一、鋰電設備概述

鋰電池的生產工藝分為前、中、后三個階段：前段目的是將原材料加工成為極片，核心工序為涂布；中段目的是將極片加工成為未激活電芯；后段則是檢測封裝，核心工序為化成、分容。

涂布、卷繞/疊片和化成分容設備價值量最高。按鋰電池生產工藝來看，可分為極片制造（前道設備）、電芯組裝（中道設備）、電芯激活檢測和電池封裝等（后道設備）。

前段的設備價值占比約40%，其中涂布機價值約占60%，輥壓機價值高于分切機。三元材料對前段設備的性能要求更高，前段設備價值占比會逐步增加，預計未來前道設備價值量占比還將進一步提升。中道設備中卷繞機價值約占其成本的70%左右；后道設備中化成分容檢測約占70%，組裝約占30%。

二、鋰電設備

鋰電生產按照鋰電池生產工藝來看，可以分為極片制造（前道設備）、電芯組裝（中道設備）、電芯激活檢測和電池封裝（后道設備）。 

前道工序主要包括：漿料攪拌、正負極涂布、輥壓、分切、極片制作和模切；中道設備較前段更加強調個性化，對工序的精度、效率、一致性要求非常高。針對方形、圓柱、軟包電池，中段設備會分別使用卷繞機或者疊片機；后道是電化學環節，主要包括電芯化成、分容、包裝與終檢電池組等，充放電機是化成分容中的重點設備，也是后段使用量最多的設備。再之后是Pack環節，即將電芯、保護板、電池線、電池鎳片、電池輔料、電池盒、電池膜等通過焊接的方式組裝成成品電池包。

前道工藝

前段工序主要包括漿料攪拌、正負極涂布、輥壓、分切、極片制作和模切。涂布是前道工藝的關鍵步驟，涂布機價值量相對較高。單前道設備價值量約0.6-0.8億元/GWh，其中涂布機每臺1200-3000萬元不等，價值量占前道的比例達到60%-80%。

（1）漿料攪拌：先使用鋰電池真空攪拌機，在專用溶劑和黏結劑的作用下，混合粉末狀的正負極活性物質，經過高速攪拌均勻后，制成完全沒有氣泡的漿狀正負極物質。

（2）正負極涂布：將制成的漿料均勻涂覆在金屬箔表面，烘干，分別制成正、負極極片。對于鋰離子電池而言，涂布基片(薄膜)是金屬箔，一般為銅箔或者鋁箔。整個涂布過程就是從基片放入涂布機到涂布后的基片從涂布機中出來的若干連續工序。

（3）輥壓：輥壓機通過上下兩輥相向運行產生的壓力，對極片的涂布表面進行擠壓加工，極片受到高壓作用由原來蓬松狀態變成密實狀態的極片，輥壓對能量密度的明顯相當關鍵。

（4）分切：將輥壓好的電極帶按照不同電池型號，切成裝配電池所需的長度和寬度，要求在切割時不出現毛刺。

影響鋰電正極極片涂布性能的因素：1、放卷和收卷直徑；2、有效輥面寬度和最大涂布寬度；3、涂布方式與速度；4、涂層厚度與精度；5、糾偏精度；6、干燥溫度。

一臺涂布機設備如果在上述六個方面達到要求，就能夠通過完整的工藝流程，取得很好的生產效果，為下一步制造出容量更高的鋰電池打下基礎。因為鋰電池充電實際上是鋰離子向正極運動的過程，正極材 料越好，則可以接受的鋰離子就會越多，表現為鋰電池的容量越大，電量越足。

中道工藝主要包括：電芯的卷繞/疊片和電芯注液，涉及的設備為卷繞機、疊片機、注液機。其中，卷繞/疊片是主要工藝，價值量占比較高，一臺設備需要百萬元，單線需要8-12臺設備。

（1）卷繞技術：卷繞技術是將原料按負極、分離器、正極、分離器的順序堆放，并通過卷繞法，根據下游廠商需要進一步分為圓柱形卷繞和方形卷繞，然后放置在金屬外殼中。

（2）疊片技術：在正、負極料盒中拾取極片，經過二次定位，交替將正、負極片放在疊片臺上。隔膜主動放卷，疊片臺帶動隔膜左右往復移動形成Z字形疊繞。疊片完成后，按照設定長度切斷，自動送出人工貼膠。最后通過注液機，將電解液注入卷繞或疊片后的電芯中。

卷繞式電芯操作比較簡便，無論是半自動或全自動都可以快速完成。疊片式工藝復雜程度較高，人工操作費時費力，自動化則由于設備問題而難以產業化。除此以外，在電芯的質量控制方面，卷繞式更容易控制，而疊片式由于工藝步驟繁瑣，較難達到很好的一致性。

