在過(guò)去的十年中，鋰電池行業(yè)從半自動(dòng)轉(zhuǎn)向單機(jī)自動(dòng)化，然后逐漸走向全自動(dòng)化和智能化。在此過(guò)程中，電池生產(chǎn)過(guò)程幾乎沒(méi)有重大變化。

然而，隨著對(duì)電池的需求每年持續(xù)飆升超過(guò)100%，電池材料系統(tǒng)不斷升級(jí)，電池生產(chǎn)過(guò)程將不可避免地面臨升級(jí)，以適應(yīng)電池生產(chǎn)規(guī)模和電池系統(tǒng)的變化。與之相對(duì)應(yīng)的是，電池設(shè)備作為鋰電池行業(yè)的重要組成部分，也迎來(lái)了新的突破機(jī)遇。

 

電池生產(chǎn)工藝和設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)

未來(lái)，儲(chǔ)能電池的發(fā)展趨勢(shì)將從單一的小電池發(fā)展到更大的容量。鋰電池生產(chǎn)設(shè)備公司必須確保這種大型電池單元的制造精度和高制造效率。隨著電池兼容性的提高，零件的加工精度和部件的裝配精度也應(yīng)相應(yīng)提高。

要解決鋰電池大規(guī)模制造的問(wèn)題，首先必須提高設(shè)備的效率。鋰電池設(shè)備的生產(chǎn)效率主要從兩個(gè)方面解決。

一是提高設(shè)備的生產(chǎn)速度，使用更快、更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和控制方法；另一個(gè)是減少設(shè)備運(yùn)行所消耗的時(shí)間，即輔助時(shí)間。由此看來(lái)，鋰電池生產(chǎn)設(shè)備的更新迭代正朝著規(guī)模化、高精度、高可靠性、集成智能化的方向發(fā)展。

 

 

從鋰電池生產(chǎn)工藝優(yōu)化的角度來(lái)看，集成智能設(shè)備比單機(jī)設(shè)備具有更高的生產(chǎn)穩(wěn)定性、更高的自動(dòng)化程度，對(duì)電池生產(chǎn)工藝的適應(yīng)性更全面、更強(qiáng)大。同時(shí)，集成智能設(shè)備在降低制造企業(yè)的人力和土地成本、縮短工藝連接和減少材料損失方面也發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

 

電池材料技術(shù)與電池生產(chǎn)技術(shù)的深度融合

在整個(gè)電池生產(chǎn)過(guò)程中，它是從納米級(jí)材料加工操作到米級(jí)設(shè)備生產(chǎn)和加工的過(guò)程。過(guò)去，鋰電池生產(chǎn)主要側(cè)重于基于牛頓力學(xué)的設(shè)備制造效率、制造質(zhì)量和成本的控制。主要控制是材料的物理位置、速度、加速度、慣性、摩擦、阻力和其他參數(shù)。

相對(duì)而言，這些控制是宏觀的，過(guò)程的可見(jiàn)性和可觀察性相對(duì)容易控制?；谶@樣一個(gè)事實(shí)，即電池是在內(nèi)部電場(chǎng)作用下離子遷移的過(guò)程，而電子轉(zhuǎn)移的過(guò)程是從外部反映出來(lái)的。這樣的工藝決策必須從微觀角度出發(fā)，使用量子力學(xué)來(lái)控制電池的生產(chǎn)和使用過(guò)程。

考慮電池生產(chǎn)和制造后電池結(jié)構(gòu)和組成的演變、電子和離子的傳輸行為、界面問(wèn)題和性能規(guī)模效應(yīng)對(duì)電池的影響、充電和放電過(guò)程中電池界面的變化以及過(guò)程的性能和規(guī)模變化。需要考慮內(nèi)部分子和離子之間的耦合效應(yīng)、溫度效應(yīng)和形狀體積變化，然后控制電池的安全性、自放電、循環(huán)壽命、能量密度和功率密度。

 

 

這需要從微觀角度更多地考慮電池生產(chǎn)過(guò)程的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和穩(wěn)定性。然而，目前還沒(méi)有完整的理論模型來(lái)管理和控制電池生產(chǎn)方面的這些復(fù)雜過(guò)程。這是一個(gè)多物理耦合、多變量、異構(gòu)數(shù)據(jù)、多尺度形狀控制、固有控制規(guī)律和海量數(shù)據(jù)管理問(wèn)題的問(wèn)題。

