一、正极材料常用工艺：高温固相反应
在锂离子电池无机电极材料的制备中，最常使用的是高温固相反应。
高温固相反应：指包括固相物质的反应物在一定的温度下经过一段时间的反应，通过各种元素之间的相互扩散，发生化学反应，生成一定温度下结构最稳定的化合物的过程，包括固—固相反应、固—气相反应和固—液相反应等。
即使是采用溶胶-凝胶法、共沉淀法、水热法和溶剂热法等，通常仍需要在较高的温度下进行固相反应或固相烧结。这是因为锂离子电池的工作原理要求其电极材料能够反复地嵌入和脱出Li+，因此其晶格结构必须有足够的稳定性，这就要求活性材料的结晶度要高，晶体结构要规整。这是低温条件下很难达到的，因此目前实际所用的锂离子电池的电极材料基本上都是经过高温固相反应获得的。
正极材料加工生产线主要包括配混系统、烧结系统、粉碎系统、水洗系统（仅高镍）、包装系统、粉体输送系统和智能化控制系统等。
二、不同正极材料具体工艺流程介绍
2.1、磷酸铁锂正极材料具体工艺流程介绍
磷酸铁锂价格相对低廉、对环境友好、安全性能较高、高温性能较好，使其已形成了较广泛的市场应用。但其能量密度较低、低温性能较差，目前主要使用在商用车（客车）领域，在下游乘用车动力电池领域的应用不及能量密度更高的三元正极材料。随着比亚迪刀片电池推广，磷酸铁锂应用市场或打开。
磷酸铁锂粉体的制备在一定程度上会影响其作为正极材料的性能。目前制备磷酸铁锂的方法较多，如高温固相反应法、碳热还原法以及尚末规模化（或实验室研究阶段）的水热法、喷雾热解法、溶胶-凝胶法、共沉淀法等。
目前，磷酸铁锂生产线设备投资额（不含前驱体）大致为1亿元/万吨（不同厂家投资额有所差异）。
2.2、三元正极材料具体工艺流程介绍
正极材料采用了包含镍、钴、锰（或铝）三种金属元素的三元聚合物，其中镍钴锰三元体NCM，镍钴铝三元体为NCA。三元材料优点就在于能量密度高、成本相对较、低循环性能优异，是目前量产的正极材料中潜力最大的一种。
NCM三元发展趋势是高镍化。三元正极材料主要通过提高镍含量、充电电压上限和压实密度使能量密度不断提升，高镍正极通常指镍相对含量在0.6（含）以上的材料型号。因此，就能量密度而言，NCA>NCM811>NCM622>NCM523>NCM333。
三元材料生产以氢氧化镍钴锰、碳酸锂及其他掺杂元素为原料，进行配料、混合、烧结、粉碎、合批、筛分、除铁、包装等工序。
目前，三元材料生产线设备投资额（不含前驱体）大致为1.5-2亿元/万吨（高镍三元投资额较大）。
高镍NCM在生产上比常规NCM材料有更高的要求：
高镍三元正极材料由于氧化性较强，需要掺杂包覆做产品改性才能使用，掺杂包覆元素的选择以及分布的均匀性，依赖生产厂商的技术工艺及生产设备。
原材料：对于常规三元正极材料，一般采用碳酸锂作为锂源材料。高镍三元材料需要更高的能量密度、更好的充放电性能，普遍采用氢氧化锂作为锂源材料。
生产设备：高镍三元材料尤其容易产生金属离子混排问题（不同金属离子混合占位，对于材料的首次效率、可逆容量、循环性能等电化学性能造成不利影响），需要尽量消除，因而需要在纯氧环境中生产，所以高镍产品的烧结需要氧气炉，而常规三元只需使用空气炉。
生产环境：高镍三元材料对于湿度要求更高，一般需要专用除湿、通风设备。在磁性物控制方面，高镍三元材料也有更高要求，往往需要对厂房设施进行特定改造。
NCA（锂源通常采用氢氧化锂，非碳酸锂）工艺与高镍NCM生产工艺相似，经过计量配料、混合、烧结、粉碎分级、合批、除铁、包装等工序。目前国内外主要NCA生产企业通常采用的技术路线有如下3种：1）先制备Ni1-xCox(OH)2，然后在Ni1-xCox(OH)2表面包覆Al(OH)3，最后与Li盐混合烧结制备NCA正极材料；2）直接采用Ni、Co、Al盐共沉淀制备Ni1-x-yCoxAly(OH)2，然后与Li盐混合烧结制备NCA正极材料；3）先制备Ni1-xCox(OH)2 ，然后将Ni1-xCox(OH)2与Al(OH)3、Li盐混合烧结制备NCA正极材料。
