锂电池制造工艺及装备 课件汇 陈华 第2-7章 锂电池原理与结构 -电池智能制造

第2章电池原理与结构锂电池制造工艺及装备锂电制造工艺及装备工程思维的方法课程内容介绍课程讲解—知识点1231.工程思维的方法---自我发现探求高效的方法，贯穿学习、工作和生活的过程科学逻辑积累改善目标愿景效率原则方法总结制造业基础标准材料装备智能化教学，不是注满一桶水，而是点亮一把火—叶圣陶1.工程化思维的四个原则—工程哲学产业标准化可积累的改善可持续的发展综合最优化产业的基础原理工程及产业发展的规律，科学原理的综合。积累：经验、方法、习惯、人脉、财富。高效、省力、节能、环保，产业发展定位基准钱学森《工程控制论》1954年。思考的方法。寻优：没有最好，只有更好。1.工作方法---自我总结和激励工作方法相信自己能够改变世界，高效工作，工具箱永不上锁，随时为我所用；懂得何时独立工作，何时相互协作，不仅分享工具，更要分享思想；信任自己的伙伴，时刻求助，拒绝空想，拒绝官僚，因为，这里拒绝所有荒谬；自身能力无限，只要精益求精，挑战不可能，制造世界就属于我们；工作的优劣，让用户判断，新奇的想法并非都是坏想法；要不断尝试新的高效工作方式，每天都必须做出贡献，否则，平凡将永远是平凡，相信事在人为，只需用心协力，不断地创造。

锂电制造工艺及装备工程思维的方法课程内容介绍课程讲解—知识点1232.课程内容介绍3.1电池的分类、特点3.2铅酸电池3.3锂电池及其分类3.4锂离子电池原理与结构3.5锂电池发展趋势及未来3.6钠离子电池锂电制造工艺及装备工程思维的方法课程内容介绍课程讲解—知识点1233.1电池的分类、特点学科分类：化学电池、物理电池和生物电池三大类；电解液种类：碱性电池、酸性电池、有机电解液电池、中性电池、非水无机电解质电池、固体电解质电池工作性质及储存方式划分：一次电池、二次电池电池所用的正负极材料划：锌系列电池、镍系列电池、铅系列电池、锂离子电池、锂锰电池、空气系列电池。电池特性:高容量电池、密封电池、高功率电池、免维护电池、防爆电池。蓄电池，常说的电池是一种化学电源，即能将电能转化为化学能储存，也能通过其内部的化学反应向用电设备供电。一次电池（不可充电电池）™金属锂电池：锂锰电池、锂亚电池、锂铁电池™干电池：锌锰干电池、碱性锌锰电池贮备电池：银锌电池二次电池（可充电电池）™可充电电池：铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锌空气电池、液态锂离子电池、聚合物锂离子电池其它电池（只能发电，不能储电）™燃料电池：氢燃料电池、直接甲醇燃料电池™太阳能电池：单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、光敏化学太阳能电池，钙钛矿太阳能电池。3.1电池的分类、特点3.1课程讲解--电池的分类、特点电池种类：化学电池、物理电池和生物电池三大类1．化学电池：化学电池是利用物质的化学反应发电，

按工作性质分为原电池、蓄电池、燃料电池和储备电池。原电池蓄电池燃料电池储备电池3.12．物理电池：物理电池是利用光、热、物理吸附等物理能量发电的电池，如太阳能电池、超级电容器、飞轮电池等。车用动力蓄电池：铅酸蓄电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池。物理电池：超级电容器用在电动汽车。生物燃料电池：氢燃料电池和氧化物燃料电池。电池的分类、特点3．生物电池：生物电池是利用生物化学反应发电的电池，如微生物电池、酶电池、生物太阳电池等。3.1电池的分类、特点1．电压:V,mV

2．容量：Ah,mAh3．内阻:欧姆，4.能量：Wh或kWh

质量比能量：Wh/Kg体积比能量：Wh/L5．功率：W,KW

质量比功率，W/kg

体积比功率，W/L或kW/L6．输出效率:输入与输出之百分比能量效率

容量效率7.放电深度(DOD)8．放电倍率：放电倍率等于放电电流与额定容量之比9．使用寿命：循环次数电池的性能指标

电动汽车对动力电池的要求1．比能量高：2．安全性好:3．比功率大:4．充放电效率高:5．相对稳定性好:6．使用成本低:3.1电池的分类、特点3.1电池发展的历史课程内容3.1电池的分类、特点3.2干电池与铅酸电池3.3锂电池及其分类3.4锂离子电池原理与结构3.5锂电池发展趋势及未来3.6钠离子电池铅酸电池及干电池3.2常用干电池3.2铅酸电池铅酸电池（VRLA），电极：铅及其氧化物，电解液：硫酸溶液。铅酸放电态：正极为二氧化铅，负极主铅；充电态：正负极均为硫酸铅。铅酸的标称电压：2.0V，电压范围1.5V-2.4V；6个单格铅酸电池串联是12V的铅酸电池，还有24V、36V、48V等。3.2锂电与锂电发展的历史铅酸电池的特点：能量密度：30-60WH/Kg;寿命：500次；铅碳：1500次；安全性好!铅是重金属，污染环境；课程内容3.1电池的分类、特点3.2干电池与铅酸电池3.3锂电池及其分类3.4锂离子电池原理与结构3.5锂电池发展趋势及未来3.6钠离子电池3.3锂电池及其分类锂电池是一类由锂化合物或锂金属为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由GilbertN.Lewis提出并研究。20世纪70年代时，M.S.Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。导致锂离子电池率先产业化。锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。1991年索尼正式量产现代锂离子电池。3.3锂电池及其分类锂离子电池：锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。充电正极上发生的反应为：LiCoO2=Li(1-x)CoO2+xLi++xe-(电子)充电负极上发生的反应为：6C+xLi++xe-

=LixC6充电电池总反应：LiCoO2+6C=Li(1-x)CoO2+LixC6锂金属电池：锂金属电池一般是使用二氧化锰（硫）为正极材料、金属锂或其合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。放电反应：Li+MnO2=LiMnO2锂电池与其他二次电池的对比3.3二次电池分类锂离子电池镍氢电池镍镉电池铅酸电池正极体系锂过渡金属氧化物氢氧化亚镍氢氧化亚镍二氧化铅负极体系石墨等层状物储氢合金氧化镉海绵铅隔膜体系PP/PEPP或PEPP尼龙玻璃纤维棉电解液体系有机锂盐电解液KOH水溶液KOH水溶液稀硫酸标称电压3.0~3.71.21.22.0体积能量密度350~600wh/l320~350wh/l160~180wh/l65~wh/l重量能量密度180~300wh/kg60~65wh/kg40~45wh/kg25~30wh/kg电池原理离子迁移氧化还原氧化还原氧化还原充放电方法恒流恒压充电恒流充电恒流充电恒流充电充电终点控制恒流/限压恒流限时恒流限时恒流稳压安全性有一定隐患安全安全安全环保环保环保镉污染铅污染最佳工作温度0℃~45℃-20℃~45℃-20℃~60℃-40℃~70℃价格（元/wh）0.7~0.8/wh3.5~4.0/wh2.2~2.8/wh0.7~1.0/wh充电器成本高（恒流恒压）一般（控制恒流源）一般（控制恒流源）低（稳压源）高能量密度：质量比能量，150～300Wh/kg～500Wh/kg；

