锂电池制造工艺及装备（陈华）

本书简要介绍锂电池的结构、工作原理、主要材料等，着重从工艺和装备两个方面，详细介绍了当前的锂电池制造技术流程，以及相应的制造设备、测量仪器和质量控制，并介绍了锂离子电池的发展趋势。然后，介绍了锂电池制造的相关标准，并简要介绍了锂电池行业的智能制造与智慧工厂等相关技术。
本书不仅可以作为能源与动力工程、机械工程、材料工程、新能源、储能科学与技术等专业的教材，还可以作为动力电池等相关行业的工程技术人员、科研人员和管理人员的参考书。

本教材共分为7章,首先，以锂电池的发展背景、应用分类及发展趋势起头，紧接着介绍了锂电池的电化学基础，以及四大组成材料及主要辅助材料。在此基础上，详细介绍了锂电池的电极制造、电芯装配和激活检测三段主要的工艺流程及相应的制造和检测装备。部分装备配有视频，方便读者直观形象地了解设备的工作过程。最后介绍了与锂电池智能制造相关的标准及智能工厂建设集成。考虑到锂电池制造装备还在不断发展进步中，以及拓宽读者视野的需要，文中对部分工艺和装备技术进行了展望分析。除第1章外，其余各章都附有思考题，以便巩固学习效果。
本教材全面采用当前锂电池制造最主流的工艺路线及最新的制造装备，充实理论，加强应用，不仅可作为能源与动力工程、机械工程、材料工程、新能源科学与工程、储能科学与工程等专业的教材，还可以作为动力电池、新能源汽车等相关行业的工程技术人员、科研人员和管理人员的参考书。

陈华，深圳技术大学，副教授。2015年毕业于上海交通大学，获机械工程博士学位，主要研究方向为精密机构设计及运动控制，在发动机、通信行业从事技术研发和管理工作4年，并有3年新能源产业研究经历，在SCI/EI期刊发表多篇论文，申请专利多项。

第1章绪论1
1.1行业背景1
1.2锂电池的应用2
1.2.1消费锂电池2
1.2.2动力锂电池3
1.2.3储能锂电池4
1.3锂电池产业发展趋势5

第2章锂电池电化学基础8
2.1电化学装置或系统8
2.1.1半电池10
2.1.2法拉第定律11
2.2电化学系统与电极命名11
2.3电解质11
2.3.1电离12
2.3.2非水溶液电解质12
2.3.3离子导体13
2.3.4离子电导率13
2.3.5离子活度13
2.4电极15
2.4.1电极类型15
2.4.2电极电势16
2.4.3标准电极电势17
2.4.4可逆电极19
2.4.5电池电动势19
2.4.6电池反应的热效应20
2.4.7能斯特方程21
2.5电池动力学22
2.5.1电极极化22
2.5.2过电势与电极极化曲线23
2.5.3电流密度24
2.5.4电化学极化24
2.5.5浓差极化27
2.6锂离子电池34
2.6.1电池的电动势34
2.6.2电池基本电性能及参数36
思考题39
参考文献39

第3章锂电池材料40
3.1电化学功能材料40
3.1.1正极材料40
3.1.2负极材料44
3.1.3离子传导介质50
3.2其他组成材料55
3.2.1隔膜55
3.2.2外壳60
3.2.3正负极基材62
思考题64
参考文献65

第4章锂电池制造工艺66
4.1锂电池工艺流程概述66
4.2电极制造工艺流程66
4.2.1制浆67
4.2.2涂布69
4.2.3辊压71
4.2.4分切和模切72
4.3电芯装配工艺流程72
4.3.1卷绕/叠片73
4.3.2干燥75
4.3.3注液77
4.4激活检测工艺流程79
4.4.1化成79
4.4.2分容80
4.5其他工艺介绍82
4.5.1软包工艺82
4.5.2模组工艺83
4.5.3固态电池工艺84
思考题86
参考文献86

第5章锂电池制造装备87
5.1锂电池制造装备概述87
5.2电极制造装备88
5.2.1制浆机88
5.2.2涂布机94
5.2.3辊压机99
5.3电芯制造装备104
5.3.1卷绕机/叠片机104
5.3.2干燥机110
5.3.3注液机116
5.4激活检测装备118
5.4.1方壳电池化成分容设备118
5.4.2软包电池化成分容设备120
思考题123
参考文献123

