鋰離子電池制造裝備標準化現(xiàn)狀分析與研究

吳學科 黃持偉 陽如坤

深圳吉陽智能科技有限公司

近年來，隨著電動汽車、電子信息等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，全球鋰離子電池需求量猛增，全球動力電池產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展。其中，中國的動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展尤為迅猛，涌現(xiàn)出了一批優(yōu)秀的鋰離子電池制造企業(yè)。2019年中國鋰離子電池產(chǎn)量逐漸增長，全年鋰離子電池產(chǎn)量為157.2億只，同比增長4%。鋰電池產(chǎn)業(yè)在未來5～10年會成為繼汽車產(chǎn)業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)、半導體產(chǎn)業(yè)之后新的萬億級產(chǎn)業(yè)，對我國的國防建設(shè)、航空航海、節(jié)能環(huán)保、新能源汽車、電子信息、智慧能源系統(tǒng)等領(lǐng)域的發(fā)展都具有重要的戰(zhàn)略意義。

鋰離子電池制造裝備作為鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的“母雞”，對鋰離子電池高質(zhì)量發(fā)展至關(guān)重要，是鋰離子電池提高質(zhì)量，降低成本，提升安全性的重要保證。鑒于鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，應該把鋰離子電池產(chǎn)業(yè)及其制造裝備作為重要產(chǎn)業(yè)來發(fā)展，大力推進我國鋰電制造技術(shù)的進步?！百|(zhì)量提升，標準先行”。鋰離子電池制造裝備的標準化不僅對制造裝備本身有重要引領(lǐng)作用，而且對提升鋰離子電池的安全性、質(zhì)量、生產(chǎn)效率等方面都具有關(guān)鍵作用。因此，對鋰離子電池制造裝備標準化進行研究與探討是非常必要的。本文在分析國內(nèi)外鋰離子電池制造裝備標準化現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了推進鋰離子電池制造裝備標準化的幾點建議。

1制造裝備的分類

鋰離子電池按應用場景可以分為動力電池、消費類電池和儲能電池3大類。鋰離子電池按外形可分為圓柱形電池、方形電池、軟包電池3類。不同類型的電池在制造工藝上存在一定差別，但總體上可分為極片制造、電芯制造、PACK制造3個工段。動力電池生產(chǎn)制造系統(tǒng)如圖1所示，本文以動力電池制造裝備為核心展開介紹。

1.1極片制造設(shè)備

極片制造工段：該工段完成從原料到極片制作的全過程，包括配料和攪拌、涂布、輥壓、分條、烘烤、沖切、稱重等工序，主要設(shè)備包括合漿設(shè)備、分散設(shè)備、涂布設(shè)備、滾壓設(shè)備、分切設(shè)備等。

1.2電芯制造設(shè)備

電芯制造工段：該工段完成極片成型到化成分容的全部過程，包括芯包制備、電芯裝配、干燥注液、化成分容等核心工序，主要設(shè)備包括模切機、卷繞機/疊片機、極柱焊接機、自動入殼機、封口機、注液機、化成分容機等。

1.3PACK制造設(shè)備

電池PACK工段：該工段完成從電芯分組配對到電池包組裝檢測完成的全過程，主要設(shè)備包括電芯測試分選機、電池模組組裝機、電池封裝機、電池測試機等。

以上是鋰離子電池3個工段相對應的主要設(shè)備，由于鋰離子電池制造的工藝比較復雜，工序較多，除了上述主要設(shè)備外，還包括其他許多檢測設(shè)備、輔助設(shè)備等。

2標準化現(xiàn)狀

2.1國外現(xiàn)狀

目前國際上還沒有發(fā)現(xiàn)專門針對鋰離子電池制造裝備的相關(guān)標準，也未發(fā)現(xiàn)相關(guān)專業(yè)的標準歸口機構(gòu)，鋰離子電池相關(guān)的標準化機構(gòu)也沒有將鋰離子電池制造裝備納入具體的工作范圍。因此，從國際上看，鋰離子電池制造裝備標準化工作基本是處于空白狀態(tài)。