由于疊片電池的工藝特點，相比卷繞電池，疊片電池具有低內阻、高放電率、良好的放電平臺、高容量密度、高能量密度、適用范圍廣泛、電池形狀及厚度靈活等優勢。

總結：卷繞的優勢在于制成容易，疊片的優勢在于電池各方面質量好。卷繞式工藝生產的電芯在電化學性能上略差于疊片式，但優勢在于自動化程度高，制成容易，適合大規模生產，因此市場上的方形電池，尤其是圓柱電池一般都是卷繞式工藝生產。

疊片機用于軟包電芯生產，能實現高于圓柱和方形電池的性能和安全性。疊片機是將正極片、隔膜、負極極片按照順序疊合成小電芯單體，然后將小電芯單體疊放并聯起來組成大電芯。

目前主流疊片機有四類：（1）Z字型疊片機：Z字型疊片機和切疊一體機本質上都是Z字型疊片機，生產廠家有先導智能、贏合科技、超業精密、中天和自動化等。Z字型疊片機正逐漸被切疊一體機取代。（2）切疊一體機：切疊一體機是將極片模切/激光切和Z字型疊片機、貼膠熱壓機整合到一起。相當于正負極卷和隔膜同時收放，經過渡棍和張力糾偏棍。然后正負極片沖切/激光切出極耳和極片，隨后跟隔膜一起，在主疊片臺或擺桿作用下，呈Z字型折疊。當疊放至設定片數后，隔膜裁切貼膠，再熱壓成電芯。（3）熱復合疊片一體機：比Z字型疊片多熱復合和輥壓等工序，相對而言，技術難度更高，后期注液等工序難度更大。

熱復合疊片一體機同時集成制片、疊片、熱壓一體，高效節能省空間。更適用于極片尺寸長的，制作像590型號以上的高能量密度大電芯，順應電芯越做越大和能密度越來越高的趨勢。

切疊一體機本質上也是Z字型疊片機，是將極片模切/激光切和Z字型疊片機、貼膠熱壓機整合到一起。即，傳統Z字型疊片機使用的是已模切完成的正負極片，而切疊一體機則將未模切的正負極卷和隔膜同時收放，經過渡棍和張力糾偏棍，然后正負極片沖切出極耳和極片，隨后跟隔膜一起，在主疊片臺或擺桿作用下，呈Z字型折疊。當疊放至設定片數后，隔膜裁切貼膠，再熱壓成電芯。

相較傳統Z字型疊片機，切疊一體機效率高，且效果良好，避免了傳統單、雙工位疊片機的掉粉、吸多片等問題，已經被國內頭部軟包動力電池企業使用。國內生產Z字型疊片機和切疊一體機的主要企業有：先導智能、贏合科技、超業精密、中天和自動化。

熱復合疊片一體機是近幾年隨電池工藝變更，新研發的機型。熱復合疊片機的工藝是帶極耳的極片卷與隔膜料卷同時收放，經過張力糾偏后，進行熱復合。在熱復合前，正負極片先裁切成單元，放置在上下雙層隔膜上。隨后經烘箱，在設定好的溫度下烘烤。烘烤后的正負極片與隔膜熱復合，隨后經輥壓，裁切成復合單元。然后有機械手將其轉移至疊片臺進行疊片。

熱復合疊片機集成制片、疊片、熱壓一體，高效節能省空間，但其工藝還不太成熟，熱復合疊片一體機設備依舊受各種制約，并且熱復合疊片機生產的電芯后期注液等工序難度更大。目前生產熱復合疊片一體機的廠商有吉陽智能。

卷疊一體機先將正負極片裁切成單元，并通過對轉臺與升降吸盤的設置，分別貼在隔膜上。然后用卷繞的方式，包括正負極片分別包裹起來，實現兩組正負極片相間疊放。卷疊一體機的速度和效率是目前最高的，但卷疊一體機生產的電芯存在邊緣曲率，有死角。其設計涉及國外日韓專利，主要是國外。

目前各種工藝均存在問題，如效率節拍配合、層疊良率保障、精度糾偏控制、料盒成本、工藝繁復等。

疊片設備面臨的問題：

（1）疊片設備的效率問題：在疊片電工藝中，電芯是由許多個負極-隔膜-正極單元（ESC）組成的，每個單元的組裝時間可以分解為正極抓取-放置，隔膜移動折疊，負極抓取-放置三個部分。卷繞組裝工藝沒有離散的極片抓取-放置動作，整個過程是連續性的，生產效率比較高。