NCA通常采用氧气气氛密封连续式辊道窑生产，产品出窑后要迅速转移至相对湿度在10%以下的干燥环境下进行破碎、粉碎、分级、合批、包装处理。NCA的低温烧结（一般不超过800℃）更有利，但由于氢氧化锂挥发性较强，刺激气味较大，所以要求通风良好的生产环境。同时，NCA的烧结气氛需要在纯氧气气氛下，才能保证Ni2+氧化成Ni3+。
2.3、钴酸锂正极材料具体工艺流程介绍
钴酸锂也称氧化钴锂或锂钴氧，钴酸锂因其合成方法简单、循环寿命长、工作电压高、倍率性能好等优点成为最早用于商品化的锂离子电池的正极材料，在小型充电电池中应用广泛。
钴酸锂正极材料成本高（金属钴价格昂贵）、循环性能差、安全性能差，近年来逐步被三元正极材料替代。在超薄电子产品领域，因钴酸锂正极材料体积能量密度及倍率性能好等优势还无法实现替代。
钴酸锂生产以四氧化三钴、碳酸锂及其他掺杂元素为原料，进行计量、配料、混合、烧结、粉碎分级、除铁、包装等工序。
目前，钴酸锂生产线设备投资额（不含前驱体）大致为1.7亿元/万吨（不同厂家投资额有所差异） 。
2.4、锰酸锂正极材料具体工艺流程介绍
锰酸锂是除钴酸锂之外研究最早的锂电池正极材料，具有资源丰富、成本低、安全性能好等优点；但其较低的比容量、较差的循环性能，特别是高温循环性能使其应用受到了较大的限制。锰酸锂电池将主要在物流车，以及在注重成本、对续航里程要求相对低的微型乘用车领域具有一定市场份额。
目前，规模生产锂离子电池正极材料锂锰氧的最普遍的方法是高温固相法，即将分别含锂和锰的两种固体原料均匀混合后在一定温度和时间内煅烧制成。
目前，锰酸锂生产线相对低端，设备投资额（不含前驱体）较低。
三、正极材料生产关键设备解析
3.1、计量与配料系统
正极材料在原料输送、储存、配料、混料、破碎粉磨、除尘以及包装等方面采用了称重计量作为工艺过程中的检测与控制手段。称重计量的主要设备是电子衡器。
应用场景：各种储存料仓的称重计量、配料过程中的定量称重、成品物料包装计量。
目前工艺上采用的料仓称重、混合机称重系统、配料秤以及自动定量秤都是重力式装料衡器，它们的共同结构都是包含供料装置、称重计量、显示装置、控制装置以及具有产能统计和通信等功能。最后由中央控制将各部分连成一体，构成闭环自动控制系统。
料仓称重系统：能够显示出整个料仓空仓重量，又显示料仓内物料的净重。
配料秤：电池正极材料生产中关键设备，既要求每一种料有独立的定量值，又要求投入其中的料比例必须正确。
3.2、混合设备
为了提高高温固相反应的速率与材料结构的均匀性，物料的均匀混合是必要条件。物料的混合分湿法混合与干法混合，湿法混合主要有搅拌球磨机和砂磨机，干法混合主要有高速混合机、高效循环混合机和机械融合机等。
3.3、干燥设备
当锂离子电池正极材料生产过程中采用湿法混料工艺时，经常遇到干燥问题，湿法混料所用溶剂不同，所采用的干燥工艺和设备也就不同。湿法混料工艺所用的溶剂目前主要有两种：非水溶剂即有机溶剂如乙醇、丙酮等；水溶剂。锂离子电池正极材料湿法混料的干燥设备主要有：真空回转干燥机、真空耙式干燥机、喷雾干燥机、真空带式干燥机。
3.4、烧结窑炉
锂离子电池正极材料工业化生产通常采用高温固相烧结合成工艺，其核心关键设备是烧结窑炉。锂离子电池正极材料生产原料经均匀混合、干燥后装入窑炉进行烧结，然后从窑炉卸料后进入粉碎分级工序。
对正极材料生产而言，窑炉的控温温度、温度均匀性、气氛控制与均匀性、连续性、产能、能耗和自动化程度等技术经济指标至关重要。目前用于正极材料生产的主要烧结设备有推板窑、辊道窑、钟罩炉。
烧结窑炉价值量较高，并以国外和合资品牌为主。以应用最广的辊道窑（负极材料生产也用此设备）为 例，其价值量占产线比约30%-40%。德国萨克米、日本NGK、日本则武、日本高砂、广州中鹏、广州高砂、苏州汇科、湖南金炉、博涛机电、湖南新天力（天通股份）等厂家拥有窑炉生产制造能力。
辊道窑是一种连续式加热烧结的中型隧道窑。
按照炉体氛围，同推板窑一样，辊道窑也分为空气窑和气氛窑。
空气窑：主要用于锰酸锂材料、钴酸锂材料、三元材料等需要氧化性气氛的材料烧结；
气氛窑：主要用于NCA三元材料、磷酸铁锂（LFP）材料、石墨负极材料等需要气氛（如N2或O2 ）气体保护的烧结材料。