2.2國內(nèi)現(xiàn)狀

為規(guī)范鋰電制造行業(yè)的發(fā)展，2016年由深圳吉陽智能科技有限公司牽頭，組織相關(guān)行業(yè)的龍頭企業(yè)、研究機構(gòu)、第三方檢測機構(gòu)以及行業(yè)內(nèi)專家向全國電工專用設(shè)備標準化技術(shù)委員會（sAC/TC 412）申請成立了鋰離子電池制造成套設(shè)備標準制修訂工作組。工作組在成立以來在標委會的指導下取得了不少成績，2019年1明發(fā)布的國家標準GB/T 383312019》鋰離子電池生產(chǎn)設(shè)備通用技術(shù)要求》填補了鋰電制造設(shè)備行業(yè)的空白，《鋰離子電池極片涂布機》《鋰離子電芯疊片機》2項行業(yè)標準已于2019年12月報工業(yè)和信息化部批準，尚處于審批階段。由于國家標委化管理委員會對全國專業(yè)標準化技術(shù)委員會的布局和調(diào)整，全國電工專用設(shè)備標準化技術(shù)委員會（sAC/TC 412）已于2020年3月份被撤銷，鋰離子電池制造成套設(shè)備標準制修訂工作組也一并撤銷，因此目前國內(nèi)鋰離子電池制造裝備無專門的標準歸口機構(gòu)。

目前正式發(fā)布的有關(guān)鋰離子電池制造裝備的國家標準，只有GB/T38331-2019《鋰離子電池生產(chǎn)設(shè)備通用技術(shù)要求》一項，其對鋰離子電池制造過程中的檢測系統(tǒng)設(shè)備、漿料制備系統(tǒng)設(shè)備、極片制造系統(tǒng)設(shè)備、芯包制造系統(tǒng)設(shè)備、電芯裝配系統(tǒng)設(shè)備、干燥注液系統(tǒng)設(shè)備、化成分容系統(tǒng)設(shè)備、電池模組組裝系統(tǒng)設(shè)備、電池回收系統(tǒng)設(shè)備的性能進行了規(guī)范，同時對涉及電池制造過程中的毛刺、粉塵控制、水分控制、極片保護、異物雜質(zhì)控制等安全要求也作了相關(guān)規(guī)定，另外在設(shè)備互聯(lián)互通互操作要求、設(shè)備可靠性要求、設(shè)備能耗要求、環(huán)境保護要求等方面也提出了相應的要求。作為基礎(chǔ)標準，對鋰離子電池制造裝備的設(shè)計、制造、檢測、驗收、使用和維護具有重要的指導作用（見表1）。

目前正式發(fā)布的有關(guān)鋰離子電池制造裝備的行業(yè)標準，只有JB/T12763-2015《鋰離子電芯卷繞設(shè)備》一項，其對鋰離子電芯卷繞設(shè)備的型號、技術(shù)參數(shù)、基本要求、外觀、裝配質(zhì)量、安全保護、電氣系統(tǒng)、噪聲等方面進行了規(guī)定，同時對檢驗與驗收、檢驗規(guī)則、標志、包裝、運輸、貯存也作了相應規(guī)范。作為鋰離子電池制造裝備領(lǐng)域唯一正式發(fā)布的行業(yè)標準，對其他設(shè)備的標準化具有重要的參考和指引作用（見表2）。

從以上情況可以看出，鋰離子電池制造裝備缺乏標準歸口機構(gòu)，從整個鋰離子電池制造裝備行業(yè)來講，標準匱乏十分嚴重，阻礙了鋰離子電池制造裝備以及鋰離子電池行業(yè)的發(fā)展。

3原因分析

造成鋰離子電池制造裝備標準化現(xiàn)狀的因素是多方面的，以下從標準歸口機構(gòu)缺失、企業(yè)積極性、下游電池產(chǎn)品以及裝備技術(shù)更新特點等幾個主要維度來進行分析。

3.1標準歸口機構(gòu)缺失

隨著相對有一定業(yè)務關(guān)聯(lián)的全國電工專用設(shè)備標準化技術(shù)委員會（SAC/TC 412）被撤銷，目前鋰電制造裝備行業(yè)沒有明確的標準技術(shù)管理歸口機構(gòu)，這是鋰離子電池制造裝備標準化工作無法全面開展的一個重要原因。標準歸口機構(gòu)缺失，鋰離子電池制造裝備的標準化工作無主導機構(gòu)，使鋰離子電池制造裝備的標準化工作幾乎處于停滯狀態(tài)，標準化體系沒有緊隨產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而進一步完善，急需制定的國家、行業(yè)標準因為沒有歸口機構(gòu)而夭折，一些有意愿將自身技術(shù)轉(zhuǎn)化為國家或行業(yè)標準的企業(yè)也因找不到標準的歸口而苦惱，“報標無門”的現(xiàn)狀對鋰離子電池制造裝備的標準化造成了巨大的影響。

