锂离子电池制造装备标准化现状分析与研究

吴学科 黄持伟 阳如坤

深圳吉阳智能科技有限公司

近年来，随着电动汽车、电子信息等产业的快速发展，全球锂离子电池需求量猛增，全球动力电池产业高速发展。其中，中国的动力电池产业发展尤为迅猛，涌现出了一批优秀的锂离子电池制造企业。2019年中国锂离子电池产量逐渐增长，全年锂离子电池产量为157.2亿只，同比增长4%。锂电池产业在未来5～10年会成为继汽车产业、信息产业、半导体产业之后新的万亿级产业，对我国的国防建设、航空航海、节能环保、新能源汽车、电子信息、智慧能源系统等领域的发展都具有重要的战略意义。

锂离子电池制造装备作为锂离子电池产业的“母鸡”，对锂离子电池高质量发展至关重要，是锂离子电池提高质量，降低成本，提升安全性的重要保证。鉴于锂离子电池产业的发展，应该把锂离子电池产业及其制造装备作为重要产业来发展，大力推进我国锂电制造技术的进步。“质量提升，标准先行”。锂離子电池制造装备的标准化不仅对制造装备本身有重要引领作用，而且对提升锂离子电池的安全性、质量、生产效率等方面都具有关键作用。因此，对锂离子电池制造装备标准化进行研究与探讨是非常必要的。本文在分析国内外锂离子电池制造装备标准化现状的基础上，提出了推进锂离子电池制造装备标准化的几点建议。

1制造装备的分类

锂离子电池按应用场景可以分为动力电池、消费类电池和储能电池3大类。锂离子电池按外形可分为圆柱形电池、方形电池、软包电池3类。不同类型的电池在制造工艺上存在一定差别，但总体上可分为极片制造、电芯制造、PACK制造3个工段。动力电池生产制造系统如图1所示，本文以动力电池制造装备为核心展开介绍。

1.1极片制造设备

极片制造工段：该工段完成从原料到极片制作的全过程，包括配料和搅拌、涂布、辊压、分条、烘烤、冲切、称重等工序，主要设备包括合浆设备、分散设备、涂布设备、滚压设备、分切设备等。

1.2电芯制造设备

电芯制造工段：该工段完成极片成型到化成分容的全部过程，包括芯包制备、电芯装配、干燥注液、化成分容等核心工序，主要设备包括模切机、卷绕机/叠片机、极柱焊接机、自动入壳机、封口机、注液机、化成分容机等。

1.3PACK制造设备

电池PACK工段：该工段完成从电芯分组配对到电池包组装检测完成的全过程，主要设备包括电芯测试分选机、电池模组组装机、电池封装机、电池测试机等。

以上是锂离子电池3个工段相对应的主要设备，由于锂离子电池制造的工艺比较复杂，工序较多，除了上述主要设备外，还包括其他许多检测设备、辅助设备等。

2标准化现状

2.1国外现状

目前国际上还没有发现专门针对锂离子电池制造装备的相关标准，也未发现相关专业的标准归口机构，锂离子电池相关的标准化机构也没有将锂离子电池制造装备纳入具体的工作范围。因此，从国际上看，锂离子电池制造装备标准化工作基本是处于空白状态。

2.2国内现状

为规范锂电制造行业的发展，2016年由深圳吉阳智能科技有限公司牵头，组织相关行业的龙头企业、研究机构、第三方检测机构以及行业内专家向全国电工专用设备标准化技术委员会（sAC/TC 412）申请成立了锂离子电池制造成套设备标准制修订工作组。工作组在成立以来在标委会的指导下取得了不少成绩，2019年1明发布的国家标准GB/T 383312019》锂离子电池生产设备通用技术要求》填补了锂电制造设备行业的空白，《锂离子电池极片涂布机》《锂离子电芯叠片机》2项行业标准已于2019年12月报工业和信息化部批准，尚处于审批阶段。由于国家标委化管理委员会对全国专业标准化技术委员会的布局和调整，全国电工专用设备标准化技术委员会（sAC/TC 412）已于2020年3月份被撤销，锂离子电池制造成套设备标准制修订工作组也一并撤销，因此目前国内锂离子电池制造装备无专门的标准归口机构。

