鋰電池製造工藝及裝備（簡體書）

本教材共分為7章,首先，以鋰電池的發展背景、應用分類及發展趨勢起頭，緊接著介紹了鋰電池的電化學基礎，以及四大組成材料及主要輔助材料。在此基礎上，詳細介紹了鋰電池的電極製造、電芯裝配和激活檢測三段主要的工藝流程及相應的製造和檢測裝備。部分裝備配有視頻，方便讀者直觀形象地了解設備的工作過程。最後介紹了與鋰電池智能製造相關的標準及智能工廠建設集成。考慮到鋰電池製造裝備還在不斷發展進步中，以及拓寬讀者視野的需要，文中對部分工藝和裝備技術進行了展望分析。除第1章外，其余各章都附有思考題，以便鞏固學習效果。本教材全面採用當前鋰電池製造最主流的工藝路線及最新的製造裝備，充實理論，加強應用，不僅可作為能源與動力工程、機械工程、材料工程、新能源科學與工程、儲能科學與工程等專業的教材，還可以作為動力電池、新能源汽車等相關行業的工程技術人員、科研人員和管理人員的參考書。

陳華，深圳技術大學，副教授。2015年畢業於上海交通大學，獲機械工程博士學位，主要研究方向為精密機構設計及運動控制，在發動機、通信行業從事技術研發和管理工作4年，並有3年新能源產業研究經歷，在SCI/EI期刊發表多篇論文，申請專利多項。

本書簡要介紹鋰電池的結構、工作原理、主要材料等，著重從工藝和裝備兩個方面，詳細介紹了當前的鋰電池製造技術流程，以及相應的製造設備、測量儀器和質量控制，並介紹了鋰離子電池的發展趨勢。然後，介紹了鋰電池製造的相關標準，並簡要介紹了鋰電池行業的智能製造與智能工廠等相關技術。本書不僅可以作為能源與動力工程、機械工程、材料工程、新能源、儲能科學與技術等專業的教材，還可以作為動力電池等相關行業的工程技術人員、科研人員和管理人員的參考書。

近些年，在努力實現碳達峰、碳中和目標的時代背景下，新能源行業在國內外均得到了迅猛發展。鋰離子電池因其優異的電化學性能、較高的能量密度和較長的循環壽命，已成為消費電子、電動汽車和電化學儲能領域應用最廣泛的電池體系。鋰電池的製造工藝及裝備技術，綜合了機械、材料、電子、控制等專業知識，有很強的學科交叉屬性，是影響電池製造效率、質量和成本的關鍵環節之一。相對於汽車等傳統行業，鋰電池的大規模生產應用時間較短，爆發強度更高，且剛好與工業4.0、中國智能製造2025等先進製造技術理念同步崛起。因此，鋰電池的製造技術已逐步引領整個智能製造和智能工廠相關技術的發展方向。對其深入研究和歸納總結，不僅可為在校學生拓寬專業視野，亦可為高校的機械製造、新能源和新材料等學科建設打造專業特色。2020年開始，深圳技術大學和深圳吉陽智能科技有限公司攜手共建機械專業特色選修課——鋰電池製造工藝及裝備。教師們在備課中發現相關的行業用書和標準較少，教材更是缺乏。因此，課程中的大部分內容，均來自企業或行業的在制在研技術和產品。經過兩輪課堂講解，積累了大量的素材，本書就是在教學大綱的框架下，在課件素材的基礎上，借鑒了部分行業參考資料整編而成。本書是校企共建課程的結晶。全書共分為7章，由陳華和陽如坤共同策劃和擔任主編。其中，第1章、第4章由陳華編寫，第2章由李小平編寫，第3章由楊國凱編寫，第5章由陳華和李寅編寫，第6章由占旺龍編寫，第7章由陽如坤編寫。全書在簡要介紹鋰電池的電化學基礎和主要組成材料的基礎上，重點介紹鋰電池的電極製造、電芯裝配和激活檢測三段主要的工藝流程及相應的製造和檢測裝備。部分裝備配有視頻，方便讀者直觀形象地了解設備的工作過程。最後介紹了與鋰電池智能製造相關的標準及智能工廠建設集成。全書最後由王紅志教授擔任主審。本書首先可作為能源與動力工程、機械工程、材料工程、新能源科學與工程、儲能科學與工程、新能源汽車等相關專業的專科生、本科生和研究生的教材使用，目前國內已有部分高校開設了該課程。其次是對將來有志於從事該行業的其他專業學生，本書可以為其了解行業情況提供參考。最後，本書對鋰電池等相關行業的工程技術人員、科研人員和管理人員等也具有較大的參考價值。本書的撰寫出版，凝聚了行業內外多方的資源，除了各章節編者的辛勤工作外，還得到了業內多位專家學者的精心指導，以及多家公司在技術文檔和視頻內容等方面的傾力支持，本書的出版還獲得了深圳技術大學教材出版專項資金的資助，在此表示衷心的感謝。由於水平及時間有限，書中如有疏漏與不妥之處，希望讀者給予指正。編者