辊道窑采用滚动摩擦工进，因此在窑炉长度上不会受到推进力的影响，理论上可以做到无限长度，而窑腔结构的特色，烧制产品时一致性更好，大窑腔结构更利于炉内气流的运动和产品的排水排胶等，是替代推板窑真正实现大规模生产的首选设备。
目前锂电池正极材料钴酸锂、三元、锰酸锂等均采用空气辊道窑进行烧结，而磷酸铁锂采用氮气保护的辊道窑进行烧结，NCA则采用氧气保护的辊道窑进行烧结。
3.5、粉碎与分级设备
经过高温烧结工序出来的半成品一般需要经过粉碎分级才能达到产品标准，不同的正极材料烧结温度不同，有些材料由于烧结温度较高，结块比较严重，需要进行不同级别的粉碎，如需要颚式破碎、辊式破碎和超细粉碎等，主要涉及到的设备有颚式破碎机、辊式破碎机、旋轮磨、高速机械冲击式粉碎机和气流粉碎机。
3.6、合批设备
尽管在锂离子电池正极材料生产过程中采取了严格品管手段，但为了保证产品的一致性，对不同批次生产的产品进行合批，合成一个大批次，使同一个大批次的产品均匀化。目前普遍采用大型混合机进行混合合批处理，主要有双螺旋锥形混合机和卧式螺带混合机。
3.7、除磁设备
由于微量单质铁在正极材料中的分布是极不均匀的，有时带有很大的偶然性，所以为了确保产品的品质，目前在产品最后进入包装工序之前要加一套除铁工序。
磁选法尤其是电磁选法效率高、成本低、弃铁简单易行而被普遍采用。目前国内生产的电磁除铁机难以满足要求，通常从日本和韩国进口。
3.8、包装计量设备
为了防止在储存和周转过程中材料受到外界的污染，成品粉料制备完成后应尽快装袋、计量和密封保存，为了在周转过程中对其外包装进行保护还需装桶或装箱并做好信息的贴标和记录登记。用于锂离子电池材料包装计量设备的种类有自动上袋设备、热合封口机、贴标与喷墨打印、自动码垛机和缠包机。
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锂电材料生产设备-（新能源材料设备/三元材料生产设备）
锂电池是一类由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。随着科学技术的发展，锂电池已经成为了能源行业的主流。
随着锂电的发展，锂电材料生产设备越来越受到大家的关注，那么什么是锂电设备？锂电设备又主要有哪些呢？
锂电材料种类
锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。
正极材料：可选的正极材料很多，目前市场常见的正极活性材料钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、磷酸铁锂等。
负极材料：多采用石墨。另外锂金属、锂合金、硅碳负极、氧化物负极材料等也可用于负极。
锂电材料设备上料系统分类
1、锂电材料气力输送系统
正压气力输送：利用高于大气压力的压缩空气推动物料在密闭管道中进行输送。
特点：
a.输送稳定、操作简单、管道布置灵活方便.
b.系统可靠性高，对气源品质要求不高，气源可采用罗茨风机（视情况可采用高压离心风机或高压机.
c.全密闭输送，正压密封输送，物料不易受到环境污染，输送质量高.
锂电气力输送系统
负压气输送系统
利用输送系统终点的真空泵抽吸系统内的空气，输送管内形成低于大气压的负压气流，物料同大气一起从起点吸嘴进入管道，随着气流输送到终点分离器内，物料受重力或离心力作用从气流中分离出来，真空泵正压将物料输送到目的仓。
特点：
a.系统可以在开放的常温容器中使用吸嘴实现物料输送，输送时物料温度不会升高 ；
b.系统粉尘及气体无外泄，输送物料无温升，对危险物料特别适用；
c.系统周围环境清洁度高。
锂电负压气力输送系统
稀相气力输送系统
稀相气力输送是借助一定流速的气体，使得粉体物料悬浮于密闭输送管道中，通过气体的运动将物料输送到接收点。物料在管道中以悬浮状态运动，并通过收尘器进行气固分离。
特点：
稀相输送速度一般大于18M/S，固气比小于10：1，输送距离可达300米左右，输送能力可达100T/H.