目前正式发布的有关锂离子电池制造装备的国家标准，只有GB/T38331-2019《锂离子电池生产设备通用技术要求》一项，其对锂离子电池制造过程中的检测系统设备、浆料制备系统设备、极片制造系统设备、芯包制造系统设备、电芯装配系统设备、干燥注液系统设备、化成分容系统设备、电池模组组装系统设备、电池回收系统设备的性能进行了规范，同时对涉及电池制造过程中的毛刺、粉尘控制、水分控制、极片保护、异物杂质控制等安全要求也作了相关规定，另外在设备互联互通互操作要求、设备可靠性要求、设备能耗要求、环境保护要求等方面也提出了相应的要求。作为基础标准，对锂离子电池制造装备的设计、制造、检测、验收、使用和维护具有重要的指导作用（见表1）。

目前正式发布的有关锂离子电池制造装备的行业标准，只有JB/T12763-2015《锂离子电芯卷绕设备》一项，其对锂离子电芯卷绕设备的型号、技术参数、基本要求、外观、装配质量、安全保护、电气系统、噪声等方面进行了规定，同时对检验与验收、检验规则、标志、包装、运输、贮存也作了相应规范。作为锂离子电池制造装备领域唯一正式发布的行业标准，对其他设备的标准化具有重要的参考和指引作用（见表2）。

从以上情况可以看出，锂离子电池制造装备缺乏标准归口机构，从整个锂离子电池制造装备行业来讲，标准匮乏十分严重，阻碍了锂离子电池制造装备以及锂离子电池行业的发展。

3原因分析

造成锂离子电池制造装备标准化现状的因素是多方面的，以下从标准归口机构缺失、企业积极性、下游电池产品以及装备技术更新特点等几个主要维度来进行分析。

3.1标准归口机构缺失

随着相对有一定业务关联的全国电工专用设备标准化技术委员会（SAC/TC 412）被撤销，目前锂电制造装备行业没有明确的标准技术管理归口机构，这是锂离子电池制造装备标准化工作无法全面开展的一个重要原因。标准归口机构缺失，锂离子电池制造装备的标准化工作无主导机构，使锂离子电池制造装备的标准化工作几乎处于停滞状态，标准化体系没有紧随产业的发展而进一步完善，急需制定的国家、行业标准因为没有归口机构而夭折，一些有意愿将自身技术转化为国家或行业标准的企业也因找不到标准的归口而苦恼，“报标无门”的现状对锂离子电池制造装备的标准化造成了巨大的影响。

3.2装备企业积极性不高

部分锂离子电池制造装备企业标准化意识不高，对参与标准化工作不是很强烈，另外也有一部分企业因为担心技术泄露，而拒绝参加标准化活动，没有从行业的高度长远看待标准化问题，参与制定标准的企业广泛性不够，将导致标准技术内容的不全面，制定出来的标准不是装备现有技术水平的真实反映。因为标准化工作无法直接产生经济效益，而参加标准化活动，会使企业增加相关人员成本和工作经费，增大了企业的经济压力，这也是部分企业对标准化工作积极性不高的重要原因之一。

3.3电池技术规格不统一

锂离子电池制造装备的最终产品是制造出质量、性能都合格的锂离子电池，因此锂离子电池技术规格以及要求是否统一对锂离子电池制造装备的标准化有着至关重要的意义。而目前我国锂离子电池型号繁杂，特别是在动力汽车的电池包规格尺寸方面，已通过工业和信息化部發布的《新能源汽车推广应用推荐车型目录》中其动力电池产品超过上千种，不同尺寸规格和技术参数的电池，会对制造装备有不同的要求，企业生产不同尺寸规格的电池，轻则更换装备的个别模块，重则需要调整整个产线。下游电池产品标准的不统一，直接导致锂离子电池制造装备的各异性，是锂离子电池制造装备很难实现标准化的重要原因。