第1章緒論11.1行業背景11.2鋰電池的應用21.2.1消費鋰電池21.2.2動力鋰電池31.2.3儲能鋰電池41.3鋰電池產業發展趨勢5第2章鋰電池電化學基礎82.1電化學裝置或系統82.1.1半電池102.1.2法拉第定律112.2電化學系統與電極命名112.3電解質112.3.1電離122.3.2非水溶液電解質122.3.3離子導體132.3.4離子電導率132.3.5離子活度132.4電極152.4.1電極類型152.4.2電極電勢162.4.3標準電極電勢172.4.4可逆電極192.4.5電池電動勢192.4.6電池反應的熱效應202.4.7能斯特方程212.5電池動力學222.5.1電極極化222.5.2過電勢與電極極化曲線232.5.3電流密度242.5.4電化學極化242.5.5濃差極化272.6鋰離子電池342.6.1電池的電動勢342.6.2電池基本電性能及參數36思考題39參考文獻39第3章鋰電池材料403.1電化學功能材料403.1.1正極材料403.1.2負極材料443.1.3離子傳導介質503.2其他組成材料553.2.1隔膜553.2.2外殼603.2.3正負極基材62思考題64參考文獻65第4章鋰電池製造工藝664.1鋰電池工藝流程概述664.2電極製造工藝流程664.2.1制漿674.2.2塗布694.2.3輥壓714.2.4分切和模切724.3電芯裝配工藝流程724.3.1卷繞/疊片734.3.2乾燥754.3.3注液774.4激活檢測工藝流程794.4.1化成794.4.2分容804.5其他工藝介紹824.5.1軟包工藝824.5.2模組工藝834.5.3固態電池工藝84思考題86參考文獻86第5章鋰電池製造裝備875.1鋰電池製造裝備概述875.2電極製造裝備885.2.1制漿機885.2.2塗布機945.2.3輥壓機995.3電芯製造裝備1045.3.1卷繞機/疊片機1045.3.2乾燥機1105.3.3注液機1165.4激活檢測裝備1185.4.1方殼電池化成分容設備1185.4.2軟包電池化成分容設備120思考題123參考文獻123第6章鋰電池檢測及質量控制1246.1檢測及質量控制概述1246.1.1鋰電池的檢測1256.1.2過程質量控制方法1316.2製造過程主要測量及設備1336.2.1面密度測量1336.2.2厚度測量1346.2.3黏度測量1356.2.4張力測量1356.3製造缺陷檢測及設備1356.3.1顯微測量1356.3.2CCD測量1366.4電芯內部檢測及設備1386.4.1X-CT檢測1386.4.2超聲檢測1386.4.3紅外熱成像檢測139思考題140參考文獻141第7章鋰電池智能製造及智能工廠1427.1電池製造及裝備標準1427.1.1鋰電池標準體系及作用1437.1.2鋰電池製造裝備標準1457.2智能數字化車間1467.2.1工業互聯網架構1467.2.2製造大數據分析1497.2.3數字化車間數據集成1507.3鋰電池智能製造與智能工廠1547.3.1鋰電池智能工廠建設1547.3.2鋰電池智能工廠集成1587.3.3鋰電池無人工廠160思考題160參考文獻160