锂电稀相气力输送
密相气力输送系统
主要包括进料装置、发送仓泵、管道、阀门、库顶除尘装置、库底气化装置、库底卸料装置、动力气源、程控装置等。物料在管道中以栓寒状态运动，并通过收尘器进行固气分离。
特点：
密相输送速率一般大于7-12M/S，固气比大于15，输送距离可达上千米。
锂电密相气力输送系统
2、锂电浆料搅拌混合设备（锂离子正级材料混合机/镍钴锰酸锂混合机、磷酸铁锂混合机)
针对于锂电池浆料、各种胶黏剂以及新能源行业对于高粘物料搅拌需要提高搅拌效率和均匀度等基础的强力混合搅拌工业级设备。
锂电浆料搅拌设备
3、锂电材料自动称重配料控制系统
锂电池自动化称重配料控制系统包括主控模块与锂电池称重模块，锂电池称重系统主控模块分布式控制连接两个以上的功能模块，锂电池配料系统功能模块采样连接灌装秤台，锂电池配料称重系统传感器输出控制连接用于注液的比例调节阀。锂电池自动化配料系统通过称重方式测量注液量，锂电池自动称重配料系统通过功能模块和/或主控模块来比较判断注液量以控制比例调节阀，从而精确控制注液量。
锂电自动称重配料
4、锂电粉料拆包设备（锂电石墨粉吨袋拆包无尘投料设备）
电池粉料拆包机是与电动葫芦相连，吨装包装物料用电动葫芦提升到卸料口上，自动割刀拆包或者人工解开吨装袋下的卸料口，打开圈阀，吨装袋内的物料靠自身重力落入储料斗,可以通过振打器或按摩器促使下料，这一操作简单便捷、节能省耗，特别适用于有毒、易燃、强腐蚀、高粉尘和人员不宜接触的场合。
电池粉料拆包机能代替人工完成拆包工作，能有效的保护其生产环境，也可以减轻劳动者的工作强度，提高生产效率。
锂电粉料拆包设备
5、锂电材料储存料仓
锂电材料储存料仓是化工生产中的重要设备，不仅用于储存工艺粉体物料（原料、产品、中间产品等）和辅助物料（如催化剂等），而且用作均化物料性能、平衡工艺物料及事故情况下的物料紧急存放。
锂电材料存料仓
发展前景:
在以往的工艺中锂电池正负极材料的加料过程中容易产生大量粉尘，造成周边空气环境污染，同时也严重危害加工人员的身体健康，同时也会造成材料中混入其他粉尘等杂质，导致材料的配比产生变化，影响电池的性能质量标准等。包括
生活中使用的物品大多是用电力能源驱动的,电子设备,办公设备,甚至汽车都是可以充电的,而其中能够进行多次充电使用的大多属于锂电设备.由于锂电设备具有多次使用,环保等优点,被广泛地应用在各行各业.随着社会对锂电设备的需求不断增长,其市场规模也在迅速扩大.
圆柱电池装配线设备技术
圆柱电池一般为全极耳电池（大圆柱），相对方形电池制造工艺，全极耳圆柱电池前段工序取消了模切制片工序，其余和方形电池制造流程基本一致。装配段典型工序为揉平、包胶。锂电池极耳揉平方式在电池制程过程中占据重要的地位；对于全极耳电池，正／负极片空白区位于电池两端，一般需要先对空白区揉平，使其端面致密，再对其进行极耳焊接；为了防止电池的极耳短路，在极耳焊接之前，会对极耳要外露的部分提前进行包胶。中段／后段与方形电池测试流程也基本一致。下图为全极耳圆柱电池制造流程。
全极耳圆柱电池制造流程
设备主要功能及描述
1.1 圆柱锂电池发展现状
圆柱锂电池也称为圆形锂电池，最早是由日本SONY公司于1992年发明的18650锂电池，其历史相当悠久，采用较为成熟的卷绕工艺，自动化程度高，产品质量稳定，成本相对较低，目前已大面积普及与广泛应用。
圆柱18650电池是被研究得最多、技术讨论最充分的电池品种。单体主要由正极、负极、隔膜、正极负极集电极、安全阀、过流保护装置、绝缘件和壳体共同组成。壳体，早期钢壳较多，当前以铝壳为主。其内部结构如图1所示。
图1 圆柱电芯内部结构
1.2 圆柱锂电池装配设备
近几年，随着新能源汽车市场的再一步扩大，以及消费者对续航里程要求的不断提高，车企对动力电池在容量、生产成本、储能寿命和产品附加属性等方面都提出了更高的要求。在原材料领域尚未获得巨大突破的前提下，适当增大圆柱锂电池的尺寸以获得更高能量密度便成为一种生产的主要方向。