3.2裝備企業(yè)積極性不高

部分鋰離子電池制造裝備企業(yè)標準化意識不高，對參與標準化工作不是很強烈，另外也有一部分企業(yè)因為擔心技術(shù)泄露，而拒絕參加標準化活動，沒有從行業(yè)的高度長遠看待標準化問題，參與制定標準的企業(yè)廣泛性不夠，將導致標準技術(shù)內(nèi)容的不全面，制定出來的標準不是裝備現(xiàn)有技術(shù)水平的真實反映。因為標準化工作無法直接產(chǎn)生經(jīng)濟效益，而參加標準化活動，會使企業(yè)增加相關(guān)人員成本和工作經(jīng)費，增大了企業(yè)的經(jīng)濟壓力，這也是部分企業(yè)對標準化工作積極性不高的重要原因之一。

3.3電池技術(shù)規(guī)格不統(tǒng)一

鋰離子電池制造裝備的最終產(chǎn)品是制造出質(zhì)量、性能都合格的鋰離子電池，因此鋰離子電池技術(shù)規(guī)格以及要求是否統(tǒng)一對鋰離子電池制造裝備的標準化有著至關(guān)重要的意義。而目前我國鋰離子電池型號繁雜，特別是在動力汽車的電池包規(guī)格尺寸方面，已通過工業(yè)和信息化部發(fā)布的《新能源汽車推廣應用推薦車型目錄》中其動力電池產(chǎn)品超過上千種，不同尺寸規(guī)格和技術(shù)參數(shù)的電池，會對制造裝備有不同的要求，企業(yè)生產(chǎn)不同尺寸規(guī)格的電池，輕則更換裝備的個別模塊，重則需要調(diào)整整個產(chǎn)線。下游電池產(chǎn)品標準的不統(tǒng)一，直接導致鋰離子電池制造裝備的各異性，是鋰離子電池制造裝備很難實現(xiàn)標準化的重要原因。

3.4技術(shù)更新?lián)Q代快

鋰離子電池制造裝備行業(yè)是近些年來隨著鋰離子電池行業(yè)發(fā)展而興起的新興行業(yè)，與鋰離子電池產(chǎn)業(yè)一樣，發(fā)展迅猛，技術(shù)更新?lián)Q代快，與其他很多傳統(tǒng)裝備行業(yè)相比，標準化工作基礎(chǔ)薄弱，體系不完善，因此在標準化工作總體滯后的情況下，還要面對技術(shù)更新?lián)Q代快的行業(yè)特點，加上在我國現(xiàn)行標準化制度的框架下制定國家、行業(yè)標準需要的周期較長，所以在短時間內(nèi)建立起完善的鋰離子電池制造裝備標準化體系，并制定出符合產(chǎn)業(yè)實際需要的國家標準、行業(yè)標準是比較困難的。

4產(chǎn)生的問題

鋰離子電池制造裝備是鋰離子電池生產(chǎn)的基礎(chǔ)，裝備的優(yōu)劣直接影響電池的質(zhì)量高低，因此制造裝備的標準化不僅會對鋰離子電池制造裝備產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生關(guān)鍵性影響，也會對生產(chǎn)的鋰離子電池產(chǎn)品產(chǎn)生重要影響。

4.1無標準申報通道

由于缺乏標準歸口機構(gòu)，鋰離子電池制造裝備行業(yè)面臨標準申報無通道的局面。上層相關(guān)的政策無法快速有效傳達裝備制造企業(yè)，裝備制造企業(yè)以及整個行業(yè)面臨的一些問題也無法通過歸口機構(gòu)傳達上層，在政府制定產(chǎn)業(yè)規(guī)劃政策時與裝備制造行業(yè)的企業(yè)之間缺乏一個紐帶和橋梁。另外鋰離子電池制造裝備行業(yè)急需制定的一些國家、行業(yè)標準以及相關(guān)行業(yè)的規(guī)范，由于沒有申報的通道，更是無法實現(xiàn)從國家和行業(yè)層面來主導制定和實現(xiàn)，嚴重阻礙鋰離子電池制造裝備產(chǎn)業(yè)和鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