3.4技术更新换代快

锂离子电池制造装备行业是近些年来随着锂离子电池行业发展而兴起的新兴行业，与锂离子电池产业一样，发展迅猛，技术更新换代快，与其他很多传统装备行业相比，标准化工作基础薄弱，体系不完善，因此在标准化工作总体滞后的情况下，还要面对技术更新换代快的行业特点，加上在我国现行标准化制度的框架下制定国家、行业标准需要的周期较长，所以在短时间内建立起完善的锂离子电池制造装备标准化体系，并制定出符合产业实际需要的国家标准、行业标准是比较困难的。

4产生的问题

锂离子电池制造装备是锂离子电池生产的基础，装备的优劣直接影响电池的质量高低，因此制造装备的标准化不仅会对锂离子电池制造装备产业产生关键性影响，也会对生产的锂离子电池产品产生重要影响。

4.1无标准申报通道

由于缺乏标准归口机构，锂离子电池制造装备行业面临标准申报无通道的局面。上层相关的政策无法快速有效传达装备制造企业，装备制造企业以及整个行业面临的一些问题也无法通过归口机构传达上层，在政府制定产业规划政策时与装备制造行业的企业之间缺乏一个纽带和桥梁。另外锂离子电池制造装备行业急需制定的一些国家、行业标准以及相关行业的规范，由于没有申报的通道，更是无法实现从国家和行业层面来主导制定和实现，严重阻碍锂离子电池制造装备产业和锂离子电池产业的发展。

4.2无标准可依

由于标准的缺失，锂离子电池制造装备行业总体上面临无标可依的局面。由于国家和行业标准的严重缺失，锂离子电池制造装备缺乏指导性的通用规范，装备制造企业各自为政，对于新产品都需要投入大量的人力和财力进行开发。而下游的电池企业购买不同装备企业生产的电池生产设备又存较大的差异性，对于产线调整或升级改造都会增加不少困难，同时对于后续电池的追溯也会造成困扰，特别是在设备参数优化方面，无法实现采用通用优化模块来对电池生产工艺进行优化。因此，无标可依的状况不仅会对装备制造企业造成严重影响，对电池生产企业也会造成重要影响。

4.3设备种类增加

锂离子电池的规格参数不统一，导致制造装备型号规格增多，不同规格的离锂子电池，作为装备制造企业就要开发与之相一致的生产装备，很难实现装备的规模化生产。制造设备的种类增加，装备制造企业研发和生产成本增加，无法让装备制造企业集中更多的人力、财力来专门集中研究某款设备，生产出来的设备很难做到专而精，最终很难使电池质量提高，另外没有实现标准化，设备开发周期更长，设备的通用性、互换性差，这些都会影响锂离子电池制造装备产业和下游电池产业的发展。

4.4制造成本增加

锂离子电池制造装备标准的缺乏，会让装备制造企业研发成本增加，设备的通用性降低，很多模块以及零部件等都是非标产品，很难实现大批量购买或加工生产，另外设备开发周期同样会更长，时间成本同样会增加。由于制造装备企业的制造成本增加，设备的价格必然会上升，自然会导致下游电池企业的成本增加，最终导致电池的生产成本增加，不利于产业的优质、快速发展。

4.5影响电池质量

锂离子电池装备无法实现标准化，使装备制造无法实现规模化制造，加之电池生产工艺的复杂性，使电池的质量和一致性很难精确控制。在锂离子电池生产的每一个工序当中都存在有对电池质量有重要影响的因素，只有建立在相同标准的基础上对所得到的电池制造过程数据进行统计、分析，才能全面准确把控相关参数对电池质量影响的机理，建立优化模块，实现电池制造的闭环控制，最终实现电池质量的全面提升。锂离子电池制造设备的标准化是提高电池质量强有力的手段。