体积比能量，250～790Wh/L～1300Wh/L。 开路电压高：可达3.2～4.2V。 

输出功率大：可达300～5000W/kg(@20秒)。 无记忆效应:无记忆效应，可随时充放电，使用维护简便。

不要每次把电用完才充电！！！低自放电：<5％～10％/月。工作温度范围宽：可在-20℃～60℃之间正常工作。充、放电速度快；0.2C～5C。--但需谨慎！锂离子电池的优点3.3课程内容3.1电池的分类、特点3.2干电池与铅酸电池3.3锂电池及其分类3.4锂离子电池原理与结构3.5锂电池发展趋势及未来3.6钠离子电池锂离子电池的原理

正极：锂化合物LiXCoO2、LiXNiO2或LiXMnO2，负极：锂-碳层间化合物LiXC6。电解质：溶解有锂盐LiPF6、LiAsF6等有机溶液。隔膜为带孔的塑料。3.4在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，被形象的称为:“摇椅电池”。充放电过程：是一个漫长过程，嵌出、迁出，移动，进入，嵌入。电子转移与离子迁移。电池充放电是物质转移过程。锂离子电池结构正极活性物质（LiCoO2\LiMnO2\LiNixCo1-xO2)

导电剂、溶剂、粘合剂、基体(铝箔)负极活性物质（石墨、MCMB)

粘合剂、溶剂、基体（铜箔）隔膜（PE、PP/PE/PP）电解液（LiPF6+DMCECEMC)五金和辅材（铝壳、盖板、极耳、胶纸、隔圈片）523450AR52表示厚度为：5.2mm34表示宽度为：34mm50表示高度为：50mmA表示为铝壳R表示大圆角r表示小圆角3.43.4锂离子电池原理与结构铝壳电池结构软包铝塑膜电池结构3.4锂离子电池原理与结构3.4锂电池及其分类1—隔膜，2,3—负极及极耳，4,5—正极及极耳叠片电池的结构课程内容3.1电池的分类、特点3.2干电池与铅酸电池3.3锂电池及其分类3.4锂离子电池原理与结构3.5锂电池发展趋势及未来3.6钠离子电池3.5锂电池的发展趋势—规律锂电发展的趋势规律半固态电池与固态电池锂硫、锂空电池一般制造业发展的规律---西奥多-莱特定律IT摩尔定律LED海滋定律光伏行业SWANSON定律电池行业发展的规律是什么？微处理器芯片的电路密度每两年将翻番，价格减半。LED的价格每十年降为原来的10%，性能则提高20倍。全球太阳能光伏电池的制造能力每增加一倍，成本下降20%。能量密度？价格？周期？幅度？

美国MBA教授：1936年，西奥多-莱特在研究生产成本时，发现飞机生产数量每累计增加一倍，制造商就会实现成本按百分比持续下降，比如生产第2000架飞机的成本比生产第1000架飞机的成本低15%，生产第4000架飞机的成本，比生产第2000架飞机的成本低15%。3.5集成电路周期发展规律---经济规律集成电路发展规律---十年为周期，依赖技术创新、产业需求。3.5锂电能量密度发展规律---技术推动电芯能量密度每10年翻翻，每年增长7-8%;资料来源：《锂离子电池过往与未来》，新时代证券研究所3.5锂电产业周期发展规律---输出产能及经济规律锂电产业市场+技术驱动影响：产能增长周期为5年；复合增长率45%。五年五年五年输出产能增长规律：每年45%锂电产业输出产能变化的周期。3.5电池价格每年下降18%左右，产能每年增长45-50%中国电池产业的价格走势数据来源：国泰君安证券研究所2019年12月25日新材料在线3.5年均成本减少率（annualdecreaseratioADR）学习率（learningrateLR）是成本的下降量与市场规模增量的比值，或者看作是市场规模每增加一倍，成本的下降程度.自1991年锂电商业化至2020年，成本下降了多少？全类型电池及圆柱形电池的价格年下降率ADR:17.1%和17.4%；全类型电池及圆柱形电池的学习率LR:26.6%和30.9%。全球锂电池价格规律97％3.5锂电池产业发展的规律---剪刀叉规律杜克大学环境与地球学院，盖世汽车资讯SourceGlobalEVOutlook20173.5锂电池产业发展的规律---四大规律CATL的剪刀叉发展规律3.5受政策、技术进步、需求影响：能量密度、价格成剪刀交叉规律发展;市场产能周期为5年;复合增长率为45-50%；能量密度每年增长7-8%,10年能量密度翻倍;价格每年下降18%。锂电产业发展规律影响的因素:材料、电池技术不断升级；国家政策、国家宏观规划；使用模式、商业模式驱动；制造技术、方法日新月异；电动化无处不在。影响锂电产业发展规律的因素3.53.5锂电池的发展趋势及未来3.5锂电池的发展趋势及未来3.5锂电池的发展趋势及未来3.5锂电池的发展趋势及未来课程内容3.1电池的分类、特点3.2干电池与铅酸电池3.3锂电池及其分类3.4锂离子电池原理与结构3.5锂电池发展趋势及未来3.6钠离子电池钠离子电池研究背景虽然是作为最先进的储能二次电池的锂离子电池，已广泛应用于小型电子产品并有可能成为未来新能源汽车的动力电池以及大规模储能工程的配套电源。但是锂离子电池又有其存在的问题：1安全性问题—在锂离子电池中，除了正常的充放电外，还存在很多放热副反应，电池温度过高或充电电压过高时，放热副反应就可能会被引发从而引起一系列安全问题。2成本问题—高昂的成本是制约锂离子电池普及使用的一个重要因素。LiCoO2是研究最早且技术最成熟的锂离子电池正极材料，在锂离子电池正极材料市场占主导地位，但是钴资源匮乏，价格昂贵，直接导致电池成本高。3锂资源短缺—我国的锂储量十分有限，仅占地壳的0.0065%，并且分布不均，我国主要集中在青海，西藏等偏远地区，开发利用会有很多困难。。3.648基于上述原因，研究人员又将目光转向了与锂同一主族的钠金属原子量/gmol-1密度/gcm-3离子半径/pm价态变化比容量/mAhg-1标准电势/Vvs.SHE地壳丰度价格/元kg-1Li6.940.5346813862-3.040.006%~40Na22.990.9689711166-2.72.64%~2表1钠单质与锂单质的比较钠离子电池研究背景3.6充电时钠离子从阳极脱嵌进入阴极，放电时钠离子从阴极进入阳极。外电路电子从负极进入阳极钠离子被还原成钠钠离子电池的工作原理正极材料负极材料电解液电池的核心部件性能电池电化学性能隔膜电池外壳3.612串联双极性电池单体电池串联3.6钠离子电池的特点钠离子电池和锂离子电池对比钠离子电池锂离子电池正极材料:Na-Cu-Fe-Mn-OLi-Ni-Co-Mn-O正极集流体:铝箔铝箔电解质材料:1MNaPF6-EC-DMC1MLiPF6-EC-DMC负极材料:无烟煤基软碳石墨负极集流体:铝箔铜箔钠离子电池的优势：钠储量丰富，没有资源限制，规模可以做很大成本相对较低，安全性高，环境友好负极集流体用铝箔，没有过放电问题可以沿用锂离子电池现有生产工序和设备，可行性高3.63.6钠离子电池-谢谢大家的聆听-第3章电池材料锂电池制造工艺及装备背景锂离子电池应用领域1.工程思维的方法---自我发现探求高效的方法，贯穿学习、工作和生活的过程科学逻辑积累改善目标愿景效率原则方法总结制造业基础标准材料装备智能化教学，不是注满一桶水，而是点亮一把火—叶圣陶背景锂离子电池充放电原理正极：LiCoO2