4.2無標準可依

由于標準的缺失，鋰離子電池制造裝備行業(yè)總體上面臨無標可依的局面。由于國家和行業(yè)標準的嚴重缺失，鋰離子電池制造裝備缺乏指導性的通用規(guī)范，裝備制造企業(yè)各自為政，對于新產(chǎn)品都需要投入大量的人力和財力進行開發(fā)。而下游的電池企業(yè)購買不同裝備企業(yè)生產(chǎn)的電池生產(chǎn)設(shè)備又存較大的差異性，對于產(chǎn)線調(diào)整或升級改造都會增加不少困難，同時對于后續(xù)電池的追溯也會造成困擾，特別是在設(shè)備參數(shù)優(yōu)化方面，無法實現(xiàn)采用通用優(yōu)化模塊來對電池生產(chǎn)工藝進行優(yōu)化。因此，無標可依的狀況不僅會對裝備制造企業(yè)造成嚴重影響，對電池生產(chǎn)企業(yè)也會造成重要影響。

4.3設(shè)備種類增加

鋰離子電池的規(guī)格參數(shù)不統(tǒng)一，導致制造裝備型號規(guī)格增多，不同規(guī)格的離鋰子電池，作為裝備制造企業(yè)就要開發(fā)與之相一致的生產(chǎn)裝備，很難實現(xiàn)裝備的規(guī)?；a(chǎn)。制造設(shè)備的種類增加，裝備制造企業(yè)研發(fā)和生產(chǎn)成本增加，無法讓裝備制造企業(yè)集中更多的人力、財力來專門集中研究某款設(shè)備，生產(chǎn)出來的設(shè)備很難做到專而精，最終很難使電池質(zhì)量提高，另外沒有實現(xiàn)標準化，設(shè)備開發(fā)周期更長，設(shè)備的通用性、互換性差，這些都會影響鋰離子電池制造裝備產(chǎn)業(yè)和下游電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

4.4制造成本增加

鋰離子電池制造裝備標準的缺乏，會讓裝備制造企業(yè)研發(fā)成本增加，設(shè)備的通用性降低，很多模塊以及零部件等都是非標產(chǎn)品，很難實現(xiàn)大批量購買或加工生產(chǎn)，另外設(shè)備開發(fā)周期同樣會更長，時間成本同樣會增加。由于制造裝備企業(yè)的制造成本增加，設(shè)備的價格必然會上升，自然會導致下游電池企業(yè)的成本增加，最終導致電池的生產(chǎn)成本增加，不利于產(chǎn)業(yè)的優(yōu)質(zhì)、快速發(fā)展。

4.5影響電池質(zhì)量

鋰離子電池裝備無法實現(xiàn)標準化，使裝備制造無法實現(xiàn)規(guī)?；圃?，加之電池生產(chǎn)工藝的復雜性，使電池的質(zhì)量和一致性很難精確控制。在鋰離子電池生產(chǎn)的每一個工序當中都存在有對電池質(zhì)量有重要影響的因素，只有建立在相同標準的基礎(chǔ)上對所得到的電池制造過程數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析，才能全面準確把控相關(guān)參數(shù)對電池質(zhì)量影響的機理，建立優(yōu)化模塊，實現(xiàn)電池制造的閉環(huán)控制，最終實現(xiàn)電池質(zhì)量的全面提升。鋰離子電池制造設(shè)備的標準化是提高電池質(zhì)量強有力的手段。

5對策

針對鋰離子電池制造裝備標準化的現(xiàn)狀以及所面臨的問題，建議應從以下幾個方面加強相關(guān)工作。

5.1建立標準歸口機構(gòu)

建立鋰離子電池制造裝備標準化歸口機構(gòu)是鋰離子電池制造裝備產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)標準化的基礎(chǔ)和前提，我國標準歸口管理制度的固化，讓許多新興產(chǎn)業(yè)無法找到適合的標準技術(shù)歸口單位，建議國家標準化管理機構(gòu)應根據(jù)新興行業(yè)發(fā)展的需要建立相應的標準化技術(shù)歸口機構(gòu)，來管理新興行業(yè)的標準化工作，讓標準緊跟產(chǎn)業(yè)發(fā)展步伐，服務產(chǎn)業(yè)發(fā)展。鋰離子電池制造裝備同樣屬于新興產(chǎn)業(yè)，其標準化工作需要從國家、行業(yè)層面來統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)，其標準歸口機構(gòu)的建立是實現(xiàn)行業(yè)標準化必須要走的第一步。