第6章锂电池检测及质量控制124
6.1检测及质量控制概述124
6.1.1锂电池的检测125
6.1.2过程质量控制方法131
6.2制造过程主要测量及设备133
6.2.1面密度测量133
6.2.2厚度测量134
6.2.3黏度测量135
6.2.4张力测量135
6.3制造缺陷检测及设备135
6.3.1显微测量135
6.3.2CCD测量136
6.4电芯内部检测及设备138
6.4.1X-CT检测138
6.4.2超声检测138
6.4.3红外热成像检测139
思考题140
参考文献141

第7章锂电池智能制造及智能工厂142
7.1电池制造及装备标准142
7.1.1锂电池标准体系及作用143
7.1.2锂电池制造装备标准145
7.2智能数字化车间146
7.2.1工业互联网架构146
7.2.2制造大数据分析149
7.2.3数字化车间数据集成150
7.3锂电池智能制造与智能工厂154
7.3.1锂电池智能工厂建设154
7.3.2锂电池智能工厂集成158
7.3.3锂电池无人工厂160
思考题160
参考文献160

近些年，在努力实现碳达峰、碳中和目标的时代背景下，新能源行业在国内外均得到了迅猛发展。锂离子电池因其优异的电化学性能、较高的能量密度和较长的循环寿命，已成为消费电子、电动汽车和电化学储能领域应用最广泛的电池体系。锂电池的制造工艺及装备技术，综合了机械、材料、电子、控制等专业知识，有很强的学科交叉属性，是影响电池制造效率、质量和成本的关键环节之一。
相对于汽车等传统行业，锂电池的大规模生产应用时间较短，爆发强度更高，且刚好与工业4.0、中国智能制造2025等先进制造技术理念同步崛起。因此，锂电池的制造技术已逐步引领整个智能制造和智能工厂相关技术的发展方向。对其深入研究和归纳总结，不仅可为在校学生拓宽专业视野，亦可为高校的机械制造、新能源和新材料等学科建设打造专业特色。
2020年开始，深圳技术大学和深圳吉阳智能科技有限公司携手共建机械专业特色选修课——锂电池制造工艺及装备。教师们在备课中发现相关的行业用书和标准较少，教材更是缺乏。因此，课程中的大部分内容，均来自企业或行业的在制在研技术和产品。经过两轮课堂讲解，积累了大量的素材，本书就是在教学大纲的框架下，在课件素材的基础上，借鉴了部分行业参考资料整编而成。本书是校企共建课程的结晶。
全书共分为7章，由陈华和阳如坤共同策划和担任主编。其中，第1章、第4章由陈华编写，第2章由李小平编写，第3章由杨国凯编写，第5章由陈华和李寅编写，第6章由占旺龙编写，第7章由阳如坤编写。全书在简要介绍锂电池的电化学基础和主要组成材料的基础上，重点介绍锂电池的电极制造、电芯装配和激活检测三段主要的工艺流程及相应的制造和检测装备。部分装备配有视频，方便读者直观形象地了解设备的工作过程。最后介绍了与锂电池智能制造相关的标准及智能工厂建设集成。全书最后由王红志教授担任主审。
本书首先可作为能源与动力工程、机械工程、材料工程、新能源科学与工程、储能科学与工程、新能源汽车等相关专业的专科生、本科生和研究生的教材使用，目前国内已有部分高校开设了该课程。其次是对将来有志于从事该行业的其他专业学生，本书可以为其了解行业情况提供参考。最后，本书对锂电池等相关行业的工程技术人员、科研人员和管理人员等也具有较大的参考价值。
本书的撰写出版，凝聚了行业内外多方的资源，除了各章节编者的辛勤工作外，还得到了业内多位专家学者的精心指导，以及多家公司在技术文档和视频内容等方面的倾力支持，本书的出版还获得了深圳技术大学教材出版专项资金的资助，在此表示衷心的感谢。由于水平及时间有限，书中如有疏漏与不妥之处，希望读者给予指正。

编者