⇌Li1-xCoO2+xLi++xe–

负极：6C+xLi++xe-⇌LixC6

总反应：6C+LiCoO2

⇌Li1-xCoO2+LixC6

z：电极反应中转移电子的物质的量F：法拉第常数，F=96500C/molR：8.314J/mol·KEΘ：标准电势，当放电电流趋于零时，输出电压等于电池电势。电池能斯特方程根据能斯特方程可知，电池电压在电池运作范围内会随电池电量、电极材料以及其所处环境而有所变化。Charging+-PARTONE锂离子电池充放电原理充电时锂离子从正极材料中脱出通过隔膜经电解质溶液向负极迁移同时电子在外电路从正极流向负极锂离子在负极得到电子后被还原成金属锂嵌入负极晶格正极：LiCoO2→xLi++xe-+Li(1-x)CoO2负极：6C+xe-+xLi+→LixC6eeeeeeeeeeeeeeeeeDischargingPARTONE锂离子电池充放电原理负极的锂会失去电子成为锂离子通过隔膜经电解质溶液向正极方向迁移并进入正极材料中储存+-eeeeeeeeeeeeeeeee正极：xLi++xe-+Li(1-x)CoO2

→LiCoO2负极：LixC6→6C+xe-+xLi+背景锂离子电池组成部分锂离子电池组成部分1正极材料成本＞40%2负极材料成本＜15%3隔膜成本20%~30%4电解液成本10%~15%④④①②目录0102020304正极材料简介负极材料简介隔膜简介电解液简介离子电池之父goodenough先生。获奖者Goodenough(足够好先生)已经97岁高龄，他曾经说过：我们有些人就像是乌龟，走得慢，一路挣扎，到了而立之年还找不到出路。但乌龟知道，他必须走下去。1976年，足够好先生因为牛津大学化学系恰好出现的空缺就转过去了，那一年他开始关注电池领域，这时他已经54岁了其实20世70年代就已经有锂电池了，这种电池是以金属锂作为电极材料的，但是金属锂实际上非常活泼，很容易燃烧，所以那时候发生了很多电池燃烧爆炸的事情。这时在牛津的足够好先生把目光放在了钴酸锂这种材料上，这是一种层状的材料，锂离子就像是被嵌在中间一样，所以足够好先生大胆提出用钴酸锂作为电极材料，锂离子就可以在电极材料中进行嵌入和嵌出。日本的索尼公司将钴酸锂和石墨联用就创造出了可以充电的锂离子电池，并且推向了商业化。这也是我们现在用的锂离子电池的开端。之后足够好先生又用了磷酸铁锂材料来代替钴酸锂(75岁)，锂离子电池与2019年诺贝尔化学奖而从1981年开始研究锂电池的吉野彰，在接受采访时表示：“我做研究的原始动力是我的好奇心，它驱使着我前进。”，吉野彰经过不断尝试，于1985年开发出了用碳基材料作为负极，正极依旧为钴酸锂的新型锂离子二次电池(LIB)，从而确立了现代锂离子电池的基本框架。1991年，吉野彰的开发的电池由旭化成和索尼共同推向市场，迅速成为被手机、笔记本电脑、数码相机、电动汽车等电子产品广泛使用的电池产品。2010年锂离子电池的市场规模达到了1万亿日元。吉野彰1948年出生于日本大阪，他是目前智能手机、电动汽车等诸多产品中使用的锂离子电池的开发者、旭化成公司研究员，旭化成株式会社吉野研究室室长，同时还是京都大学大学院工学研究专业特命教授、名城大学教授。锂离子电池与2019年诺贝尔化学奖一、正极材料简介正极活性物质的特性要求正极活性物质的特性要求1、比容量大，要求正极材料有低的相对分子量，且其宿主结构能插入大量的Li+；2、工作电压高，要求体系放电反应的Gibbs自由焓负值大；3、倍率性能好，要求Li+在电极材料内部和表面有较高的扩散速度；4、循环寿命长，要求Li+的嵌入/脱出过程中材料的结构变化尽可能的小；5、良好的锂离子及电子导电性，以获得较好的倍率及低温性能；6、制备工艺简单，易于规模化，制造和使用成本低；一、正极材料简介现阶段主流正极材料名称

钴酸锂锰酸锂磷酸铁锂镍钴锰酸锂化学式LiCoO2LiMn2O4LiFePO4Li(NixCoyMnz)O2平均电压(搭配石墨)3.6V3.7V3.4V3.6/3.7V晶体结构层状尖晶石橄榄石层状循环寿命500-1000500–20002000–60008000–2000运行温度AverageAverageGoodGood电芯能量密度180–240Wh/kg130–180Wh/kg130–180Wh/kg180–250Wh/kg功率1C10C,40C脉冲35C连续10C安全性BadGoodExcellentGood热失控开始温度150°C

(302°F)250°C

(482°F)270°C

(518°F)210°C

(410°F)商用化时期1994200219992003研究及生产机关Samsung,LG,Sony,SanyoNEC,Samsung,HitachiUT,QH,MIT，A123,ValenceSamsung,LG,Sony,Sanyo,NissanMotor主要应用领域3C电子产品电动工具，医疗机器,电动汽车电动汽车及储能3C电子产品，电动工具，医疗机器，电动汽车一、正极材料简介正极活性物质放电曲线比较CathodeTypeChemistryExampleMetalPortionsExampleUseNCALiNiCoAlO280%Nickel,15%Cobalt,5%AluminumTeslaModelSLCOLiCoO2100%CobaltAppleiPhoneLMOLiMn2O4100%ManganeseNissanLeafNMCLiNiMnCoO233.3%Nickel,33.3%Manganese,33.3%CobaltTeslaPowerwallLFPLiFePO4100%IronStarterbatteries一、正极材料简介-LCO(LiCoO2)LCO结构

LCO是层状结构

正极晶体内锂离子做二维运动

雷达图

LCO电池的优点：能量密度高

LCO电池的缺点：相对短的循环寿命安全性不好及高倍率放电特性差SEM图

LCO微观形貌一、正极材料简介-LMO(LiMn2O4)LMO结构

LMO是尖晶石结构

正极晶体内锂离子做三维运动，运动速度快且内阻低雷达图

LMO电池优点:优秀的功率，低成本且安全性好

LMO电池缺点:寿命比较短，高温较差(Mn溶出)SEM图

LMO微观形貌一、正极材料简介-NCMNCM结构

与NCA,LCO相同，都是层状结构

正极结晶内锂离子二维运动

根据Ni,Co,Mn的配比，容量会有变化雷达图

NCM电池优点：高能量密度且性能平均

根据Ni,Co,Mn不同配比，电池性能多样，用途广

为了提升电池的性能，能够与其他材料混

用，来实现更佳的使用效果SEM图

NCM微观形貌一、正极材料简介-LiFePO4LiFePO4

结构

LFP是橄榄石结构

Goodenough等在1997年首次报道

正极晶体内锂离子在橄榄石结构做一维运动，将移动的一维粒子做成纳米颗粒来缩短运动的距离，从而提升锂离子电导特性

雷达图

LFP电池有着非常优秀的安全性且寿命长，成本低

缺点：能量密度低，低温性能略差SEM图

LFP微观形貌二、负极材料简介

负极活性物质的特性要求负极活性物质的特性要求1、嵌入脱出Li反应具有低的氧化还原电位，以满足电池具有较高的输出电压；2、Li嵌入脱出过程，电极电位变化较小，以保证充放电时电压波动小；3、Li嵌入脱出过程，结构稳定性和化学稳定性好，确保电池较高的循环及安全性；4、具有较高的可逆比容量；5、良好的锂离子及电子导电性，以获得较好的倍率及低温性能；6、制备工艺简单，易于规模化，制造和使用成本低；7、环境友好，资源丰富。二、负极材料简介