5.2加強制定團體標準

目前鋰離子電池制造裝備標準嚴重匱乏的局面，如果想短時間內(nèi)從制定國家標準、行業(yè)標準方面來改變是比較困難的，國家標準、行業(yè)標準制定周期較長、審批流程較為復雜，可作為標準化長期規(guī)劃的目標。由于團體標準制造周期短，市場靈活性強，在短期內(nèi)可以組織行業(yè)內(nèi)相關(guān)企業(yè)、協(xié)會、科研機構(gòu)、第三方檢測機構(gòu)等制定一批行業(yè)急需規(guī)范的團體標準，快速引導鋰離子電池制造裝備走上標準化的道路。

5.3加強電池標準統(tǒng)一

鋰離子電池制造裝備的最終產(chǎn)品是鋰離子電池，電池標準的統(tǒng)一對制造裝備標準化有著至關(guān)重要的影響。電池尺寸規(guī)格過多就是鋰離子電池制造裝備標準化的一大障礙，應根據(jù)電動汽車發(fā)展的要求，將動力電池總體尺寸規(guī)格數(shù)量縮少在12～15個范圍內(nèi)，其他有特別需要的可進行個性化定制，電池尺寸規(guī)格的統(tǒng)一，使鋰離子電池制造裝備的類型大大減少，有利于標準化的實現(xiàn)。除也電池尺寸規(guī)格外，也可通過從電池安全、性能方面來進行規(guī)范電池制造裝備，實現(xiàn)電池產(chǎn)品標準倒逼制造裝備走標準化道路。

5.4加強標準交流溝通

鋰離子電池制造裝備的標準化不僅涉及裝備制造企業(yè)，還涉及電池生產(chǎn)企業(yè)、科研機構(gòu)、電池回收企業(yè)、第三方檢測機構(gòu)等多個方面，在相關(guān)標準化活動中應加強各方面的交流與溝通，標準制定過程中參與單位的廣泛性才能代表行業(yè)的真實水平和實際需要。特別是電池生產(chǎn)企業(yè)對鋰離子電池制造裝備是有重要影響的，鋰離子電池制造裝備的優(yōu)劣直接會影響電池質(zhì)量的好壞，因此在鋰離子電池制造裝備標準化的過程中，應征詢多方意見，只有這樣才能制定出緊跟產(chǎn)業(yè)發(fā)展、服務產(chǎn)業(yè)發(fā)展、指導產(chǎn)業(yè)發(fā)展的標準。

5.5加強標準應用推廣

在鋰離子電池制造裝備標準嚴重缺乏和滯后的實際情況下，更應該加強標準化的應用與推廣，增加相關(guān)企業(yè)的標準化意識。一方面對現(xiàn)有標準進行宣貫與推廣，另一方面加強國家標準、行業(yè)標準、團體標準的制定，完善鋰離子電池制造裝備的標準化體系。在標準應用與推廣方面，不僅需要裝備制造企業(yè)和電池生產(chǎn)企業(yè)的努力，還需要政府機構(gòu)的干預、行業(yè)協(xié)會的推動、社會輿論的引導，只有在多方面的共同努力之下，才能真正實現(xiàn)鋰離子電池制造裝備的標準化，引領(lǐng)全國鋰電制造走標準化道路、走智能制造道路，實現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、快速發(fā)展。

6結(jié)語

本文介紹了鋰離子電池制造裝備標準化的國內(nèi)外現(xiàn)狀，分析了目前鋰離子電池制造裝備標準化工作開展所遇到的困難及原因，同時對鋰離子電池制造裝備標準匱乏、標準不統(tǒng)一、歸口機構(gòu)缺失等所帶來的問題和鋰離子電池制造裝備標準化的意義進行了闡述;建議應盡快建立鋰離子電池制造裝備標準化歸口機構(gòu)，主導行業(yè)的標準化工作，對產(chǎn)業(yè)發(fā)展急需的標準應組織行業(yè)內(nèi)相關(guān)企業(yè)及時制定團體標準，另外對標準交流溝通以及標準的應用推廣方面也提了一些建議，為今后鋰離子電池制造裝備相關(guān)標準化工作的開展提供了新的思路和方向。