如今锂电池正在往安全性以及标准化的方向发展，设备的高精度、高效率、系列化以及高自动化生产线将成为行业发展的大方向。本节提供一种锂电圆柱电池自动化生产线，实现高效自动化生产，大大节省人力成本，极大提高产能和产品质量及成品率，为客户实现利益最大化。全自动化和智能化的锂电池生产设备将在保证锂电池生产工艺的基础上，使生产出的锂电池具有较好的一致性，高的安全性能和直通良率，从而降低生产成本。
图2为圆柱电池的装配工艺流程图，实现了从卷芯到电芯焊接封口整个流程的自动化生产。圆柱电池装配线用于实现圆柱锂离子电池的电芯输送、电芯与钢壳的装入、(-)Tab与钢壳底部焊接、钢壳滚槽、Hi-pot、X射线检测、盖帽焊接、注液、封口、清洗、套膜装盒。所以整个圆柱电池装配线设备包括以下设备：卷芯上料机构、J/R与B/I插入机、Tab焊接与缩口机、T/I插入机、辊槽机、短路检测、注液机、(+)Tab焊接机、封口机等，后面一一重点介绍这些设备。
图2 圆柱电池装配工艺流程
1.3 圆柱电池装配产线未来的发展趋势
圆柱电池生产线使用时间比较长，相应的技术已经非常成熟，现有的装配线设备也大同小异。未来的发展趋势，除了从材料方面继续改善，找到高性能的电芯材料外，对于电池装配生产线而言，效率、成本等依然是动力锂电池未来发展的方向，对现有市场发展概况总结后有以下几点值得关注：
①电池本体的性能方面，比如电池尺寸、能量密度等越来越大。
②装配生产效率，在保证设备成本改动不大的情况下，不断改善生产效率；现有的圆柱锂电池装配效率可达到120PPM，甚至更高。
③电池装配线的自动化程度，显而易见自动化程度高，人工成本减少了很多，同时生产的良率更容易控制。合理控制每个工序的制作时间，从而有效缩短锂电池的生产时间，而且极大改善了工人的劳动强度大和生产成本高的问题。
④人机工程方向，设备易操作、易维修更是要关注的一点，保证设备操作的灵活性。
⑤缩短生产周期，提高产品质量，降低生产成本是未来整体发展方向，模块化技术的应用是自动化设备深度优化的目标。
1.4 圆柱锂电池生产装配线的设计
对于圆柱电池产线的设计，针对客户提出的要求会有不同的设计，根据在生产过程中遇到的问题及相应的实践，主要要从以下几个方面去考虑：
①产品的工艺：包括电池的大小、极耳的大小、焊接的厚度等。
②厂房空间大小：据此安排生产线设备的具体位置，以及要优化的机构等，还要考虑人机工程，人工操作的方便性，以及后期维护的可操作性。
③设备的设计：结构越简单越好，这样更容易操作。
④生产线中节拍的分配：重点考虑瓶颈工位的效率，如果效率达不到，考虑将单工位改为双工位甚至多工位，同时高的安全性能和直通良率也是重点关注的点。
⑤产品定位方式：对于客户不同的需求，采用不同的产品定位方式，比如侧边定位、以两边为基准定位、夹具定位等。
⑥粉尘防止装置：圆柱电池装配线设备中基本都是每个需要除尘的设备中都有相应的除尘设施，比如集尘器、毛刷等。
⑦质量检测：整套装配线中会涉及CCD检测、电芯测厚检测、绝缘检测、短路检测等。
⑧生产线的外观的一致性：保持整套设备的美观。
设备组成及关键结构
2.1 卷芯上料机
圆柱锂电池的关键来料就是卷芯（极组），它是电池性能的重要保障之一，其制作工艺技术已经研究成熟，因此不再继续阐述。着重关注从卷芯（极组）开始装配的设备流程，圆柱锂电池的装配线从卷芯上料开始，包括卷芯（极组）托盘投入、输送线运输、卷芯（极组）供应、空托盘堆叠、排出、卷芯（极组）装入托杯、托杯输送等工序环节，整个过程对卷芯（极组）的定位要求准确，以及卷芯（极组）装入托杯的高精确度，卷芯（极组）上料的效率也是设备重点考虑的地方，提高自动化程度与生产效率是市场、企业对未来设备的要求方向。
具体的工序流程在后面会配合相应的设备详细介绍。