负极材料分类锂离子电池负极材料人造石墨天然石墨金属及其氧化物合金材料纳米材料无定型碳石墨化碳非碳负极材料碳负极材料难石墨化碳（硬碳）易石墨化碳（软碳）MCMB微晶石墨晶质石墨二、负极材料简介-石墨1、嵌锂电位低且平坦，可为锂离子提供高的、平稳的工作电压，大部分嵌锂容量分布在0.2V～0V之间（vs.Li/Li+）；2、嵌锂容量高，LiC6的理论容量为372mAh/g；3、与有机溶液相容能力差，易发生溶剂共嵌入现象，从而降低嵌锂性能。锂的嵌入反应一般是从菱形位置（即端面，Z字型面和扶椅型面）进行，因为锂从完整的墨片基面是无法穿过的。但是如果基面存在缺陷结构诸如微孔等，也可以经基面进行嵌锂。石墨的嵌锂特性石墨在嵌锂过程中，随着Li浓度的变化石墨呈现出不同的颜色随着嵌锂浓度从低到高，石墨的颜色也会从灰色转变为蓝色，然后再转变为红色，最终转变为金色。二、负极材料简介-石墨1、从充放电曲线可以看出，充电开始时，电位迅速下降，在0.8V左右出现小平台，这一平台被认为是电解液在石墨电极表面分解生成不溶性SEI膜;2、在0.25V～0.005V之间曲线平坦，大部分容量在这一电位范围。在0.25V以上几乎没有容量，即可逆容量都在0.25V～0.005V电位范围内；3、当SEI膜达到一定厚度时，膜对电子有绝缘作用，仅有离子导电性，能阻止电解液进一步还原，所以，从第二周期开始，充放电效率接近100%。石墨的储锂机理首次石墨电极的充放电曲线石墨电极的充放电曲线二、负极材料简介-石墨项目人造石墨类天然石墨类评价方法备注原材料煤焦油、石油焦、煅后焦、沥青等经人工合成天然石墨矿经开采、浮选、精选/根据原材料的产地不同，性能会有不同外观色暗颜色发黑铁黑或钢灰色，质软，有金属光泽发亮富有滑腻感目测，手摸/形貌单个块状、片状、针状或不规则形状块状、片状、球形或类球形扫描电镜（SEM）测试，表面、剖面/多个花瓣状、球状、爆米花状等花瓣状、球状、爆米花状等石墨化度结晶度稍低石墨化度常在93%以下（d002:0.336-0.337nm）结晶度高石墨化度常在94%以上（d002:0.3354-0.3359nmX射线衍射仪（XRD）测试/晶体结构六方晶系（呈ABAB…序列排列）无菱形峰六方晶系与菱面体晶系（呈ABAB…序列排列）有菱形峰

人造石墨与天然石墨差异二、负极材料简介-石墨由于石墨表面处理技术的不断改善和进步，市场上基本均以复合石墨为主，很难在外观上判断出是天然石墨还是人造石墨人造石墨人造石墨的形状为块状或不规则状天然石墨天然石墨的形状为球形、类球形或片状二、负极材料简介-石墨人造石墨剖面呈现实心结构，而天然石墨的内核会存在较多的孔隙结构；该技术已经成为主要的，也是较为简便的判断人造石墨和天然石墨的方法。二、负极材料简介-石墨二、负极材料简介-软碳、硬碳软碳即易石墨化碳，是指在2500℃以上的高温下能石墨化的无定形碳。软碳的结晶度(即石墨化度)低，晶粒尺寸小，晶面间距(d002)较大，与电解液的相容性好，但首次充放电的不可逆容量较高，输出电压较低，无明显的充放电平台电位。常见的软碳有石油焦、针状焦、碳纤维、碳微球等硬碳是指难石墨化碳，是高分子聚合物的热解碳，这类碳在2500℃以上的高温也难以石墨化。常见的硬碳有树脂碳(如酚醛树脂、环氧树脂、聚糠醇

PFA-C等)石墨软碳硬碳二、负极材料简介-硅负极

硅负极

硅的理论容量高达4200mAh/g，超过石墨的372mAh/g的十倍以上，这个数字的概念想必大家都清楚，充一次电实现1000公里将有可能实现。在充放电过程中，硅的脱嵌锂反应将伴随大的体积变化（＞300%），造成材料结构的破坏和机械粉化，导致电极材料间及电极材料与集流体的分离，进而失去电接触，致使容量迅速衰减，循环性能恶化。由于剧烈的体积效应，硅表面的SEI膜处于破坏-重构的动态过程中，会造成持续的锂离子消耗，进一步影响循环性能。

二、负极材料简介-硅负极二、负极材料简介-硅负极硅碳负极材料根据结构的不同可分为包覆结构、负载结构、分散结构等。根据包覆结构的不同又可分为核壳型、蛋黄-壳型、多孔型。包覆结构—核壳型包覆结构—蛋黄-壳型包覆结构—多孔型分散结构负载结构碳层的存在有利于增加硅的导电率缓冲硅在脱嵌过程中产生的体积效应最大限度的降低硅表面与电解液的直接接触，缓解电解液的分解电极循环性能得到提高具有核壳结构的特点结构中的空腔对体积有容纳膨胀作用，有利于结构稳定利于产生稳定的SEI膜孔道结构能够提供快速的离子传输通道较大的比表面积增加了材料反应活性，从而提高倍率性结构中含有大量的碳材料，循环性能好硅含量一般较低，可逆比容量较低抑制硅的体积膨胀二、负极材料简介-钛酸锂