5对策

针对锂离子电池制造装备标准化的现状以及所面临的问题，建议应从以下几个方面加强相关工作。

5.1建立标准归口机构

建立锂离子电池制造装备标准化归口机构是锂离子电池制造装备产业实现标准化的基础和前提，我国标准归口管理制度的固化，让许多新兴产业无法找到适合的标准技术归口单位，建议国家标准化管理机构应根据新兴行业发展的需要建立相应的标准化技术归口机构，来管理新兴行业的标准化工作，让标准紧跟产业发展步伐，服务产业发展。锂离子电池制造装备同样属于新兴产业，其标准化工作需要从国家、行业层面来统筹和协调，其标准归口机构的建立是实现行业标准化必须要走的第一步。

5.2加强制定团体标准

目前锂离子电池制造装备标准严重匮乏的局面，如果想短时间内从制定国家标准、行业标准方面来改变是比较困难的，国家标准、行业标准制定周期较长、审批流程较为复杂，可作为标准化长期规划的目标。由于团体标准制造周期短，市场灵活性强，在短期内可以组织行业内相关企业、协会、科研机构、第三方检测机构等制定一批行业急需规范的团体标准，快速引导锂离子电池制造装备走上标准化的道路。

5.3加强电池标准统一

锂离子电池制造装备的最终产品是锂离子电池，电池标准的统一对制造装备标准化有着至关重要的影响。电池尺寸规格过多就是锂离子电池制造装备标准化的一大障碍，应根据电动汽车发展的要求，将动力电池总体尺寸规格数量缩少在12～15个范围内，其他有特别需要的可进行个性化定制，电池尺寸规格的统一，使锂离子电池制造装备的类型大大减少，有利于标准化的实现。除也电池尺寸规格外，也可通过从电池安全、性能方面来进行规范电池制造装备，实现电池产品标准倒逼制造装备走标准化道路。

5.4加强标准交流沟通

锂离子电池制造装备的标准化不仅涉及装备制造企业，还涉及电池生产企业、科研机构、电池回收企业、第三方检测机构等多个方面，在相关标准化活动中应加强各方面的交流与沟通，标准制定过程中参与单位的广泛性才能代表行业的真实水平和实际需要。特别是电池生产企业对锂离子电池制造装备是有重要影响的，锂离子电池制造装备的优劣直接会影响电池质量的好坏，因此在锂离子电池制造装备标准化的过程中，应征询多方意见，只有这样才能制定出紧跟产业发展、服务产业发展、指导产业发展的标准。

5.5加强标准应用推广

在锂离子电池制造装备标准严重缺乏和滞后的实际情况下，更应该加强标准化的应用与推广，增加相关企业的标准化意识。一方面对现有标准进行宣贯与推广，另一方面加强国家标准、行业标准、团体标准的制定，完善锂离子电池制造装备的标准化体系。在标准应用与推广方面，不仅需要装备制造企业和电池生产企业的努力，还需要政府机构的干预、行业协会的推动、社会舆论的引导，只有在多方面的共同努力之下，才能真正实现锂离子电池制造装备的标准化，引领全国锂电制造走标准化道路、走智能制造道路，实现高效、优质、快速发展。

6结语

本文介绍了锂离子电池制造装备标准化的国内外现狀，分析了目前锂离子电池制造装备标准化工作开展所遇到的困难及原因，同时对锂离子电池制造装备标准匮乏、标准不统一、归口机构缺失等所带来的问题和锂离子电池制造装备标准化的意义进行了阐述;建议应尽快建立锂离子电池制造装备标准化归口机构，主导行业的标准化工作，对产业发展急需的标准应组织行业内相关企业及时制定团体标准，另外对标准交流沟通以及标准的应用推广方面也提了一些建议，为今后锂离子电池制造装备相关标准化工作的开展提供了新的思路和方向。