干貨 | 鋰離子電池生產工藝解析

鋰離子電池生產處于鋰電產業鏈的中游，近年來鋰離子電池的產能擴充旺盛，然而，受下游新能源汽車快速發展的影響，預計2025年動力鋰電產能缺口仍有約 850 GWh。

鋰離子電池是一個復雜的體系，包含了正極、負極、隔膜、電解液、集流體和粘結劑、導電劑等，涉及的反應包括正負極的電化學反應、鋰離子傳導和電子傳導，以及熱量的擴散等。鋰電池的生產工藝流程較長，生產過程中涉及有 50 多道工序。

動力鋰離子電池的生產工藝可以分為前中后三段，如下圖所示。對應的設備分為極片制作（前段）、電芯組裝（中段）、電芯激活檢測和電池封裝等（后段）。在這三個階段的工藝中，每道工序又可分為數道關鍵工藝，每一步都會對電池最后的性能形成很大的影響。

鋰電生產前段工序對應的鋰電設備主要包括真空攪拌機、涂布機、輥壓機等；中段工序主要包括模切機、卷繞機、疊片機、注液機等；后段工序則包括化成機、分容檢測設備、過程倉儲物流自動化等。除此之外，電池組的生產還需要Pack自動化設備。

前段工序制片工藝

電芯前段：主要涉及電極制作，有攪拌、涂布、輥壓、分切四大環節，極片制造關系電池核心性能。

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

涂布和輥壓工藝之后是分切，即對涂布進行分切工藝處理。涂布，即用涂布機將攪拌后的漿料均勻涂覆在金屬箔片（一般為銅箔或者鋁箔）上并烘干，制成正、負極片，隨后進行烘干機烘烤，去掉水分，保持極片干燥。干燥后通過輥壓機、對輥機壓實極片來提高能量密度，最低可以壓到0.1-0.5mm。最后是分切，主要指的是極片分切和隔膜分切，主要是為了把它們切成單體單池所需要的規格寬度，需要用的設備包括分條機和隔膜分成機。

如若分切過程中產生毛刺則后續裝配、注電解液等程序、甚至是電池使用過程中出現安全隱患。因此鋰電生產過程中的前端設備，如攪拌機、涂布機、輥壓機、分條機等是電池制造的核心機器，關乎整條生產線的質量，因此前端設備的價值量（金額）占整條鋰電自動化生產線的比例最高，約35%。

中段工序裝配工藝

前段的極片做好之后，還需要制片機/模切機進行制片或模切，這里就要開始工藝分化了。主要指的是對前面的極片處理方式不一樣，一個是做卷繞工藝，一個是做疊片工藝。

目前動力鋰電池的電芯制造工藝主要有卷繞和疊片兩種，對應的電池結構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，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單獨開發了21700電池），方形與軟包的區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。

這兩個工藝做完之后的工藝環節就開始趨同了，都需要進行封裝、注液等環節，先聊封裝，這里操作比較簡單，先把裸電芯放入電芯外殼，對電池蓋板進行焊接，焊接完成后對未注液電芯進行干燥，做好注液準備。到了注液環節就要比較嚴謹了，電解液注入電芯前，要稱重確定注入量。注液完畢后還需要進行液口焊接、封口、電芯整體塑封等收尾工作。

后段工序測試工藝

截至裝配段工序，鋰電池的電芯功能結構已經形成，測試段工序的意義在于將其激活，經過檢測、分選、組裝，形成使用安全、性能穩定的鋰電池成品，其工藝路線大致分為：化成分容系統→激光清洗→密封釘焊接→清洗→尺寸測量，占生產線價值量約35%。

化成和分容作為后段工藝中最主要環節，對成型的電池進行激活檢測，由于電池的充放電測試周期長，因此設備的價值量最高?；晒に嚨闹饕饔迷谟趯⒆⒁悍庋b后的電芯充電進行活化，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并進行分級?；珊头秩莘謩e由化成機和分容機通常由自動化分容化成系統完成。

這之后就是組裝即PACK環節和物流自動化環節。

近年來鋰電設備國產化進程加速，國產化率穩步提升。2008年我國鋰電設備國產化率（產值占比）僅為20%，到2016年則達到80%，鋰電設備是我國高端自動化裝備國產化的典范。到了2019年中國鋰電設備國產化率就能做到高達90%。目前，我國鋰電設備進口替代接近完成，部分產品甚至已經輸出海外，鋰電設備產業鏈整體已經處于全球一流水平，相信未來鋰電行業的騰飛少不了鋰電生產工藝的不斷進步。