要提高疊片效率，第一個方法就是提高疊片的整體平均速度。例如增加極片抓取-放置動作的加速度，隔膜左右移動速度等。但是，機械系統速度太快會損傷極片表面，極片放置精度也會降低。第二個方法是科學合理設計機械部件，減少機械手的運動距離，但是通過機械結構設計降低運動距離的能力有限。

（2）疊片設備產生的毛刺和粉塵問題在：在軟包電池模切和疊片工藝過程中，產生的毛刺和粉塵容易造成電池短路，造成極大的電池安全隱患。極片毛刺是指極片沖切所產生的斷面基材拉伸、彎曲。

在模切和疊片工序中控制沖切時的毛刺大小，減少沖切時產生的粉塵，以及在極片轉運過程中避免毛刺的產生，已成為這兩個工序目前面臨的最主要的難題。

卷繞機是將大面積片狀的物質按照一定的方法卷成卷，如紡織卷繞機、電容器卷繞機、薄膜電阻卷繞機電池卷繞機等。

鋰離子電池卷繞機是用來卷繞鋰離子電池電芯的，其組成部分包括機架、卷繞裝置、極片供給裝置、輔助壓板及切斷裝置、膠帶供給裝置、電器控制部分。卷繞機有正、負極送料單元，將正負極卷繞在一起的部分叫卷針。

包括電芯卷繞/疊片、入殼、烘干、注液、封口等工藝。后道工藝中，化成、分容是主要工藝，價值量占比較高，一臺設備需要3000萬元左右，單線需要3-4萬個通道。

化成的作用：1）使電池中的活性物質借助于第一次充電轉化成具有正常電化學作用的物質；2）使電極主要是負極表面生成有效的鈍化膜或SEI膜。影響化成的因素有化成電流、SOC、老化時間及溫度等，還需考慮電池材料體系和產能要求。因此，化成不僅是簡單的充放電過程，而是綜合衡量不同參數對電池性能的影響，需要采用儀器設備進行大量精準的數據測試并研究驗證。

分容的作用：分容則是對化成完的電池進行充放電，不同類型電池的充放電電流略有差異，以便統計電池的容量、充電恒流比、放電平臺電壓、內阻等進行區分，篩選出指標相同的單體以便分檔配組，只有性能很接近的才能組成電池組。另一方面，單體電池的一致性差也可能會導致電池組安全性降低。

因此，電池制造過程中的化成分容是一個耗時的過程，涉及多次充電和放電以激活電池的化學性質，對于確保動力電池組的一致性、安全性和較長周期壽命的高質量來說尤為關鍵。

三、鋰電設備市場現狀

我國鋰電池裝備國產化已達到80%以上。鋰電設備國產化率較高，競爭優勢顯著。其中，中后端設備技術壁壘較低，國產設備已達國際先進水平；前端設備對整條生產線質量有重要影響，技術相對要求高，核心設備正向高端化發展，部分已經達到或接近國際先進水平，且價格方面優勢明顯。在規模不斷擴大的同時，國產鋰電生產設備的技術精度、自動化程度大幅提高。

鋰電池后端檢測設備，有兩個工序。化成工序，通過首次充電激活，使負極表面生成有效的鈍化膜或SEI膜，需要化成設備。分容工序，將電芯按照設計標準進行再一次完整的充電及放電，需要分容設備。

溫度的控制，在鋰電池檢測中，會對電池的容量、內阻、安全等特性產生重要影響：

1.對電池材料理化特性產生影響（原材料存儲）。

2.對電池加工參數產生影響（電極烘烤、隔膜收縮、注漿涂布）。

3.對化成工藝產品影響。

4.對電池老化、分容及存儲過程產生影響。

于是，特普生研制了9款匹配鋰電池后端檢測設備的溫度傳感器，本文挑選其中3款闡述。

1.

材料：金屬探頭，鍍銀線，感溫元件 

使用溫度范圍：-40℃~125℃，-40℃~150℃

輸出信號：模擬信號

產品優勢：常用于環境探測，特殊處理的外殼耐腐蝕、耐磨，產品結構三線制可抵消線阻影響，測溫更準確。

2.

材料：防腐金屬探頭、 四芯鍍銀線  1/3B高精度PT元件 

使用溫度范圍：-40℃~125℃  -40℃~150℃

輸出信號：模擬信號

產品優勢：四線制結構，可確保超高精度的溫度測量

3.

材料：耐高溫可伸縮防腐外殼、鍍銀線  感溫元件(熱電偶、PT鉑電阻、NTC元件)

使用溫度范圍：-40℃~125℃、-40℃~150℃

輸出信號： 模擬信號

產品優勢：電池檢測設備用，獨特的雙彈簧結構，兩段式彈簧伸縮，安裝更方便