图3是利用16×16的极组（卷芯）专用托盘进行极组供给，具体流程如下：人工通过小车（或者托盘输送线）的方式将托盘投入到设备入口处，设备自动将托盘进行输送、分盘、定位，使用机械手将托盘中的极组取放到极组专用托杯中，为极组入壳设备进行供料，具体的工艺流程如图4所示。
图3 卷芯上料设备
图4 卷芯（极组）设备工艺流程
设备每个工位完成的具体动作包括如下步骤：①卷芯托盘供给；②托盘升降机；③托盘移送；④卷芯移送；⑤卷芯移送传送带；⑥卷芯直径检查。
卷芯上料设备布局如图5所示。
图5 卷芯上料设备布局
1—极组托盘小车；2—极组托盘供料；3—极组托盘传送；4—取出托盘内极组；5—极组放入进料工装内；6—空托盘叠放（5层）；7—空托盘叠放（10层）；8—空托盘小车排出
从上面的工艺流程中可以得知，卷芯上料机重点是把卷芯（极组）从托盘中取出并放在相应的托杯上，而准确性和工作效率是其重要的衡量标准。所以设备中的取料机械手的作用显得尤为重要，选取该结构作为关键结构详细说明，如图6所示。
图6 取料机械手
取料机械手在工作中，采用的16个夹子（手指）从极组托盘中取料，在气动装置的控制下可以高效完成相应动作。工作过程中的注意事项如下：
①卷芯夹取手指下降时有上下浮动功能。
②卷芯移送时一列的标准是16个。
③夹取手指的内部及角保证光滑，卷芯不会有损伤。
④卷芯内部不会因为夹取手指及套座移送而导致损伤。
2.2 J/R与B/I插入机
J/R即卷芯（极组），B/I即底部绝缘片。该工序的目的是将底部绝缘片(B/I)插入在极组(J/R)上，然后装入钢壳（或铝壳）中，这是圆柱锂电池装配线的关键流程。结构相对较复杂，设备所完成的动作较多。
J/R与B/I插入机用于实现电芯的(-)端部整理、(-)端部外径检测、NG出料、自动上料、(-)Tab定位、下绝缘片装入、折(-)内极耳、折(-)外极耳、钢壳自动供料、吸取粉尘、CCD检查绝缘片与极耳是否盖住中心孔、电芯入壳、NG排出、良品下料等功能。
J/R与B/I插入机如图7所示，其中极组由专用托杯通过输送链板进行供给进入设备入口，分别对极组的终端Tab、先端Tab进行定位整理，插入B/I并随即弯折Tab，通过视频(CCD)对Tab弯折状态与B/I状态进行实时检查；对钢壳内部进行除粉尘作业，钢壳插入极组。具体工艺流程如图8所示。
图7 J/R与B/I插入机
图8 工艺流程图
1）设备的组成及工位划分
①卷芯供料；
②B/I冲裁和插入；
③负极耳定位与折弯；
④CCD检查；
⑤钢壳供给及插入；
⑥钢壳插入卷芯单元；
⑦良品与NG品排出。
2）关键结构
J/R与B/I插入机设备布局如图9所示。
图9 J/R与B/I插入机设备布局
1—料机械手；2—先端Tab定位与终端Tab定位；3—底部绝缘片插入；4—底部绝缘片冲裁；5—先端Tab弯折&终端Tab弯折；6—极组插入钢壳（入壳）；7—钢壳供料；8—NG排出
从图9中可知，底部绝缘片(B/I)插入、底部绝缘片(B/I)冲裁、先端Tab弯折与终端Tab弯折、极组插入钢壳（入壳）、钢壳供料等比较关键，对整个装配出来的半成品有至关重要的作用，选取其中几个机构做详细的介绍说明。
①底部绝缘片(B/I)冲裁机构如图10所示。
图10 B/I（底部绝缘片）冲裁机构
1—伺服电机；2—上下导向；3—冲裁模具；4—B/I吸取机构；5—B/I卷料供给方向；6—B/I卷料回收装置
底部绝缘片(B/I)的冲裁机构工作时重要注意事项如下：
a．B/I冲裁和供给时不会因静电（有去静电离子发生器）导致供给错误发生；
b．B/I插入使用负压吸取方式；
c．B/I插入装置设计为可上下浮动的构造，插入时卷芯上部不会有损伤；
d．B/I片材质：PP/PET建议厚度为0.3mm；
e．B/I颜色：蓝色（颜色不允许白色和黑色）；
f．B/I供给确认，使用真空压力进行检查；
g．B/I冲裁不会出现中心口偏移的现象；
h．底部绝缘片的冲裁模具材质为SKD11。