可以采用的方法是基于定性趨勢(shì)分析和大數(shù)據(jù)建模的機(jī)器學(xué)習(xí)和優(yōu)化建模方法，利用量子力學(xué)理論找出電池的內(nèi)部科學(xué)規(guī)律，并進(jìn)行過(guò)程優(yōu)化、決策和控制。

建立分析方法和評(píng)估方法，以實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)、大規(guī)模和定制的電池生產(chǎn)。最終解決了離子遷移、發(fā)熱和傳熱、內(nèi)壓控制、實(shí)現(xiàn)工藝變形、SEI膜、鋰枝晶控制等問(wèn)題。

 

電池生產(chǎn)的整合和制造原理的變化

上一節(jié)從微觀量子的角度討論了電池生產(chǎn)中需要考慮的微觀問(wèn)題。廣義狀態(tài)變量用于量化鋰離子電池中宏觀和微觀耦合電化學(xué)反應(yīng)的多物理控制過(guò)程中電池的電化學(xué)過(guò)程。

利用多方向流動(dòng)的光滑粒子動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬技術(shù)，開(kāi)發(fā)了一個(gè)可以考慮電極介觀微觀結(jié)構(gòu)的數(shù)值模型，以模擬放電過(guò)程中電池內(nèi)部的離子濃度場(chǎng)。微觀細(xì)節(jié)的分布，如固相和液相電勢(shì)場(chǎng)和開(kāi)關(guān)電流密度，以及電池的宏觀性能，如輸出電壓等。

 

 

基于此，可以分析和揭示電池充電和放電過(guò)程的基本物理和化學(xué)機(jī)制、電池的宏觀性能與構(gòu)成電極的固體活性材料的粒度之間的關(guān)系。

干電極制造是在介觀粒子動(dòng)力學(xué)理論的指導(dǎo)下，將電極制造中的混合、攪拌、涂覆、干燥、軋制等過(guò)程集成在一起。激光模切和卷繞的集成、激光模切和堆疊的集成以及后續(xù)組裝過(guò)程合并到一個(gè)設(shè)備中也是重要的趨勢(shì)。

未來(lái)，可能只有三種電池設(shè)備，即：極靴設(shè)備、組裝設(shè)備和測(cè)試設(shè)備。當(dāng)然，這是制造商的未來(lái)和理想。這需要材料、電池生產(chǎn)和設(shè)備的共同努力和進(jìn)步。

 

電池生產(chǎn)工藝和電池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化

鋰電池生產(chǎn)過(guò)程中每個(gè)工藝部分的設(shè)備顯著影響電池性能，電池生產(chǎn)過(guò)程的長(zhǎng)度影響電池單元制備的一致性和可控性。板材制造和電池形成過(guò)程的簡(jiǎn)化是一個(gè)成功的例子。

滾切一體機(jī)、模切卷繞一體機(jī)、沖切復(fù)合一體機(jī)等設(shè)備的誕生，一方面簡(jiǎn)化了流程，增加了設(shè)備的閉環(huán)控制。另一方面，它減少了原材料復(fù)雜運(yùn)輸路線造成的損失成本，并節(jié)省了人力。

 

 

圍繞電池性能和電池生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化將為電池行業(yè)的未來(lái)發(fā)展帶來(lái)翻天覆地的變化。例如，電池盒的形狀、尺寸和極連接隨性能、制造和連接要求而變化，內(nèi)部集電器和極連接根據(jù)電池回收的要求而變化。

 

結(jié)論

隨著新能源鋰電池應(yīng)用需求的不斷擴(kuò)大，領(lǐng)先的鋰百?gòu)?qiáng)制造商通過(guò)不斷擴(kuò)張以降低成本實(shí)現(xiàn)了規(guī)模，并對(duì)電池生產(chǎn)線技術(shù)、性能和生產(chǎn)效率提出了更高的要求。

鋰電池設(shè)備對(duì)鋰電池生產(chǎn)技術(shù)、鋰電池產(chǎn)量和生產(chǎn)效率的不斷提高起著關(guān)鍵作用。創(chuàng)新能力是電池生產(chǎn)過(guò)程的核心能力。鋰電池設(shè)備的更新迭代和鋰電池生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)一步突破需要密切合作。