鋰電池結(jié)和制造,生產(chǎn)工藝流程全解析詳細(xì)資料概述

鋰電池結(jié)構(gòu)

不同結(jié)構(gòu)形式、不同材料的工藝相似但裝備需全新配置

鋰離子電池構(gòu)成主要由正極、負(fù)極、非水電解質(zhì)和隔膜四部分組成。目前市場上采用較多的鋰電池主要為磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池，二者正極原材料差異較大，生產(chǎn)工藝流程比較接近但工藝參數(shù)需變化巨大。若磷酸鐵鋰全面更換為三元材料，舊產(chǎn)線的整改效果不佳。對于電池廠家而言，需要對產(chǎn)線上的設(shè)備大面積進(jìn)行更換。

鋰電池制造工藝

前中后三道工序，占比接近35%/30%/35%

鋰電池的生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，主要生產(chǎn)工藝流程主要涵蓋電極制作的攪拌涂布階段（前段）、電芯合成的卷繞注液階段（中段），以及化成封裝的包裝檢測階段（后段），價(jià)值量（采購金額）占比約為（35~40%）:（30~35）%:（30~35）%。差異主要來自于設(shè)備供應(yīng)商不同、進(jìn)口/國產(chǎn)比例差異等，工藝流程基本一致，價(jià)值量占比有偏差但總體符合該比例。

鋰電生產(chǎn)前段工序?qū)?yīng)的鋰電設(shè)備主要包括真空攪拌機(jī)、涂布機(jī)、輥壓機(jī)等；中段工序主要包括模切機(jī)、卷繞機(jī)、疊片機(jī)、注液機(jī)等；后段工序則包括化成機(jī)、分容檢測設(shè)備、過程倉儲物流自動化等。除此之外，電池組的生產(chǎn)還需要Pack 自動化設(shè)備。

鋰電前段生產(chǎn)工藝

極片制造關(guān)系電池核心性能

鋰電池前端工藝的結(jié)果是將鋰電池正負(fù)極片制備完成，其第一道工序是攪拌，即將正、負(fù)極固態(tài)電池材料混合均勻后加入溶劑，通過真空攪拌機(jī)攪拌成漿狀。配料的攪拌是鋰電后續(xù)工藝的基礎(chǔ)，高質(zhì)量攪拌是后續(xù)涂布、輥壓工藝高質(zhì)量完成的基礎(chǔ)。

涂布和輥壓工藝之后是分切，即對涂布進(jìn)行分切工藝處理。如若分切過程中產(chǎn)生毛刺則后續(xù)裝配、注電解液等程序、甚至是電池使用過程中出現(xiàn)安全隱患。因此鋰電生產(chǎn)過程中的前端設(shè)備，如攪拌機(jī)、涂布機(jī)、輥壓機(jī)、分條機(jī)等是電池制造的核心機(jī)器，關(guān)乎整條生產(chǎn)線的質(zhì)量，因此前端設(shè)備的價(jià)值量（金額）占整條鋰電自動化生產(chǎn)線的比例最高，約35%。

鋰電中段工藝流程

效率先行，卷繞走在疊片之前

鋰電池制造過程中，中段工藝主要是完成電池的成型，主要工藝流程包括制片、極片卷繞、模切、電芯卷繞成型和疊片成型等，是當(dāng)前國內(nèi)設(shè)備廠商競爭比較激烈的一個領(lǐng)域，占鋰電池生產(chǎn)線價(jià)值量約30%。

目前動力鋰電池的電芯制造工藝主要有卷繞和疊片兩種，對應(yīng)的電池結(jié)構(gòu)形式主要為圓柱與方形、軟包三種，圓柱和方形電池主要采用卷繞工藝生產(chǎn)，軟包電池則主要采用疊片工藝。圓柱主要以18650和26650為代表（Tesla單獨(dú)開發(fā)了21700電池、正在全行業(yè)推廣），方形與軟包的區(qū)別在于外殼分別采用硬鋁殼和鋁塑膜兩種，其中軟包主要以疊片工藝為主，鋁殼則以卷繞工藝為主。

軟包結(jié)構(gòu)形式主要面向中高端數(shù)碼市場，單位產(chǎn)品的利潤率較高，在同等產(chǎn)能條件下，相對利潤高于鋁殼電池。由于鋁殼電池易形成規(guī)模效應(yīng)，產(chǎn)品合格率及成本易于控制，目前二者在各自市場領(lǐng)域均有可觀的利潤，在可以預(yù)見的未來，二者都很難被徹底取代。

由于卷繞工藝可以通過轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)電芯的高速生產(chǎn)，而疊片技術(shù)所能提高的速度有限，因此目前國內(nèi)動力鋰電池主要采用卷繞工藝為主，因此卷繞機(jī)的出貨量目前大于疊片機(jī)。

