先进储能科学技术与工业应用丛书--先进储能电池智能制造技术与装备

本书是“优选储能科学技术与工业应用丛书”的一个分册，本套丛书由中科院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：
★优选储能电池产业介绍
★优选储能电池制造技术
★优选储能电池制造工艺
★优选储能电池智能装备：制浆设备、极片涂布设备、分切设备、芯包制造设备、电芯装配设备、干燥设备、注液设备、电芯化成分容设备
★优选储能电池制造数字化、智能化
★优选储能电池制造环境控制
★储能电池制造测量与缺陷检查
★储能电池制造安全
★储能电池制造能耗管控
★优选储能电池制造工厂建设

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，其高安全性、高品质、高效率、低成本制造是新能源产业发展的必然要求。
基于优选储能电池大规模制造的需求，本书以优选储能电池智能制造为主线，阐述了优选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，并就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、制造安全管理、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、制造安全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。

阳如坤，研究员，靠前IEC/TC23/SC23K专家，国标委SAC/TC159专家，享受国务院政府特殊津贴和广东省政府特殊津贴，2009年被评为“深圳市高层次人才”，2014年成为深圳市专家库专家，2018年被评为广东省“特支人才”，现任深圳吉阳智能科技有限公司董事长。
曾先后获得国家科技进步奖、国家科技部刘永龄科技奖、科学院科技进步特等奖、国家能源科技进步奖等各类奖项。牵头制定《汽车动力蓄电池工程装备发展路线图》。在智能机器开发、锂电池制造、锂电装备制造、智能制造系统与体系建设等领域有深入研究和丰富的实践经验，组织研究锂电池制造工艺与装备，建立了锂离子电池数字化车间集成标准，解决了锂离子电池智能制造基础问题，走出了中国锂电装备创新发展的技术路线，拥有超过300项电池制造激光模切、卷绕、叠片、极片清洗制造技术及装备的核心，初步解决了锂离子电池生产装备的关键核心难题。

章 优选储能电池产业介绍 1
1.1 概述 1
1.2 国家能源战略与优选储能电池产业 2
1.2.1 国家能源战略2
1.2.2 优选储能电池产业发展 4
1.2.3 储能电池是一种通用目的产品5
1.3 优选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 优选储能电池制造装备发展情况12

第2 章 优选储能电池制造技术 14
2.1 优选储能电池制造概述 14
2.1.1 储能电池制造必然是大规模定制制造 14
2.1.2 电池制造与半导体制造的对比 16
2.1.3 优选储能电池制造的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 锂电池企业安全生产规范 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 储能电池尺寸标准化与制造26
2.5.1 锂电池尺寸规格国外现状 26
2.5.2 锂电池尺寸规格国内现状 27
2.5.3 电池尺寸规格不标准带来的问题 29
2.5.4 电池尺寸规格标准化的意义 30
2.6 优选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 优选储能电池制造工艺 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 软包电池 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 制造一体化及制造原理改变 58
3.4.4 制造工艺及电池结构精简化59

第4 章 优选储能电池智能装备 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 芯包制造设备 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 芯包卷绕设备 125
4.4.4 芯包叠片设备 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 软包电池装配线 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性能评估 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、分类及主要性能指标223
4.8.2 软包化成分容设备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 优选储能电池制造数字化、智能化 243
5.1 优选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 优选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性维护 268
5.9.1 设备健康管理 268
5.9.2 设备预测性维护 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 优选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 优选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 优选储能电池制造安全 330
8.1 概述330
8.1.1 电池安全 330
8.1.2 电池热失控 331
8.2 电池安全性影响因素 333
8.2.1 电池设计的安全性影响因素 333
8.2.2 电池生产制造过程中的安全性影响因素 335
8.2.3 使用与滥用过程中的安全性影响因素 339
8.3 电池制造安全控制与管控体系 340
8.3.1 电池制造安全因素控制 340
8.3.2 电池制造安全控制核心要点 340
8.3.3 电池制造安全管控体系 342

第9 章 优选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 优选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 总体框架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 智能视频监控 386

参考文献388