【视角】 动力电池的制造目标！

据不完全统计，今年上半年有85个新能源产业链开工项目，总投资金额超5914亿元，其中有29个电池项目，共计投资约2780.76亿元。

头部电池企业项目密集开工，是市场需求旺盛的反应，在产能加速扩张的时候，做什么样的电池，如何制定制造目标，如何实现，是我们需要停下来思考的问题。

前两期我们分别聊到电池制造的特征、衡量电池制造水平的指标，为了实现电池制造的高质量发展，需要确定目标，有了目标，我们的每一次努力和尝试才会更有意义。

本期将分析制造技术的现状与趋势，提出电池制造的发展目标及三个“五年计划”，最后将展示动力电池制造及关键核心装备的技术路线图。

1、国内外制造技术及装备现状及对比

动力电池作为移动产品的“心脏”，已成为移动产品最核心的部件，这一特殊的通用目的产品在现代移动产品的制造中，必须跟半导体芯片制造、汽车发动机及整车制造技术一样，从基于材料、设计、制造工艺技术和装备技术方面全面突破入手，才能保证电池制造的安全性、一致性、控制目标成本。

2、我国电池制造技术短板

设计开发技术：电池产品和关键核心装备的研发在数字化设计、数字化模拟验证、数字孪生等方面的开展不够，一次设计不准确，需要反复修正，靠试错摸索实现优化，从而导致产品开发周期长、产品迭代慢，产品上市时间晚，错失很多市场机会。

装备制造基础元部件：装备的基础元部件仍然需要依靠进口，如可靠的气动元件、高精度传感器、高精度伺服系统、直驱电机系统、大功率脉冲、连续激光器等。

3、电池制造发展趋势

未来电池制造装备技术将呈现出两种趋势：现有制造工艺装备创新升级和新型工艺装备创新。

现有工艺装备创新升级：高速化、集成化和数字化。

高速化，如涂布速度突破120M/min，卷绕线速度突破3M/s，叠片效率突破600PPM。

集成化，如实现合浆、涂布、滚压、分条集成一体化，激光模切卷绕、激光模切叠片、组装过程一体化，以上技术的突破可以大大减少人工成本和环境控制成本，缩短制造链，提高制造效率，提升材料利用率。

设备数字化的目标是实现标准化设备接口、通过边缘计算实现工序制造质量的工艺闭环，提升设备的稳定性和制造质量。

新型工艺装备创新：主要面对材料技术、电池技术升级开发新型装备，如预锂化设备、干法制片设备、多层同时涂布设备、多层极片复合设备、极片隔膜复合设备、一体化高速电芯组装线以及极片、电芯3D打印成型设备等。

动力电池智能制造的核心目标是高效准确获取制造数据、完善数据治理、搭建统一、高效、实时数据平台，利用工业互联网技术，基于大数据、云计算和工业人工智能技术，建立制造模型，进行模型优化，提升动力电池制造的质量、制造安全性和制造效率，满足大规模、高效储能的要求。

未来，电池的智能制造是针对动力电池产品的高安全性、高一致性、高制造效率和低成本等要求，应用智能化关键技术，对动力电池制造的浆料制备、极片制备、极芯制备、极组装配、干燥注液、化成分容和电池系统集成的过程实现“高精度、高速度、高可靠性”和“模型化、数字化、智能化”应用，建立数字化锂离子电池制造车间，包括在制造过程中引入来料参数、过程参数、制造质量的在线检测，实现制造工艺闭环，利用智能部件、机器人自动化组装、智能化物流与仓储、信息化生产管理及决策系统实现动力电池制造的智能化生产，确保动力电池产品的高安全性、高一致性、高合格率、高制造效率和低 制造成本。 

注：Overhang指电芯正负极片边缘重合度的最小值

注：CPK（Complex Process Capability index）指电芯制程能力指标，是电芯核心工序产品质量特征KPC（Key Product Characteristic）的CPK值乘积，一般电芯的工序KPC值有20个左右。

1、动力电池制造目标

优秀的产品是设计出来的，实践证明产品的质量70-80%是由设计决定的，设计是制造装备和制造工厂建设的基础。动力电池制造目标归结为六项，即：电芯规格、制造成本、制造安全性、制造CPK、材料利用率以及核心设备制造效率。

电芯规格：在未来电芯规格尽可能少，考虑商用车、乘用车的需求，圆柱、方形和软包的不同，到2035年电芯规格控制在12个以内，即圆柱2个规格，方形铝壳6个规格，软包4个规格；

制造CPK：动力电池制造质量特性按其重要程度分为关键产品特性KPC（Key Product Characteristic），如尺寸，容量，内阻等；产品过程控制特性KCC(Key Control Characteristic)，如设备工艺参数，产品过程参数等，经统计约有20个核心KPC控制点，动力电池制造的目标使KPC指标全部达到CPK2.0以上，保证电芯不需要经过筛选就能直接组合使用；

制造安全性：电池制造过程中的缺陷和无完全监控引入的电池不安全或者不安全因素，制造安全的目标是制造缺陷和制造环境对电池的影响得到有效控制，制造安全控制达到PPB（Part Per Billion十亿分之一）级要求；

制造成本：到2035年动力电池的制造成本随着能量密度的提升和制造效率的大幅度提高，瓦时制造成本将小于0.06元/Wh；

材料利用率：材料利用率是未来动力电池成本降低的关键，主要影响因素是电池材料的匹配设计，电池的结构设计，材料的回收；目标是在2035年材料利用率（按照材料成 本 价值计算）大于98%；

核心设备的单机产能：主要指涂布、模切、卷绕、叠片等设备单台的最大年输出产能，到2035年核心设备的单机年产能达到4-8GWh。

2、关键核心装备目标

新型电池制造技术：现有工艺装备实现效率提升、制造工艺数据闭环、制造质量CPK大于2.0、实现三个一体化，即：极片制造一体化、芯包制造一体化、组装一体化。具体技术包括：涂布、模切、卷绕、叠片高速、动态精度、稳定控制技术，基于大数据的设备制造工艺闭环控制技术，全激光模切卷绕、叠片一体化技术，适合大规模、零缺陷、高合格率极组连接和电芯封装技术；

新体系电池制造技术：新体系电池工艺装备跟随电池技术发展，实现硅碳负极、锂负极、高能量密度正极材料，半固态和固态电池、锂硫电池、锂空气电池制造装备研发；具体包括：预锂、纯锂负极制造技术，干式正极制造技术，PVD(Physical Vapor Deposition)极片制造技术，复合极片、复合膜和复合集流体制造技术，复合固态电池制造技术，3D打印极组制造技术等。

3、智能工厂及智能制造服务目标

智能工厂及智能服务发展分为三个阶段，即数字化全面实施、网络化运营及智能化质量升级，最终实现动力电池未来工厂——产品智能化、生产去中心化、大规模定制生产、智能化制造运维及服务。