全球应对能源过量消耗和环境严重污染的重要措施之一。

新能源汽车作为我国新兴产业之一，承载着缓解我国石油资源不足、解决环境污染问题、实现我国汽车产业结构调整和转型的任务。发展新能源汽车是我国应对气候变化、推动绿色发展的战略举措。推动汽车从单纯交通工具向移动智能终端、储能单元和数字空间转变，带动能源、交通、信息通信基础设施改造升级，促进能源消费结构优化、交通体系和城市运行智能化水平提升，对建设清洁美丽世界、构建人类命运共同体具有重要意义年来，世界主要汽车大国纷纷加强战略谋划、强化政策支持，跨国汽车企业加大研发投入、完善产业布局，新能源汽车已成为全球汽车产业转型发展的主要方向和促进世界经济持续增长的重要引擎。

储能是节能环保、清洁能源、能源互联、电动汽车等新能源产业的基础技术，电池作为储能的重要载体，其高、高品质、、低成本制造是新能源产业发展的必然要求。未来对先进储能电池市场的需求将达到万亿级的规模，如何高品质、、低成本、地规模生产先进储能电池更是决定了其能否大规模作为绿色新动力能源的关键和瓶颈。

基于先进储能电池大规模需求，本结过去的经验和想法，为先进储能电池未来高质量、大规模、低成本制造奠定基础。

1.2国家能源战略与先进储能电池产业

1.2.1国家能源战略

当前，世界正处在新科技和产业交汇点，新技术突破加速带动产业变革，促进能源新模式、新业态不断涌现。新时代的中国能源发展，积极适应国内形势的新发展与新要求，坚定不移走高质量发展新道路，更好服务经济社会发展，更好服务美丽中国、健康中国建设，更好推动建设清洁美丽世界。为了实现这一美好愿景，国家出台了一系列能源政策。

2014年6月7日，办公厅印发《能源发展战略行动计划（2014-2020年）》（以下简称《行动计划》），明确了2020年我国能源发展体目标、战略方针和任务，部署推动能源创新发展、发展、科学发展。这是今后一段时期我国能源发展的行动纲领。

《行动计划》指出，能源是现代化的基础和动力。能源供应和事关我国现代化建设全局。当前，世界政治、经济格局深刻调整，能源供求关系深刻变化，我国能源资源约束日益加剧，能源发展面临一系列新问题、新挑战。要坚持“节约、清洁、”的战略方针，实施节约优先、立足国内、绿色低碳和创新驱动四大战略，加快构建清洁、、、可持续的现代能源体系。

《行动计划》明确了我国能源发展的五项战略任务。一是增强能源自主保障能力。推进煤炭清洁开发利用，稳步提高国内石油产量，大力发展天然气，积极发展能源替代，加强储备应急能力建设。二是推进能源消费。严格控制能源消费过快增长，着力实施能效提升计划，推动城乡用能方式变革。三是优化能源结构。降低煤炭消费比重，提高天然气消费比重，发展核电，大力发展可再生能源。四是拓展能源合作。深化能源双边、多边合作，建立区域能源交易市场，积极参与源治理。五是推进能源科技创新。明确能源科技创新战略方向和，抓好重大科技专项，依托重大工程带动自主创新，加快能源科技创新体系建设。

本书是“储能科学技术与工业应用丛书”的一个分册，本套丛书由物理所李泓研究员牵头组织，涉及储能科学技术与应用的多个方面，助力于推动储能技术的发展和应用。 本书的内容特点如下： 储能电池产业介绍 储能电池制造技术 储能电池制造工艺 储能电池智能装备：制浆设备、极片涂布设备、分切设备、制造设备、电芯装配设备、干燥设备、注液设备、电芯化成分容设备 储能电池制造数字化、智能化 储能电池制造环境控制 储能电池制造测量与缺陷检查 储能电池制造 储能电池制造能耗管控 储能电池制造工厂建设