■ 黄持伟 吴学科 阳如坤 刘阿密
（深圳吉阳智能科技有限公司）
摘 要：本文概述了锂电池智能制造装备标准体系的国内外现状，分析了目前锂电池智能制造装备标准体系建立和维护过程中所遇到的困难及原因，结合锂电池制造工艺以及对系统集成方面的要求从浆料制备、极片制备、芯包制备、电芯装配、干燥注液、化成分容、电池PACK、检测设备、制造系统集成等九大方面提出了锂电池智能制造装备标准体系，并对锂电池智能制造装备标准体系在相关行业内的执行、推广与应用提出了建议，为今后锂电池智能制造装备标准体系的建设、维护、完善以及应用提供了新的思路和方向。 关键词：锂电池，制造装备，标准体系，系统集成
DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2021.07.005
Research on the Standards System of Intelligent Manufacturing Equipment
for Lithium Batteries
HUANG Chi-wei WU Xue-ke YANG Ru-kun LIU A-mi
（Shenzhen Geesun Intelligent Technology Co., Ltd.）
Abstract: This paper introduces the status quo of the standards system of lithium battery intelligent manufacturing equipment at home and abroad, analyzes the difficulties and reasons encountered in the establishment and maintenance process of the current lithium battery intelligent manufacturing equipment standards system. The standards system of lithium battery intelligent manufacturing equipment is proposed combined with the requirements of lithium battery manufacturing technology and system integration in eight aspects from slurry preparation, electrode manufacturing, jelly roll manufacturing, cell assembly, dry and filling, formation and grading, battery pack, detection equipment and manufacturing system integration. Some suggestions are put forward for the implementation, promotion and application of lithium battery intelligent manufacturing equipment standards system in related industries, which provides new ideas and directions for the construction, maintenance, improvement and application of lithium battery intelligent manufacturing equipment standards system in the future.
Keywords: lithium battery, manufacturing equipment, standards system, system integration
随着化石能源的用量不断增加，全球气温不断上升，环境形势不断严峻，人类的生存环境受到了巨大的威胁，因此运用洁净的新能源来代替化石能源是全人类发展的必由之路。锂电池具有能量密度大、自放电小、无记忆效应、工作电压范围宽、寿命长、无环境污染等特点，是目前动力汽车替代化石能源的最佳选择，也是必然方向[1-2]。目前，锂电池的运用领域不断扩大，从热门的动力汽车、大规
基金项目：本文受国家重点研发计划项目（项目编号：2016YFB0100300）资助。