②(-)2Tab（负极）折弯。如图11所示，负极的两个Tab折弯工艺以及其先后折弯顺序可以清晰看出来，在工作过程中，Tab的折弯和视频检查先后进行，做到加工的精确性和完整度，保证加工质量。
图11 Tab折弯机构
③钢壳供给机构。钢壳供给机构如图12所示，该机构的钢壳供给方式为包装箱供给钢壳，磁石吸附供给方式供给数量为10层。卷芯插入前在钢壳内部进行正压吹，采用负压吸的方式对钢壳进行清洁处理。
图12 钢壳供给机构
1—供料缓存Ⅰ；2—钢壳吸取装置Ⅰ；3—提升机构Ⅰ；4—换盘横移；5—钢壳输出；6—供料缓存Ⅱ；7—钢壳吸取装置Ⅱ；8—提升机构Ⅱ
2.3 Tab焊接与缩口机及T/I插入机
如图13所示，底部焊接机完成Tab焊接、缩口、插Pin、T/I插入等工艺，入壳后的极组投入设备，将(-)Tab与钢壳底部进行电阻焊接、钢壳口部缩颈、插入中心Pin、装入T/I。过程中会分别对焊接强度、缩口外径、中心Pin、T/I进行实时有效的检查判断。整体工艺流程如图14所示。
图13 底部焊接机
图14 整体工艺流程图
1）设备组成及工位划分
①电芯供料；
②卷芯中心孔整形；
③负极耳焊接部分；
④正极耳整形；
⑤整形后位置精度保证在±3˚以内；
⑥电池翻转180°；
⑦钢壳缩口；
⑧极耳定位与整形；
⑨T/I冲裁与插入；
⑩T/I检查；
⑪极耳整理。
2）关键结构
如图15所示的设备布局图中可知，Tab焊接与缩口机设备中(-)Tab焊接与拉力检查、缩口、中心Pin插入、T/I冲裁、T/I插入等比较关键，对整个装配出来的产品有至关重要的作用，选取其中几个机构做详细的介绍说明。
图15 关键结构设备布局
1—极组中心孔整理；2—视觉检测(CCD)；3—(-)Tab焊接与拉力检查（焊接设定值：电流、电压、压力）；4—缩口；5—中心Pin供应；6—中心Pin插入；7—(+)Tab定位；8—T/I冲裁；9—T/I插入
①负极Tab焊接机构。负极Tab焊接机构构成如图16所示，该机构主要完成负极处Tab与钢壳的焊接工序，完成之后同时进行拉伸检测，确定焊接后的强度能够满足要求。
图16 负极Tab焊接机构构成
②缩口机构。缩口机构构成如图17所示，该机构主要完成对卷芯的外壳即钢壳的缩口工序，缩小卷芯上部的钢壳外径，这对于电池的封装是个初步过程，为后续圆柱电池的封口做好铺垫。
图17 缩口机构构成
③Pin插入机构。Pin插入机构构成如图18所示，该机构主要完成将中心销(Pin)插入收口成型的卷芯内径中，包括Pin的供料、Pin的插入以及Pin高度检查等，工序完成的同时也完成了对Pin插入的检测，保证了工序的准确性以及完整度。
图18 Pin插入机构构成
1—升降机械手；2—气动手指与夹具；3—高度检测；4—载具与输送；5—二次定位
④T/I插入机构。T/I插入机构构成如图19所示，该机构主要完成对正极Tab的定位、顶部绝缘片(T/I)插入电池内部等工序，同时在动作完成以后对T/I插入进行检测，保障工序完成的准确性和完整度。
图19 T/I插入机构构成
1—升降机构；2—90°旋转；3—真空吸头；4—载具与输送
2.4 辊槽机及短路测试机
辊槽机及短路测试机（图20）是对前面加工好的半成品电池进行加工，即对电池的钢壳实施槽口加工进而滚压，并对电池内部进行短路测试。辊槽机由上料输送带、上料分料盘、辊槽机构、下料分料盘、下料传送带等部件和除尘机构与Hi-pot检测装置共同组成。辊槽通过采用横向进刀、上下同时压缩补给、背轮支撑的结构方式来实现钢壳槽口的成型。
图20 辊槽及短路测试设备
具体工艺流程如下：电池投入后将托杯与电池分离，通过上下部的凸轮曲线运动，分别在电池长度方向进行机械压缩，利用滚刀在钢壳口部实施槽口的加工；对已完成辊槽工艺的电池进行尺寸检查（辊槽部位的外径、高度）与短路测试等。
关键结构：辊槽机及短路测试机设备布局如图21所示；其工艺流程如图22所示。
图21 辊槽机及短路测试机设备布局