钛酸锂负极尖晶石结构，可写作Li(Li1/3Ti5/3)O4Li4Ti5O12+3Li++3eLi7Ti5O12理论容量168mAh/g有平坦的平台不与电解液反应（不行成SEI膜）锂离子扩散系数比天然石墨高一个数量级（2×10-8cm2/s）容易制备晶胞参数8.36A-8.37A，0.1%体积变化（石墨10%的体积变化）电子导电率低低压实密度，低能量密度二、负极材料简介各类锂离子电池负极材料的性能特点材料种类比容量(mAh/g)首次效率(%)循环寿命（次）安全性快充特征碳系负极天然石墨340-370901000一般一般人造石墨310-360931000一般一般中间相碳微球300-340941000一般一般石墨烯400-6003010一般差非碳系负极钛酸锂165-1709930000最高最好硅80060200差差锡60060200差差三、隔膜简介隔膜是一种具有微孔结构的薄膜，在锂离子电池中主要起到如下两个作用：隔开正负极，防止正负极接触形成短路保证锂离子可以从微孔中通过，形成充放电回路85锂离子电池对隔膜的要求包括：具有电子绝缘性，保证正负极的机械隔离；有一定的孔径和孔隙率，保证低的电阻和高的离子电导率，对锂离子有很好的透过性；耐电解液腐蚀，有足够的电化学和电子稳定性，这是由于电解质的溶剂为强极性的有机化合物；具有良好的电解液的浸润性，并且吸液保湿能力强；力学稳定性高，包括刺穿强度、拉伸强度等，但厚度尽可能小；空间稳定性和平整性好；热稳定性和自动关断保护性能好；受热收缩率小，否则会引起短路，引发电池热失控。除此之外，动力电池通常采用复合膜，对隔膜的要求更高。三、隔膜简介参数指标性能影响厚度14-35μm内阻、容量、穿刺强度孔隙率35-60%内阻、机械强度和闭孔性透气率(Gurley值)10-25S/in2.100cc.1.22Kpa内阻孔径大小及分布(SEM)干法0.1-0.3μm湿法0.01-1μm内阻、短路率、一致性热收缩(90℃/1h)干法MD<3%,TD<1%湿法MD<5%,TD<3%安全性闭孔、破膜温度PE:128-135℃PP:150-166℃耐热、安全性拉伸强度MD≥140Mpa,TD≥75Mpa加工性、安全性穿刺强度>4.4N短路率、安全性

隔膜主要指标三、隔膜简介共同点：取向步骤，使薄膜产生空隙并提高拉升强度。不同点：成孔机理不同生产工艺干法单向拉伸双向拉伸类硬弹性纤维方法PP、PE、PP/PE/PP拉伸β晶型聚丙烯PP单层湿法双向拉伸相分离、溶剂萃取PE单层

隔膜生产工艺三、隔膜简介干法单拉工艺流程为：1）投料：将PE或PP及添加剂等原料按照配方预处理后，输送至挤出系统2）流延：将预处理的原料在挤出系统中，经熔融塑化后从模头挤出熔体，熔体经流延后形成特定结晶结构的基膜。3）热处理：将基膜经热处理后得到硬弹性薄膜。4）拉伸：将硬弹性薄膜进行冷拉伸和热拉伸后形成纳米微孔膜。5）分切:将纳米微孔膜根据客户的规格要求裁切为成品膜。干法双拉工艺流程为：1）投料：将PP及成孔剂等原料按照配方预处理后输送至挤出系统。2）流延：得到β晶含量高、β晶形态均一性好的PP流延铸片。3）纵向拉伸：在一定温度下可对铸片进行纵向拉伸，利用β晶受拉伸应力易成孔的特性来致孔。4）横向拉伸：在较高的温度下对样品进行横向拉伸以扩孔，同时提高孔障尺寸分布的均匀性。5）定型收卷：通过在高温下对隔膜进行热处理，降低其热收缩率，提高尺寸稳定性。三、隔膜简介湿法异步拉伸工艺流程为;1）投料：将PE、成孔剂等原料按照配方进行预处理输送至挤出系统。2）流延：将预处理的原料在双螺旋杆挤出系统中经熔融塑化后从模头挤出熔体，熔体经流延后形成含成孔剂的流延厚片。3）纵向拉伸：将流延厚片进行纵向拉伸。4）横向拉伸：将经纵向拉伸后的流延厚片横向拉伸，得到含成孔剂的基膜。5）萃取：将基膜经溶剂萃取后形成不含成孔剂的基膜。6）定型：将不含成孔剂的基膜经干燥、定型得到纳米微孔膜。7）分切：将纳米微孔膜根据客户的规格要求裁切为成品膜。湿法同步拉伸技术工艺流程与异步拉伸技术基本相同，只是拉伸时可在横、纵两个方向同时取向，免除了单独进行纵向拉伸的过程，增强了隔膜厚度均匀性。但同步拉伸存在的问题第一是车速慢，第二是可调性略差，只有横向拉伸比可调，纵向拉伸比则是固定的。三、隔膜简介扫描电子显微镜可直观的观察到隔膜的孔形貌、造孔均匀性及制备工艺，扫描电镜可反映出隔膜的造孔不均、拉伸断裂、涂覆不均等问题三、隔膜简介-涂敷隔膜类型涂覆层特点陶瓷涂覆隔膜Al2O3,SiO2,Mg(OH)2等耐热性优良的无机物陶瓷颗粒1.提高隔膜的耐高温、耐热收缩性能和穿刺强度2.与电解液和正负极材料有良好的浸润和吸液保液能力3.中和电解液中少量的氢氟酸，防止电池气胀PVDF涂覆隔膜聚偏氟乙烯（PVDF）1.具有优良的耐化学腐蚀性、耐高温色变性、耐氧化性、柔韧性以及高抗涨强度和耐冲击性强度2.具有低内阻、高（厚度/空隙率）均一性、化学与电化学稳定性好特点3.由于纳米纤维的存在，使其对锂电池电极具有更好的兼容性和粘合性芳纶涂覆隔膜芳纶纤维1.具有可耐受400以上高温的耐热性和卓越的防火阻燃性2.由于芳纶树脂对电解液具有高亲和性，使隔膜具有良好的浸润和吸液保液的能力，延长电池循环寿命3.芳纶树脂加上填充物，可提高隔膜的抗氧化性，进而实现高电位化，从而提高能量密度四、电解液简介

电解液特性要求电解液特性要求1、在较宽的温度范围内具有较高的电导率；2、液程宽，常规下在-80~100℃范围内为液体；3、化学稳定性好，与活性物质、集流体、隔膜等不反应；4、与电极材料相容性好，能形成稳定、有效的钝化膜；5、电化学稳定性好，分解电压高；6、闪点、燃点高，安全性好。四、电解液简介

电解液组成电解液锂盐LiPF6、LiBF6LiBOB、LiTFSILiFSI、LiPO2F2溶剂碳酸酯羧酸酯氟代酯添加剂成膜添加剂防过充添加剂阻燃添加剂稳定添加剂影响容量内阻电压高温低温倍率寿命安全四、电解液简介-溶剂1.有机溶剂对电极应该是惰性的，在电池的充放电过程中不与正负极发生电化学反应，稳定性好。2.有机溶剂应该有较高的介电常数和较小的黏度以使锂盐有足够高的溶解度，保证高的电导率。3.熔点低、沸点高、蒸气压低，从而使工作温度范围较宽。4.与电极材料有较好的相容性，电极在其构成的电解液中能够表现出优良的电化学性能。5.电池循环效率、成本、环境因素等方面的考虑。