卷繞和疊片生產(chǎn)對應(yīng)的前道工序?yàn)闃O片的制片和模切。制片包括對分切后的極片/極耳焊接、極片除塵、貼保護(hù)膠紙、極耳包膠和收卷或定長裁斷，其中收卷極片用于后續(xù)的全自動卷繞，定長裁斷極片用于后續(xù)的半自動卷繞；沖切極片是將分切后的極片卷繞沖切成型，用于后續(xù)的疊片工藝。

在鋰電封裝焊接方面，聯(lián)贏、大族、光大的主流激光技術(shù)集成應(yīng)用廠家均有所涉及，能夠滿足需求、無需進(jìn)口。

鋰電后段工藝流程

分容化成是核心環(huán)節(jié)

鋰電后段生產(chǎn)工藝主要為分容、化成、檢測和包裝入庫四道工序，占生產(chǎn)線價(jià)值量約35%?；珊头秩葑鳛楹蠖喂に囍凶钪饕h(huán)節(jié)，對成型的電池進(jìn)行激活檢測，由于電池的充放電測試周期長，因此設(shè)備的價(jià)值量最高?；晒に嚨闹饕饔迷谟趯⒆⒁悍庋b后的電芯充電進(jìn)行活化，分容工藝則是在電池活化后測試電池容量及其他電性能參數(shù)并進(jìn)行分級。化成和分容分別由化成機(jī)和分容機(jī)通常由自動化分容化成系統(tǒng)完成。

鋰電Pack工藝

看似簡單但需要與系統(tǒng)性設(shè)計(jì)結(jié)合

動力電池組系統(tǒng)是將眾多單個的電芯通過串、并聯(lián)的方式連接起來的電池組，綜合了動力和熱管理等電池硬件系統(tǒng)。Pack是動力電池系統(tǒng)生產(chǎn)、設(shè)計(jì)應(yīng)用的關(guān)鍵，是連接上游電芯生產(chǎn)和下游整車的應(yīng)用核心環(huán)節(jié)，通常設(shè)計(jì)需求由電芯廠或汽車廠提出，通常由電池廠、汽車廠或者第三方Pack廠完成。

鋰電池Pack產(chǎn)線相對簡單，核心工序包括上料、支架粘貼、電焊、檢測等工藝，核心設(shè)備為激光焊接機(jī)以及各類粘貼檢測設(shè)備。目前，各大鋰電設(shè)備廠商在此領(lǐng)域的自動化集成布局較少，而大族激光、聯(lián)贏激光等激光設(shè)備廠商由于在激光領(lǐng)域的絕對優(yōu)勢，在Pack設(shè)備領(lǐng)域占有率較高。

目前Pack生產(chǎn)的自動化比例相對較低，是因?yàn)槟壳暗?a href="http://ttokpm.com/v/tag/293/" target="_blank">新能源車單款車銷量都不夠大，上自動化生產(chǎn)線的成本較高。

磷酸鐵鋰和三元

能量密度繞不開的話題，不同材料需要全套設(shè)備投資

目前國內(nèi)主流動力鋰電池的正極材料分為磷酸鐵鋰和三元兩大種類。其中磷酸鐵鋰是目前最安全的鋰離子電池正極材料，其循環(huán)壽命通常在2000次以上，再加上由于產(chǎn)業(yè)成熟而帶來的價(jià)格和技術(shù)門檻的下降，使得很多廠商出于各種因素考慮都會采用磷酸鐵鋰電池。然而磷酸鐵鋰電池在能量密度方面則存在明顯的缺陷，目前磷酸鐵鋰電池龍頭比亞迪磷酸鐵鋰單體電芯能量密度為150Wh，2017年底比亞迪預(yù)計(jì)將能量密度提升到160Wh，理論上磷酸鐵鋰能量密度很難超過200Gwh。

三元聚合物鋰電池是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰的鋰電池，鎳鈷錳的實(shí)際比例可以根據(jù)具體需要進(jìn)行調(diào)整。由于三元鋰電池具備更高的能量密度（目前寧德時(shí)代等動力電池一流大廠三元鋰電池能量密度普遍能達(dá)到200Wh/kg-220Wh/kg，業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)到2020年三元電池單體電芯能量密度將達(dá)到300Wh/kg的水平），乘用車市場開始轉(zhuǎn)向三元鋰電池，而在安全性要求更高的客車上，磷酸鐵鋰則更受青睞。隨著全電動乘用車的發(fā)展，三元鋰電池正在占據(jù)越來越重要的位置。

兩種材料的能量密度和成本有差異，不同的汽車、不同的車企有不同的選擇。二者在生產(chǎn)工藝流程上大致相同，區(qū)別主要體現(xiàn)在材料的使用和配比上不同、具體工藝參數(shù)差異較大，設(shè)備無法共線生產(chǎn)，且單純改造切換產(chǎn)能的成本較高（三元材料對真空除濕等要求嚴(yán)格，之前的磷酸鐵鋰生產(chǎn)線基本沒有除濕要求），因此多家電芯廠在產(chǎn)能規(guī)劃中會同時(shí)布局、分別采購設(shè)備。