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模储能、电子通信产品向航空航天、航海、节能环保、国防等战略性领域发展[3-4]。2019年中国新能源汽车销量达120.6万辆，带动动力电池装机量为62.2GWh，锂电池生产设备需求达220亿元，结合新能源汽车市场产量预测结果，未来5年动力电池复合增长率将达到25%-35%左右，预计2025年市场规模将达到750万辆，市场占比25%，动力电池配套量达到350GWh，锂电装备需求量达800-1000亿元，同时，未来移动产品的智能化也主要依靠锂电储能作为主要的能源供给，专家预测锂电产业将超过半导体产业达到万亿级的市场规模，成为未来国民经济的重要支柱。目前中国已经成为全球最大的锂电池制造国。
锂电池智能制造装备作为锂电池产业的“母鸡”，对锂电池的发展有着至关重要的作用，锂电池产业的发展目前也存在着一些瓶颈，电池的安全性不稳定、合格率有待提升、一致性较差、可靠性较低等，这些问题严重影响锂电池的运用，而这些问题的产生主要是由于电池制造过程中影响质量因素众多、关联性
强、精准控制难等，锂电制造设备质量的提升是突破这些瓶颈的关键，智能制造更是实现锂电质量飞跃的引擎。制造安全性、制造质量提升，标准先行，标准化建设是推进锂电智能制造的先机和制高点，是锂电产业发展和企业竞争的关键所在。锂电行业属于新能源行业，是近些年迅速发展起来的新兴行业，与其他成熟制造行业相比，锂电行业制造装备，特别是锂电智造方面的标准化严重滞后，标准缺失、交叉重复、行业发展不平衡等问题比较突出，最关键的是没有一个完善的标准体系以及专门的标准管理归口机构来管理锂电池智能制造装备的标准化工作，这些都严重制约着锂电制造的速度和质量。因此，对锂电池智能制造装备标准体系进行研究是非常必要的，通过建立完善的标准体系来引领全国锂电制造走标准化道路、走智能制造道路，实现锂电制造安全、高效、优质、快速发展。
1 锂电池智能制造装备分类
根据锂电池使用场景的不同可将锂电池分为动力电池、消费类电池和储能电池三类。根据外形可将锂电池分为圆柱型电池、方型电池、软包电池三类。虽然各种类型的锂电池在制造工艺以及制造流程上会有一定的差别，但总体上可分为极片制造、电芯制造、PACK制造三个工序[5]。动力电池制造工艺及主要设备如图1所示。
图1 动力电池制造工艺及主要设备构成图
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2 国内外锂电池智能制造装备标准体系现状
2.1 国外现状
目前国际上还没有专门针对锂电池智能制造装备标准的管理归口机构，通过对国际标准化组织（ISO）、国际电工委员会（IEC）、欧洲标准化委员会（EN）发布的标准进行搜索和查询，并没有发现与锂电池智能制造装备相关的标准。因此从标准管理归口机构和已发布的标准来看，国际上锂电池智能制造装备标准化工作几乎是处于空白状态，所以国际上还没有制定出锂电池智能制造装备标准体系。
2.2 国内现状
为规范锂电池智能制造装备行业的发展，2020年由深圳吉阳智能科技有限公司主导，组织相关领域的锂电池企业、锂电池智能制造装备企业、科研机构、第三方检测机构以及行业内专家向全国自动化系统与集成标准化技术委员会（SAC/TC 159）申请成立了锂电池智能制造装备标准化工作组，负责全国锂电池智能制造装备标准体系的建立和维护，以及相关领域的国家、行业标准制修订工作。
现行国家标准中有关锂电池智能制造装备的标准，只有GB/T 38331-2019《锂离子电池生产设备通用技术要求》一项，作为锂电智能制造装备领域的基础标准，对标准体系的建立以及相关标准的制定工作具有重要的指导意义，同时对锂电池的制造也具有重要的参考价值。另外，《动力电池数字化车间集成 第
1部分：通用要求》《动力电池数字化车间集成 第2部分：数据字典》《动力电池数字化车间集成 第3部分：制造过程数据集成规范》三项标准已报国家标准委申请立项。
现行行业标准中有关锂电池智能制造装备的标准，只有JB/T 12763-2015《锂离子电芯卷绕设备》一项，作为锂电池智能制造装备领域已发布的唯一行业标准，除了能规范锂电池卷绕设备的设计、制造、检验的作用外，对锂电池智能制造装备领域其他设备的标准化也具有借鉴和指导作用。另外，《锂离子电芯卷绕设备》《锂离子电芯卷绕设备》两项行业标准已研制完成，上报标准主管部门批准，同时2020年8月《锂离子电池浆料高速分散设备》等7项锂电池智能制造装备相关的行业标准已获工业和信息化部批准立项。
综上，国内锂电池智能制造装备领域的标准化
表1 锂电池智能制造装备领域的国家行业标准
工作已有一定的基础，也建立了相关领域的标准管理归口机构，但从整个锂电池智能制造装备行业来看，标准还是十分匮乏，标准管理归口机构也才刚刚建立，因此建立完善的锂电池智能制造装备标准体系来指导行业标准化工作的开展，通过标准引领锂电智造的发展，是至关重要的。
3 锂电池智能制造装备标准体系的构建