有机溶剂选择标准四、电解液简介-溶剂

有机溶剂列表产品名称分子式分子量(g/mol)介电常数E/(c/v.m)黏度η/(mPa*s)25℃熔点T/℃沸点T/℃密度ρ/(g*cm-3)20℃外观碳酸乙烯酯(EC)C3H4O388.0689.61.86(40℃)36.4238.01.3214白色晶体碳酸丙烯酯（PC）C4H6O3103.0966.12.513-492421.198透明液体碳酸二甲酯（DMC）C3H6O390.083.1080.58054.6901.0632透明液体碳酸二乙酯(DEC)C3H10O3118.12.820.748-43126.80.9693透明液体碳酸甲乙酯(EMC)C4H8O3104.102.40.65-551081.007透明液体碳酸甲丙酯(MPC)C5H10O3118.132.80.78-431300.98透明液体γ-丁内酯(GBL)C4H6O286.0939.11.73-43.5204.01.1254透明液体甲酸甲酯(MF)C2H4O260.058.900.328-9931.750.9664透明液体甲酸乙酯(EF)C3H6O274.087.160.358-79.654.310.9153透明液体乙酸甲酯(MA)C3H6O274.086.680.364-98.156.30.9279透明液体乙酸乙酯(EA)C4H8O288.116.020.426-84.077.10.8946透明液体丙酸乙酯(EP)C5H10O2102.15.650.502-73.8990.8842透明液体丁酸甲酯(MB)C5H10O21025.50.6-841030.98透明液体丁酸乙酯(EB)C6H12O2116.165.100.613-98.0121.60.8739透明液体四、电解液简介-溶剂

常见溶剂结构四、电解液简介

常见溶剂特点溶剂特点EC介电常数高，离解锂盐能力强;粘度、密度大，熔、沸点高，高温性能好DMC粘度最低，熔点稍高，但沸点偏低，故常温性能好，而高低温性能不理想，导电性和浸润性为碳酸酯溶剂中最好，常用于容量型、倍率型及圆柱电解液EMC粘度仅高于DMC，熔点低(-55℃)，沸点(108℃)，低温性能较好，兼顾高温性能。导电性和浸润性处于DMC和DEC之间，常用于容量型、倍率型等电解液DEC熔点(-43℃)沸点(126~127℃)仅低于EC、PC，高温性能良好，导电性和浸润性较DMC、EMC的差，常用于高温型电解液PC介电常数较高，离解锂盐能力较强，熔点(-49℃)沸点(242℃)，高低温性能兼顾，但粘度偏高，仅低于EC,不利于浸润，添加量较大时会对天然石墨的循环性能产生影响。四、电解液简介-锂盐

1.锂盐在有机溶剂中有足够高的溶解度，缔合度小，易于解离，以保证电解液具有较高的电导率；2.阴离子具有较高的氧化和还原稳定性，在电解液中稳定性好，还原产物有利于电极钝化膜的形成；3.具有较好的环境亲合性，分解产物对环境污染小；4.易于制备和纯化，生产成本低。

锂盐选择标准四、电解液简介-锂盐

长见锂盐优缺点锂盐种类优点缺点LiBF4工作温度区间宽，高温稳定性好，低温性能优，能增强电解液对电极的成膜能力，抑制Al箔腐蚀离子电导率较低，有很大局限性，常与电导率较高的锂盐配合使LiPF6在非水溶剂中具有合适的溶解度和较高的离子电导率；能在Al箔集流体表面形成一层稳定的钝化膜；能协同碳酸酯溶剂在石墨电极表面生成一层稳定的SEI膜热稳定性较差、易发生分解反应易吸水水解LiAsF6综合性能比较好毒性太大LiClO4综合性能比较好强氧化性导致安全性不高LiBOB较高的电导率、较宽的电化学窗口、良好的热稳定性、较好的循环稳定性，对正极Al箔集流体具有钝化保护作用溶解度较低，在部分低介电常数溶剂中几乎不溶解导电性：LiAsF6>LiPF6>LiClO4>LiBF4耐氧化性：LiAsF6>LiPF6>LiBF4>LiClO4热稳定性：LiAsF6>LiBF4>LiClO4>LiPF6四、电解液简介-添加剂添加剂的特点较少用量即能改善电池的一种或几种性能对电池性能无副作用与有机溶剂有较好的相溶性价格相对较低，无毒性或毒性较小不与电池中其它材料发生副反应添加剂种类典型物质备注负极成膜添加剂VC、FEC、VEC、PS添加量1~5%wt正极成膜添加剂含硫类物质、含B类物质，BP、CHB添加量0.2~1%wt高温添加剂PS、MMDS、LiBOB、LiTFSI添加量0.5~5%wt防过充添加剂BP、CHB、MP、及氟代芳香烃具有刺鼻气味阻燃剂磷酸酯、膦腈黏度大稳定剂亚胺类、胺类、硅烷类导电剂醚类，冠醚类低温添加剂醚类，腈类溶剂，含B类溶剂-谢谢大家的聆听-第4章电池制造工艺锂电制造工艺及装备锂电制造工艺及装备工程思维的方法课程内容介绍课程讲解—知识点锂电行业故事---陈立泉12431.0学习方法---积累与改善不断探求高效的方法，贯穿人生的过程科学逻辑积累改善效率原则目标愿景方法总结制造业基础标准材料装备智能化真正的教学，不是注满一桶水，而是点亮一把火—叶圣陶1.0效率原则现代社会非大吃小，而是快吃慢！效率是组织的生命！效率：选择产业的依据效率：个人和组织的价值中国制造业强大的根本原因在于综合效率。深圳蛇口工业一路光伏转化效率逐年提升稳定性、效率、成本1.0光伏+储能终将成为未来全球主流能源光伏成本2.2元/W效率：15%到2025年储能成本1元/WH光伏+储能成本0.23元/KW效率：20%2030年光伏+储能成本0.15元/KW效率：25%市场成本横扫所有化石能源2025年全球光伏3万亿度电，2030年全球9万亿度电。光伏+储能可占领全球电力市场20%，2025年,2030年储能装机量分别为1000GWh和5000GWh。2025年1000GWH2030年5000GWH全面颠覆传统能源需求，实现光伏+储能综合成本低于火电光伏+储能终将成为全球主流能源1.0电池储能有最高效率---欧阳明高1.0锂电制造工艺及装备工程思维的方法课程内容介绍课程讲解—知识点锂电行业故事---陈立泉12433.1课程讲解---知识点3.1电池制造工艺定义及要求3.2三种电池制造工艺流程3.3典型电池制造工艺—合浆、涂布、卷绕、叠片3.1电池制造工艺的定义定义：电池制造工艺是指人们利用生产工具和设备，在一定环境条件下，对电池原料、材料、半成品进行加工或处理，最后使之成为成品的操作方法和技术。

这是人们在制造中积累起来的技术和经验，是有关工程人员应遵守的技术规程，也是生产低成本、高质量产品的前提和保证。制造工艺的内容：对产品图纸及要求进行工艺分析审查编制工艺方案和制定工艺文件进行工艺术方案的技术经济评价、验证等。制造工艺制定的依据：原材料的特点，制造环境要求，产品的用途以及质量和精度要求，经济效果情况，现有技术与装备水平等。电池的制造工艺包括：原材料、电芯、电池包（PACK）；电芯是电池制造的核心关键。3.1电池制造工艺的分类按照产品产生的阶段：材料、电芯、电池包电池制造核心工艺方法：材料：前驱体、混合烧结、造粒、分选包装；电芯：合浆（制浆）、涂布、辊压、分条、烘烤、芯包（卷绕、叠片）、装配、烘烤、注液、化成、老化、分容、检测；电池包：配组、模组链接、电池包组装、检测。按电池结构，卷绕圆形：卷绕方形:软包:电芯制造工艺与质量99.999%=99.99%20单工序点：CPK=2.00

