先進儲能電池智能製造技術與裝備

儲能是節能環保、清潔能源、能源互聯、電動汽車等新能源產業的基礎技術。電池作為儲能的重要載體，其高安全性、高品質、高效率、低成本製造是新能源產業發展的必然要求。基於先進儲能電池大規模製造的需求，本書以先進儲能電池智慧製造為主線，闡述了先進儲能電池電芯製造技術、製造工藝、製造裝備的現狀、趨勢及構成，並就儲能電池製造數位化及智慧製造技術、儲能電池製造環境控制、製造測量與缺陷檢查、製造安全管理、能耗管理、製造工廠建設等方面的要求、設置原則以及保證方法與措施等進行了深入剖析和闡述。
 
本書可以為儲能及動力電池產業的工程技術人員在電池製造規劃、製造管理、電芯製造設備開發、製造安全與品質控制等方面提供參考；對儲能科學與工程、電化學、能源與動力工程等相關專業的高校本科生、研究生以及對儲能及動力電池產業感興趣的人士也具有參考價值。

第1 章 先進儲能電池產業介紹 1
1.1 概述 1
1.2 國家能源戰略與先進儲能電池產業 2
1.2.1 國家能源戰略2
1.2.2 先進儲能電池產業發展 4
1.2.3 儲能電池是一種通用目的產品5
1.3 先進儲能電池產業發展趨勢 6
1.3.1 儲能電池未來市場需求6
1.3.2 鋰電產業發展規律7
1.3.3 鋰電池技術未來發展趨勢 11
1.4 先進儲能電池製造裝備發展情況12
 
第2 章 先進儲能電池製造技術 14
2.1 先進儲能電池製造概述 14
2.1.1 儲能電池製造必然是大規模定制製造 14
2.1.2 電池製造與半導體製造的對比 16
2.1.3 先進儲能電池製造的8 大特徵 16
2.2 製造體系建立 18
2.2.1 製造相關標準 18
2.2.2 產品設計原則19
2.2.3 汽車動力蓄電池行業規範條件 20
2.2.4 鋰電池企業安全生產規範 20
2.3 製造品質及合格率 21
2.3.1 衡量儲能電池製造水準的8 大指標21
2.3.2 儲能電池電芯成品率 22
2.4 製造目標及路線圖22
2.4.1 製造技術現狀及趨勢 22
2.4.2 面向2035 儲能電池製造發展目標 24
2.5 儲能電池尺寸標準化與製造26
2.5.1 鋰電池尺寸規格國外現狀 26
2.5.2 鋰電池尺寸規格國內現狀 27
2.5.3 電池尺寸規格不標準帶來的問題 29
2.5.4 電池尺寸規格標準化的意義 30
2.6 先進儲能電池智慧製造的未來32
2.6.1 智慧製造的需求 32
2.6.2 智慧製造的路徑 33
2.6.3 智慧製造的思路 36
2.6.4 智慧製造品質縱向資料閉環 39
2.6.5 智慧製造品質橫向過程閉環 40
2.6.6 智慧製造系統成熟度實現的層級41
 
第3 章 先進儲能電池製造工藝 42
3.1 儲能電池製造工藝42
3.1.1 方形電池 43
3.1.2 圓柱電池 48
3.1.3 軟包電池 49
3.2 固態電池製造工藝52
3.3 工藝過程、裝備的標準化54
3.4 製造工藝及裝備創新的思路56
3.4.1 製造工藝及裝備發展趨勢 56
3.4.2 材料技術與製造技術深度融合 57
3.4.3 製造一體化及製造原理改變 58
3.4.4 製造工藝及電池結構精簡化59
 