1—电池投入；2—电池与托杯分离；3—辊槽（6个冲裁头）；4—电池与托杯结合；5—T/I检查；6—外径检测及高度检测；7—短路检测；8—X射线（电池排出）；9—NG排出
图22 辊槽机及短路测试设备的工艺流程
从图20的设备布局图中可知，辊槽、短路测试设备中辊槽机构、T/I检查机构、短路检测机构等是关键机构，对整个装配出来的产品有至关重要的作用，选取其中几个机构做详细的介绍说明。
①辊槽机构。辊槽机构如图23所示，该机构主要完成在电池的钢壳上进行辊槽，中间会完成电池和托杯的分离与结合动作，钢壳上部辊槽成型，目的是为了确保盖帽放置位置。
图23 辊槽机构
②短路测试机构。短路测试机构如图24所示，该机构主要完成在(+)Tab定位后，检测钢壳与卷芯(+)Tab间的电阻，保证电池内部的绝缘性，是电池装配完成前的检测工作。
图24 短路测试机构
2.5 (+)Tab激光焊接机
(+)Tab激光焊接机（图25）是圆柱电池装配的后环节，主要功能是将正极处的Tab与电池的盖帽进行激光焊接，并做进一步检测工序，后面详细介绍各个机构的工作过程。
图25 (+)Tab激光焊接机
将注液后的电池(+)Tab与盖帽进行激光焊接的工序包括：(+)Tab清洁、定位、CCD检测、激光焊接、焊接拉力测试、Tab弯折、盖帽压入等。
焊接设备结构布局如图26所示，可以看出(+)Tab焊接机每个工位的具体工作内容。其工艺流程如图27所示。
图26 焊接设备结构布局
1—电池供给；2—高度调整；3—Tab定位；4—DMC清洗（湿擦）；5—擦洗（干擦）；6—Tab定位(CCD)；7—盖帽供料；8—激光焊接；9—拉力检测；10—焊接位置检测(CCD)；11—极耳弯折；12—顶盖压入；13—高度检测；14—NG排出；15—随行治具
图27 激光焊接机工艺流程
从图26的设备结构布局图中可知，(+)Tab焊接机设备中激光焊接机构、拉力检测机构、极耳弯折机构、顶盖压入机构等是关键机构，对整个装配出来的产品有至关重要的作用，选取其中几个机构做详细的介绍说明。
①盖帽激光焊接机构。盖帽激光焊接机构如图28所示，该机构主要完成(+)Tab的定位、激光焊接Tab和盖帽、焊接强度检测、将盖帽插入中钢壳中等工序，每个工序都很关键，为后续的封口环节打好基础。
图28 盖帽激光焊接机构
②拉力测试机构。拉力测试机构如图29所示，它由压紧板、盖帽夹持机构、上下运动机构、拉力传感器、放大器等组成，用于检查焊接拉力是否满足强度要求。可根据要求自动设定检测的频次及拉力的大小，具有焊接拉力检测范围设置以及拉力异常报警停线功能。
图29 拉力测试机构
2.6 封口机
封口机（图30）是圆柱电池装配的后环节，是对成型电池外表面钢壳进行包装封口，对电池外观的保护，使得电池内部的气密性更好，是圆柱电池装配的重要环节。封口机用于盖帽焊接后电池的口部密封。钢壳经封口1次或2次弯折整形作业后，蹲压电池上部端面，使电池内部保持密闭。
图30 封口机
封口机设备主要工艺包括：DMC清洗、卷边1、DMC清洗、卷边2、蹲封等。其详细的工艺流程如图31所示。
图31 封口机设备工艺流程
封口机设备的整体布局如图32所示，可以清晰看到设备从电池供给到封口、检测完排出的加工整个过程。
图32 封口机设备的整体布局
1—托杯与电池供给；2—DMC涂抹；3—卷边；4—DMC涂抹；5—卷边；6—排出；7—托杯与电池供给；8—托杯与电池分离；9—空托杯回流；10—DMC涂抹；11—蹲封；12—高度检查；13—外形检查；14—NG排出；15—电池排出
从图32中可知，封口机设备中的卷边机构、蹲封机构、外形检测机构等是关键机构，对整个装配出来的产品有至关重要的作用，选取其中卷边蹲封机构做详细的介绍说明。其结构示意图以及工艺流程如图33与图34所示。
图33 卷边、蹲封结构示意图
图34 卷边、蹲封工艺流程
封口机通过3爪与封口模具对电池进行1次、2次的卷边封口，然后利用上模具对电池表面进行蹲封工艺，目的是为了电池高度保持一致。