锂离子电池（Li-Ion battery）是指Li+嵌入化合物为正、负极的二次电池。正极采用锂化合物LixCoO2、LixNiO2、LixMnO2、LiFePO4和三元复合材料。负极采用锂-碳层间化合物LixC6。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌。充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池的制造工艺流程如图1-1所示，包括来料、配料、正负极制片、烘烤、卷绕、入壳、滚槽、注液、封口化成、分容、包装等。
锂离子电池正极如图1-2所示，正极一般由活性物质、导电剂、溶剂、黏合剂、基体、石墨等组成；电池放电时从外电路获得电子的电极，此时电极发生还原反应。锂离子电池正极通常是电位高的电极，如锂离子电池中的钴酸锂、锰酸锂电极等。
图1-1 锂离子电池的制造工艺流程
图1-2 锂离子电池结构——正极
锂离子电池负极如图1-3所示，负极是指电池放电时向外电路输送电子的电极，此时电极发生氧化反应。锂离子电池负极通常是电位低的电极，如锂离子电池中的石墨电极。负极由活性物质、黏合剂、溶剂、基体、隔膜、电解液、外壳五金件等组成。
图1-4所示的是锂电池生产工艺流程及所需设备，包括前端、中端、后端设备。从电芯生产环节来看，从搅拌到分条为前端工序，从卷绕到注电解液为中端工序，后端工序为化成到包装。前端工艺涉及极片制造，其关系到电池核心性能，但中端和后端涉及电芯成型和激活检测，对电池性能同样重要。电池制造各环节的工艺提升及自动化改造能带来电池生产效率和一致性的提升。
图1-3 锂离子电池结构——负极
图1-4 锂电池生产工艺流程及所需设备
按照电池生产工艺流程所对应的锂电装备大致可以分为前端设备、中端设备及后端设备等。前、中端设备技术难度相对较高，涂布机、卷绕机是核心设备。前端设备用于极片制作，主要有真空行星搅拌机（见图1-5）、涂布机（见图1-6）、辊压机、分条机、制片机（见图1-7）等；中端设备主要用于电芯制作，主要有卷绕机（见图1-8）、叠片机、焊接机（见图1-9）等；后端设备主要是检测和封装，主要包括化成、分容检测设备等，如图1-10所示。
图1-5 真空行星搅拌机(www.xing528.com)
图1-6 电极涂布机
锂电池制造设备一般为前端设备、终端设备、后端设备三种，其设备的精度和自动化水平将会直接影响产品的生产效率和一致性。锂电池的生产步骤是典型的“roll-to-roll”过程，需经历两道加工步骤——薄膜到单个电池，以及单个锂电池组装成电池系统，对精确性、可控性和加工机器的质量要求较高。而激光加工技术在锂电制造的应用大大提高生产效率和精度。具体设备来看，涂布机是前端核心设备，要求能将搅拌后的浆料均匀地涂在金属箔片上并烘干成正、负极片，厚度需精确到2μm 以下。涂布是锂离子电池研制和生产中的关键工序之一，直接影响电池制作的一致性和安全性。衡量涂布机性能的指标主要有速度和质量两个指标。其中速度指涂布速度，速度越高效率越高，若能采用双面涂布工艺还能进一步提升涂布效率；质量是指涂布重量与厚度的一致性、涂层与基层的粘接性。
图1-8 动力电池卷绕机
卷绕机是中端核心设备，能将阴阳极片和隔膜主动放卷、自动纠偏，与隔膜一起按工艺要求进行自动卷绕。卷绕机对卷绕张力波动、卷绕速度都有较高的要求，涉及自动张力控制技术、自动纠偏技术和精密机械制造等多个核心技术。衡量卷绕机性能的指标主要有卷绕速度、精度、张力波动三个指标。精度是指卷绕电芯里面极片的位置精度，国内外主要锂电设备企业生产的卷绕机的大致速度是3m/s，精度是±0.3mm，张力波动是5%。
图1-9 动力电池焊接及装配生产线
图1-10 化成、分容检测设备
锂电池生产工艺及设备如表1-1所示。
表1-1 锂电池生产工艺及设备概览
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