锂电池智能制造装备标准体系以锂电池制造工艺为基础，以智能制造为核心来进行构建，锂电池智能制造装备标准体系由浆料制备装备标准、极片制备装备标准、芯包制备装备标准、电芯装配装备标准、干燥注液装备标准、化成分容装备标准、电池PACK设备、检测设备标准、制造系统集成标准九大部分组成。锂电池智能制造装备标准体系表如图2所示。
3.1 浆料制备装备标准
浆料制备装备是指在锂电池制造过程中，将活性物质、黏结剂、导电剂制成浆料的系列装备，具体包括锂电池自动加料系统锂电池浆料搅拌机、锂电池浆料高速分散设备、锂电池浆料传输系统、锂电池浆料周转罐、锂电池浆料脱泡机、锂电池浆料过滤机等。
3.2 极片制备装备标准
极片制备装备是指在锂电池制造过程中，将正极浆料、负极浆料，分别完成涂布、辊压、分条的系列设备，具体包括锂电池涂布机、锂电池隔膜涂布机、锂电池滚压机、锂电池分条机、锂电池极片激光清洗机、锂电池极片真空烘烤机、锂电池辊压分切一体机等。
3.3 芯包制备装备标准
芯包制备装备是指在锂电池制造过程中，完成从极片到芯包制程的系列设备，具体包括锂电池模切机、锂电池制片机、锂电池极片制袋机、锂电池卷绕机、锂电池叠片机、锂电池制片卷绕一体机、锂电池模切卷绕一体机、锂电池模切叠片一体机等。3.4 电芯装配装备标准
电芯装配装备是指在锂电池制造过程中，完成从锂电池芯包到成型的电芯的系列设备，具体包括
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图2 全国锂电池智能制造装备标准体系表
锂电池极柱焊接机、锂电池极耳预焊裁切机、锂电池极耳激光焊接机、锂电池电芯自动入壳机、锂电池圆柱电池机械封口机、锂电池激光封口机、锂电池热封口机、锂电池铝塑膜封口机、锂电池铝塑膜成形机、锂电池芯包热冷压设备、锂电池卷芯揉平机、锂电池卷芯包胶机、锂电池集流盘焊接机、锂电池极耳折弯合盖机、锂电池顶底封口机、锂电池自动套管机等。
3.5 干燥注液装备标准
干燥注液装备是指在锂电池制造过程中，将做成的电芯进行干燥，完成加注电解液的系列设备，具体包括锂电池电芯真空烘烤机、锂电池注液机等。
3.6 化成分容装备标准
化成分容装备是指在锂电池制造过程中，对注液后的电芯进行预充电、检测、分容确定电芯性能的系列设备，具体包括锂电池化成设备、锂电池分容设备等。
3.7 电池PACK设备标准
电池PACK设备指锂电池组的加工组装过程中所用到的设备，主要是指将电芯进行分选、组合形成模组，然后模组、保护板、连接片连接，再和壳体进行组装，封装形成电池包，最后经检测测试加工成客户需要的电池产品的过程中所需要的系列设备，具体包括锂电池电芯分选设备、锂电池模组组装连接设备、锂电池封装设备、锂电池包检测设备等。
3.8 检测设备标准
检测设备是指在锂电池制造过程中，对锂电池制造过程中相关参数或指标进行检测的系列设备，具体包
括锂电池极柱焊接机、锂电池极耳预焊裁切机、锂电池内阻开路电压测试设备、锂电池极片对齐度检测设备、锂电池极片厚度检测设备、锂电池泄露检测设备、锂电池制造毛刺在线检测设备、锂电池制造异物检测设备、锂电池粉料在线检测设备、锂电池电解液在线检测设备、锂电池电芯CT透
视设备、锂电池芯包制造对齐度在线检测设备、锂电池使用劣化检测设备等。
3.9 制造系统集成标准
制造系统集成是指在锂电池制造过程中的制造管理系统、数据接口规范、制造安全规范等方面的内容，具体包括锂电池生产设备通讯接口规范、锂电池制造设备安全技术条件、锂电池制造安全管理规范、锂电池生产设备通用技术条件、锂电池制造工艺管理规范、锂电池制造工厂评价规范、锂电制造设备选择规范、锂电池制造物流设计规范、锂电池制造数据平台建设规范、锂电池制造数字孪生通用技术要求、锂电池制造能耗效率管理要求、锂电池制造工厂集成规范、锂电池无人工厂建设规范、锂电池制造工业互联平台技术要求、锂电池制造质量定义及计算方法、锂电池制造质量分析集成规范、动力电池数字化车间集成系列标准、锂电池制造装备健康管理规范、锂电制造远程运维技术条件等。
4 锂电池智能制造装备标准体系执行对策
锂电池智能制造装备标准体系并不是一尘不变的，他会随着装备技术的进步和锂电池工艺的改善而不断
完善，同时标准体系的执行和落实，能服务锂电制造产业才是最终目的，标准体系的建立和维护不是某一个机构或企业就能完成的事情，他需要相关领域的各方共同努力、共同遵守、共同维护，才能发挥出他的作用。
（1）标准归口机构是标准体系执行的主导者。锂电制造行业是近些年来兴起的新兴行业，由于我国标准化制度的问题，新兴产业标准技术归口建立落后于产业发展的需要，国家标准、行业标准制定的周期较长，严重滞后产业的发展步伐，而行业内标准体系的执行、相关标准的制修订工作基本都是由标准归口机构来主导，同时要靠锂电制造相关行黄持伟，吴学科，阳如坤等：锂电池智能制造装备标准体系研究
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