第4 章 先進儲能電池智慧裝備 60
4.1 制漿設備 60
4.1.1 制漿工藝介紹60
4.1.2 制漿設備現狀 65
4.1.3 制漿設備未來發展趨勢 71
4.2 極片塗布設備 71
4.2.1 塗布機設備原理及分類 71
4.2.2 設備組成及關鍵結構73
4.2.3 設備選擇78
4.2.4 設備使用說明80
4.3 輥壓、分切設備100
4.3.1 輥壓設備 100
4.3.2 分切設備112
4.4 芯包製造設備 119
4.4.1 工序設備及指標119
4.4.2 極片極耳成型設備 120
4.4.3 芯包捲繞設備 125
4.4.4 芯包疊片設備 132
4.5 電芯裝配設備140
4.5.1 圓柱電池裝配線 140
4.5.2 鋁殼電池裝配線 158
4.5.3 軟包電池裝配線 184
4.6 乾燥設備196
4.6.1 乾燥設備介紹 196
4.6.2 真空乾燥原理 197
4.6.3 電池真空乾燥工藝 199
4.6.4 真空乾燥設備基本組成及分類 202
4.6.5 典型電池真空乾燥設備 203
4.6.6 鋰電池真空乾燥設備性能評估 210
4.6.7 真空乾燥設備發展方向 212
4.7 注液設備213
4.7.1 注液設備介紹 213
4.7.2 設備組成及關鍵結構 219
4.7.3 設備選擇和應用案例222
4.7.4 設備使用和維護222
4.8 電芯化成分容設備 223
4.8.1 設備原理、分類及主要性能指標223
4.8.2 軟包化成分容設備225
4.8.3 方殼化成分容設備 231
4.8.4 設備選擇與應用案例235
4.8.5 設備使用與維護235
4.8.6 化成設備發展趨勢 241
 
第5 章 先進儲能電池製造數位化、智慧化 243
5.1 先進儲能電池製造中繼資料與資料字典243
5.1.1 中繼資料 243
5.1.2 資料字典246
5.2 儲能電池智慧製造工業互聯網架構248
5.2.1 工業互聯網的三大核心和四大特點 248
5.2.2 工業互聯網平臺架構 249
5.2.3 設備層與車間層集成250
5.2.4 產業層與企業層、車間層集成250
5.2.5 儲能電池製造邊緣計算實施和邊緣協同 251
5.3 多元異構高通量製造資料獲取與資料平臺搭建 251
5.3.1 儲能電池製造多源異構高通量資料 251
5.3.2 儲能電池製造多源異構高通量資料平臺搭建252
5.4 儲能電池製造大資料分析256
5.4.1 工業大資料分析作用及前景256
5.4.2 大資料分析步驟256
5.5 數位化車間資料集成257
5.5.1 數位化車間現場網路架構257
5.5.2 資料集成架構258
5.5.3 資料集成資訊流260
5.5.4 資料獲取方式及資料集成要求 261
5.6 先進儲能製造過程追溯體系建設 262
5.6.1 什麼是製造過程追溯 262
5.6.2 儲能電池產品追溯系統的意義 262
5.6.3 製造過程追溯系統關聯物件 263
5.6.4 儲能電池追溯應滿足的要求 264
5.7 製造過程智慧管控 264
5.7.1 儲能電池生產智慧管控的分類 264
5.7.2 製造過程智慧管控未來的幾點展望 266
5.8 儲能電池製造管控微服務及App 266
5.8.1 儲能電池製造微服務描述 266
5.8.2 基於微服務構建的App 267
5.9 設備健康管理與預測性維護 268
5.9.1 設備健康管理 268
5.9.2 設備預測性維護 269
5.10 製造品質分析及資料閉環271
5.10.1 儲能電池製造品質分析架構 271
5.10.2 閉環品質控制方法 273
5.10.3 電池品質失效分析模型 277
5.11 5G TSN 與OPC UA 的暢想 282
5.11.1 為什麼需要5G 282
5.11.2 為什麼需要TSN 282
5.11.3 為什麼需要OPC UA 283
5.11.4 5G TSN 與OPC UA 的關係 284
 
第6 章 先進儲能電池製造環境控制 286
6.1 製造環境要求 286
6.1.1 室外環境 286
6.1.2 室內環境 289
6.2 儲能電池製造的環境污染 297
6.3 污染的來源與控制 297
6.3.1 水分除濕 297
6.3.2 潔淨風管和圍擋結構 298
6.3.3 操作人員 298
6.3.4 外界自然環境 298
6.3.5 生產車間管理 299
6.3.6 金屬異物控制 299
6.4 環境與污染的監控299
 