控制CPK1.331.672.00浆料制备98.76%99.94%99.999%极片制备98.15%99.91%99.999%芯包制造98.15%99.91%99.999%电芯装配95.73%99.65%99.999%干燥注液98.15%99.79%99.999%化成分容98.76%99.94%99.999%整体合格率88.3%99.40%99.99%装备解决方案浆料制备系统（2）极片制备系统（3）芯包制备系统（3）电芯装配系统（7）干燥注液系统（3）化成分容系统（2）整体20个核心工序点热压合芯预焊极柱焊包膜封口入壳3.13.2电池制造工艺流程---电池材料构成3.1课程讲解---知识点3.1电池制造工艺定义及要求3.2三种电池制造工艺流程3.3典型电池制造工艺—合浆、涂布、卷绕、叠片锂电制造路线---三段论

辊压

制片

涂布

合浆

模组

连接PACK封装BMBMBMBM测试

组装

注液

化成

分选极片制造电芯组装电池PACK

烘烤LMSLMSLMS缓存库缓存库成品库工艺复杂、因素众多、由流程渐变到离散、制造过程影响因素众多3.2电芯制造3.2电芯制造工艺流程---参考A51，A52，A53极片制造电芯检测电芯组装（制浆、合浆）方形60AH动力电池后工序工艺流程3.23.1课程讲解---知识点3.1电池制造工艺定义及要求3.2三种电池制造工艺流程3.3典型电池制造工艺—合浆、涂布、卷绕、叠片3.3典型制造工艺—合浆（搅拌、制浆）工序功能：将正极或负极活性物质按一定比例与专用导电剂、粘结剂和溶剂混合均匀，并调制成浆。混和原料预处理干粉分散稀释四个步骤：浆料控制点:1.粘度2.颗粒度3.固含量工序控制点：1.搅拌速度2.搅拌温度3.搅拌浓度4.真空度工序控制点:1.涂布速度2.涂布面密度3.干燥温度4.张力放卷接片拉片张力控制自动纠偏涂布干燥自动纠偏张力控制自动纠偏收卷根据正负极浆料的固含量、比重调节涂布机机头刀具间隙，控制涂布厚度涂布面密度控制？典型制造工艺—涂布3.3干燥速度：干燥过慢，涂层表面有流动性，厚度不稳定；干燥过快，表面形成粘结剂膜层，内部溶剂挥发会造成表面层起皱现象。通常采用分段干燥，中间段温度最高。涂布和干燥要做到首件三检-厚度、质量、尺寸符合要求，并定时检验对应的拉浆速度、烘烤时间等。加热温度或时间不够，难以除去浆料中的液体，使部分粘结剂溶解，造成活性物质剥落；加热温度过高，则粘结剂发生晶化，也会使活性物质剥落，从而造成电芯内短路。另外，干燥温度和烘干时间不合适还会造成铝箔氧化和极片偏湿；涂布操作的问题高质量极片：极片表面平整、光滑、敷料均匀、附着力好、干燥、不脱料、不掉料、不缺料、无积尘、无划痕、无气泡3.33.3典型制造工艺—合浆、涂布视频锂的作用LG制造视频涂布头3.3典型制造工艺—卷绕3.3典型制造工艺—卷绕视频1234叠片工艺是将正极、负极切成小片与隔离膜叠合成小电芯单体，然后将小电芯单体叠放并联起来组成一个大电芯的一种LI离子电芯制造工艺。负极隔离膜正极典型制造工艺—叠片3.3理想电芯的结构---叠片软包、方形层级叠片电芯，避免弯曲、翻折，电场平行无畸变3.3电芯原理级理解叠片电芯制造--理想动力电芯结构正极、负极，隔膜完全片片舒展堆叠，没有原理缺陷。电场均匀变形均匀同步膨胀同步收缩极片同步界面稳定3.3全片式叠片要解决的是：毛刺、效率、监控问题正极、负极，隔膜完全切片堆叠更多是解决制造技术问题没有机理级根上的缺陷！动力电池的最终结构—全片式叠片3.3传统Z叠制造-效率瓶颈单工位效率极限150PPM（0.4s/pcs）辅助时间5-10s单片不良过程剔除麻烦、高速定位误判、极片、隔膜褶皱无法避免、导致合格率低！3.3高速复合叠片工艺制成过程隔膜张力恒定、没有不均匀拉伸；电芯界面平整、没有弯曲、折弯；正负极完全物理隔断，没有交叉感染。3.3高速复合叠片机单工作台480-600PPM辅助时间0

电芯长度MAX600mm新能源行业ASML的第一个革命产品---单工作台年产1GWh3.3Bi-cell制片段Bi-cell复合叠片段贴胶下料段设计效率产出效率复合段520ppm4组极片裁切480-500ppm叠片段520ppm（Bicell）480-500ppm设备尺寸：长15.5m*宽2.5m*高2.8m典型制造工艺—叠片视频3.3锂电制造工艺及装备工程思维的方法课程内容介绍课程讲解—知识点锂电行业故事1243锂电行业故事—陈立泉院士，科学家4.0陈立泉院士主要学术贡献产业贡献新能源产业生平简历-谢谢大家的聆听-第5章电池制造技术锂电制造工艺及装备锂电制造工艺及装备工程思维的方法课程内容介绍课程讲解—知识点锂电行业故事12431.0学习方法---积累与改善不断探求高效的方法，贯穿人生的过程科学逻辑积累改善目标愿景效率原则方法总结制造业基础标准材料装备智能化真正的教学，不是注满一桶水，而是点亮一把火—叶圣陶1.0积累与改善斯蒂芬•科维StephenCoveyThe7HabitsofHighlyEffectivePeopleBeproactiveBeginwiththeendinmindPutfirstthingsfirstThinkwin-winSeekfirstunderstandthentobeunderstoodSynergizeSharpenthesaw1.0积累与改善工程的哲学：可积累的持续改善工程哲学是改变世界的哲学，主要是探索人们怎么去把握和处理好所不能做、什么能做和应该怎样做的问题。

如运用哲学的智慧去及进度的关系问用技术的先进性和成熟性、引进技术与自主创新、质量和造价题，工程建设与生态保护问题，竞争与合作、保密与交流等多重关系问题等。1.0积累与改善工程的哲学：可积累的持续改善成功==达成目标改变=现在的勤劳基数=过去的积累次数=坚持1.0积累与改善工程的哲学：可积累的持续改善技术可积累：天才在于积累,聪明在于勤奋。设计思路及方法积累；各种平台建设积累；标准化积累；鼓励与奖励、强制并重推行；持续改善：满足当前和未来的需求定期改善总结机制；不断学习探索新的、更好的；养成学习提高的习惯；锂电制造工艺及装备工程思维的方法课程内容介绍课程讲解—知识点锂电行业故事12433.1课程讲解---知识点3.1电池的制造特征3.2电池的制造体系建立3.3电池制造安全3.4电池的制造质量3.1通用目的产品及制造通用目的产品的特征：电池是产业的心脏芯片是产业的大脑电动产品的两个支柱资源节约、新能源汽车、清洁能源、储能应用等