第7 章 先進儲能電池製造測量與缺陷檢查 305
7.1 製造過程測量的內容分類及評估方法305
7.1.1 內容分類305
7.1.2 評估方法 306
7.2 製造過程測量及設備 314
7.2.1 射線面密度測量儀 314
7.2.2 鐳射測厚儀 315
7.2.3 張力計 315
7.2.4 黏度計 316
7.2.5 電阻測試儀 317
7.2.6 糾偏儀 318
7.2.7 稱重系統 320
7.3 製造缺陷檢測及設備 321
7.3.1 顯微放大系統 321
7.3.2 CCD 測試系統322
7.4 電芯內部檢測與設備324
7.4.1 X-CT 技術及測試系統 324
7.4.2 超聲檢測系統326
7.4.3 紅外熱成像檢測系統327
7.4.4 植入式感知系統 328
7.5 小結329
 
第8 章 先進儲能電池製造安全 330
8.1 概述330
8.1.1 電池安全 330
8.1.2 電池熱失控 331
8.2 電池安全性影響因素 333
8.2.1 電池設計的安全性影響因素 333
8.2.2 電池生產製造過程中的安全性影響因素 335
8.2.3 使用與濫用過程中的安全性影響因素 339
8.3 電池製造安全控制與管控體系 340
8.3.1 電池製造安全因素控制 340
8.3.2 電池製造安全控制核心要點 340
8.3.3 電池製造安全管控體系 342
 
第9 章 先進儲能電池製造能耗管控 346
9.1 能耗管理的作用及意義 346
9.1.1 能耗管理概述 346
.1.2 國內外製造業能耗監控發展現狀 346
9.1.3 儲能電池製造能耗管理的價值 347
9.2 儲能電池製造能耗 348
9.2.1 生產過程中的能耗 349
9.2.2 生產環境控制能耗 350
9.3 儲能電池製造能耗標準及評價方法351
9.3.1 製造能耗標準 351
9.3.2 製造設備的能耗控制標準 353
9.3.3 製造工藝的能耗控制標準 354
9.3.4 製造環境的能耗控制標準 355
9.3.5 能耗監控的智慧化 356
9.4 儲能電池製造能耗評價方法 357
9.4.1 能耗評價方法類型 357
9.4.2 製造工序能耗計算評價方法 358
9.4.3 製造系統能耗計算評價方法 358
9.5 儲能電池製造關鍵能耗設計規範 359
9.5.1 能耗設計規範的意義 359
9.5.2 製造設備能耗設計規範 360
9.5.3 製造環境能耗設計規範 361
9.5.4 規範儲能電池製造生產工序362
9.5.5 將節能設計與現代智慧控制和分析相結合362
9.5.6 能效管理系統設計362
9.6 儲能電池製造能耗管理與監控363
9.6.1 能耗管理363
9.6.2 能耗監控 368
9.7 儲能電池製造能耗計算實例370
9.7.1 能耗計算實例1370
9.7.2 能耗計算實例2 370
 
第10 章 先進儲能電池智慧製造工廠建設 372
10.1 儲能電池工廠建設的原則與內容372
10.1.1 工廠建設的基本原則372
10.1.2 儲能電池大規模生產的條件372
10.1.3 製造合格率分解373
10.1.4 儲能電池生產設備選擇原則374
10.1.5 智慧工廠設計流程375
10.2 儲能電池智慧工廠集成376
10.2.1 總體框架376
10.2.2 核心業務377
10.2.3 主要技術特徵377
10.2.4 軟硬體集成 379
10.2.5 儲能電池無人化工廠 380
10.3 儲能電池製造品質優化 381
10.3.1 儲能電池製造品質目標 381
10.3.2 儲能電池製造過程優化 382
10.3.3 電芯整體品質優化 384
10.4 儲能電池製造輔助系統集成384
10.4.1 智慧能源系統 384
10.4.2 智慧物流系統 386
10.4.3 智慧視頻監控 386
參考文獻388