成为产业发展的依赖电池成为一种特殊产品——产业基础产品对一个或多个产业发展（如CPU、机器人、钢铁）起到基础、带动、引领、决定作用的产品电池成通用目的产品3.1通用目的产品及制造通用目的产品的制造特征：大规模：单线年产5-10Gwh，满足量产10-20万辆电动汽车的电池需求；高质量：制造合格率大于96%，工序CPK能力大于1.33-1.67。高制造安全：安全因素全监控，目标PPB级管控。芯片与锂电制造芯片制造电芯制造：物质的迁移到位，不是传递、转移。电场以光速传播。电子转移速度不快，0.75mm/s离子穿越迁移，移动受温度，压力，浓度影响；毛细凝聚理论：离子凝聚与脱附按照Kelvin方程；电解液里的迁移固体中的迁动离子键结合：静电作用半导体中，自由电子不受具体原子核约束，信号传递是一种转移机制。离子自由态，离子的转移通过电场光速传输。空隙大小，空隙的分布，离子扩散受温度，压力影响。嵌脱反应：锂的化学势，吉布斯自由能。离子具有有序性，相变变化；颗粒尺寸，浓度，负极褚锂机制等。芯片与电芯的本质区别：电子转移与离子传导、迁移。电池充放电是物质转移过程。3.1半导体与锂电制造特征对比内容相同点不同点芯片产业电芯产业用途通用目的产品、无穷应用处理信息（人的大脑）处理能源（人的心脏）产品机理物理过程：电子移动锂离子/电子直径比大约是千12倍；锂离子/电子质量比大约是3100倍；物理过程，电子移动，信号传递，是单体转移行为。物理+化学过程，离子迁移,能量转移、物质转移过程,是群体转移行为。产品作用无处不在，社会每个侧面。大脑：处理信息，指挥功能心脏：装血液，能源需求。制造特征大规模、无人化、智能化。PPM+PPB级控制制造影响合格率、企业效益制造影响安全、企业存亡升级趋势单位体积的功能成本不断下降。摩尔定律：晶体管密度提升、成本下降能量密度提升，成本下降标准规范需要完整的标准、规范有序发展，不断升级基础薄弱、野蛮生长材料升级材料不断升级精细化、纯度种类，精细化，纯度3.1127354纳米、微米级材料操作--如何均匀，如何评价？锂电池制造特征68软质材料、硬性定位使用要求多元、异构海量数据导致系统复杂，难以用于制造过程优化、控制和决策。不起眼的因素对质量影响很大—时间、空间、湿度、灰尘等产业不断升级：材料、电池结构、制造工艺、装备化工厂+电子厂，连续过程逐步过渡到离散过程，系统线性、非线性、随机动态===关联逻辑关系难以实现一一对应。没有经过长时间、多方面经验积累，很难把电芯做好！结论对锂电制造业的认识—制造特征多物理场耦合，多尺度控形、控性工艺过程内在科学规律不清晰，需要寻找新的方法。缺少有效的系统科学分析方法和系统性能特征评价手段解决制造要求的可重构、大规模、定制化的特征。3.1锂电池制造基础方法确立---从本源出发，回归基础材料制造极片制造芯包制造电芯制造电池制造nm尺度μm尺度mm尺度M级尺度晶胞晶粒颗粒孔隙结构尺度尺度精度配合精度融合程度基于量子理论的制造：材料、结构和性能基于牛顿力学的制造：性能、效率、成本传热、变形、交变应力、膨胀、收缩摩擦、阻尼、弹性、线性、非线性。张力、速度、精度、效率第一性原理、分子动力学、热力学原子、分子结构、电子和离子的输运转移行为、界面变化、耦合效应、尺度变化、过程稳定性。介观过渡3.13.2课程讲解---知识点3.1电池的制造特征3.2电池的制造体系建立3.3电池制造安全3.4电池的制造质量锂电制造产业处于初创阶段未来需求空间巨大—2026年万亿RMB，2030年全球达1万亿USD，超过半导体产业----心脏和大脑的比拼发展。生产能力、制造合格率离实际要求有很大差距---从2G到10G，94%到99%，目前的电芯配组率：75-80%；电池技术不断升级---需要制造技术的不断迭代、需要制造与装备的创新突破；规格品种太多，产业依然有30-40%的行业总体降本空间---主要在合格率，制造成本，规模成本，材料成本方面突破。3.2制造工程体系待完善：标准体系、制造规范尚未建立；电池制造技术体系材料电池设计电池制造电池应用标准规范电池识别与配组组合连接方法追溯与维护梯次利用与回收电池包制造材料标准电池标准制造标准设备标准梯次利用标准回收标准正极负极隔膜电解液壳体其它多物理场模拟尺寸规格电池壳与连接结构与制造材料配组设计浆料制备极片制造芯包制备电芯装配干燥注液化成分容模组制造Pack制造设备网络互连在线数据采集失效模式分析系统集成3.2动力电池智能工厂总体规划工艺设计设备选型材料配置设计电池设计智能化设计环保设计环境设备工厂设计物流系统网络化数据治理数据平台设备开发制造能耗设计来料数字化过程数字化设备数字化质量数字化3.2动力电池规模制造的条件设计满足相关标准：安全、生产、组合、使用基于可制造的设计：装配、测试、组合完善的设计、工艺、制造、质量管理规范规模：达到基本产能，动力电池：日产30万AH,年产1亿安时；制造指标：电池合格率不低于90%,材料利用率不低于82%；适合产能规模的自动化。优秀制造：电池合格率不低于95%，材料利用率不低于90%，电池容量差小于±1%。3.2制造系统构筑的目标原则制造系统设计总体原则：实用、可靠、经济、先进；实用为首；现场系统控制原则：水分、灰尘、毛刺控制和极片的保护；特别规划制造对电池安全性的影响；工序产能、物流节拍的均衡匹配；自动化程度与效率、成本的均衡；重点工序重点控制：制浆、涂布、组装、注液、化成；不同类型的电池有不同的特点和制程控制要点：需认真考究3.2动力电池制造装备选择综合决策：制造安全性、合格率、材料利用率、能耗、成本。1制造安全性：制造过程避免引入不安全的因素或制造方法，如五金模切、超声波极柱焊接。2工序筛选：制造合格率达不到99%以上的工序、工艺方法自然淘汰，如盖板焊接。3年产1G产能，10%投入1500万，按照三年平均折旧，每年500万元。1%的合格率提升，创造利润700万元。3.2建立动力电池制造规范电池制造五个方面的技术标准：建立材料承认书－－测试、认可、替代标准；电芯制造的工艺、生产、品质标准建立；建立电芯量产认可体系：100只，1000只，1万只，10万只；电芯性能认可评估的标准：容量、内阻、自放电、一致性、耐久性、可靠性等；电芯组合、应用评估体系：不同应用条件下电池的组合标准。3.23.3课程讲解---知识点3.1电池的制造特征3.2电池的制造体系建立3.3电池制造安全3.4电池的制造质量2019年79起电动汽车自燃起火大数据分析1、从车辆类型看，65%的事故车辆为乘用车、28%的事故车辆为专用车、7%的事故车辆为客车；2、从动力电池类型看，86%的事故车辆使用三元锂离子电池、7%的事故车辆使用磷酸铁锂电池、7%的事故车辆电池类型不确定；3、从已查明着火原因中，58%的车辆起火源于电池问题，19%的车辆起火源于碰撞问题，还有部分车辆的起火原因源于浸水、零部件故障、使用问题等原因。4、已查明起火原因的车辆中，41%的车辆处于行驶状态、40%的车辆处于静止状态、19%的车辆处于充电状态；3.3电池安全的分类及诱因3.3动力电池安全事故诱因安全的本质滥用缺陷机理机电环境制造、材料枝晶生长3.3动力电池