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先進儲能電池智慧製造技術與設備
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先進儲能電池智慧製造技術與設備

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內容簡介

儲能推動能源轉型,電池製造成為新一代產業競爭焦點
從製程到智慧化,先進電池技術正全面改寫能源格局

  先進儲能技術已成為推動能源轉型的重要支柱。無論是節能減排、再生能源併網、電網調節,或電動車等新興應用,儲能系統皆扮演核心角色。而電池作為儲能的主要載體,其安全性、品質一致性、能量效率與成本控制,直接決定產業能否持續發展。本書從產業需求出發,系統化整理先進儲能電池的大規模製造技術,呈現智慧工廠時代下電池產業的完整脈絡。

  全書以「先進儲能電池智慧製造」為主軸,首先介紹儲能電池產業的現況、技術演變與設備發展趨勢,協助讀者掌握全球儲能市場的技術動能。隨後深入解析電芯製造體系,包括製造流程的建置、製程品質管理、良率提升方法、電池尺寸標準化以及面向未來的智慧製造模式,為製造端提供可操作的參考框架。

  在工藝面,詳細說明儲能電池與固態電池的主要製程,包含塗布、輥壓、分切、堆疊、裝配、注液、化成分容等工序,並討論如何透過設備標準化與製程創新,提升整體穩定性與一致性。設備篇則逐項介紹不同製程所需的智慧化設備,解析其功能定位、設計要點與未來演進方向,內容涵蓋製漿、塗布、乾燥、注液到化成分容等關鍵設備模組。

  面對數位化浪潮,內文也提出完整的智慧製造架構,包括製造後設資料建置、異質資料整合、工業互聯網、製程追溯體系、品質資料循環、設備健康管理、預測性維護與微服務應用等,協助讀者理解如何以數據驅動製造決策,打造具備高敏捷度與高可靠性的數位工廠。

  環境控制、汙染管理與製程監控亦是電池工廠的重要環節。書中清楚說明各類環境因子(溼度、潔淨度、粉塵等)的影響與控制策略,並解析電池製造過程的汙染來源與監測方法。針對缺陷檢測,則以量測技術為核心,介紹從極片外觀、尺寸檢測,到電芯內部結構監測等多元設備與評估方法,協助建立完整的品質檢測鏈。

  此外,本書專章討論製造安全與能源消耗管理,包括電池安全風險來源、製造安全管控體系、能源用量分析、能耗標準、能效評估方法與能源監測機制,全面涵蓋電池工廠在安全與節能方面的實務需求。

  最後,從工廠建設角度切入,說明儲能電池智慧工廠的建置原則、整合方法、製造品質優化策略與周邊輔助系統配置,提供從零到一打造儲能電池工廠的整體藍圖。

  本書兼具產業高度與工程深度,適合作為儲能、動力電池產業工程師、設備開發者、製造管理人員的實務參考;對儲能科學、電化學、能源工程等相關領域的學生與研究者,也具有重要的學習價值。

 

作者介紹

陽如坤,研究員,國際IEC/TC23/SC23K專家。在鋰電池製造工藝及裝備研發、智慧型機器研發、智慧製造系統與體系建設等領域有深入研究和豐富的實踐經驗。擁有超過300項電池製造雷射模切、捲繞、疊片製造技術及裝備的核心專利。

 

目錄

第1章 先進儲能電池產業介紹
第2章 先進儲能電池製造技術
第3章 先進儲能電池製造工藝
第4章 先進儲能電池智慧設備
第5章 先進儲能電池製造數位化、智慧化
第6章 先進儲能電池製造環境控制
第7章 先進儲能電池製造測量與缺陷檢查
第8章 先進儲能電池製造安全
第9章 先進儲能電池製造能源消耗管控
第10章 先進儲能電池智慧製造工廠建設
參考文獻

 

1.1 概述

  能源是人類文明進步的基礎與動力,與經濟發展、民生福祉及國家安全密切相關。能源的穩定供應與合理利用,對促進社會繁榮與永續發展至關重要。

  進入二十一世紀以來,全球能源格局正經歷深刻變化。氣候變遷、環境風險與資源限制成為各國共同面對的挑戰。各國紛紛推動能源轉型,發展清潔能源與高效儲能技術,以兼顧經濟成長與生態永續。以儲能技術為核心的新興能源體系,正逐步從「自然供給」轉向「製造供給」的創新模式。

  近年來,全球減碳行動加速推進。多國設定碳排放峰值與碳中和時程,推動能源結構由化石燃料走向綠色低碳,並以技術創新驅動產業升級。高效能源管理與可再生能源應用,成為新時代能源發展的重要方向。

  隨著經濟活動與交通運輸的快速成長,能源消耗與空氣汙染問題日益嚴重。降低汽車燃油依賴、減少廢氣與懸浮微粒排放,已是全球能源與環境治理的重要課題。新能源汽車的興起,正是應對能源短缺與環境汙染的關鍵解方之一。其不僅有助於改善空氣品質,也推動汽車產業邁向智慧化、電動化與永續化。

  儲能技術則是新能源發展的核心基礎。電池作為主要的儲能載體,其安全性、能量密度、製造效率與成本控制,直接影響新能源產業的發展速度。未來,先進儲能電池市場的需求將達到兆級規模。如何以高品質、高效率、低成本、安全可靠的方式進行規模化生產,將成為推動綠色能源革命的關鍵。

  本書立足於儲能與新能源的技術發展趨勢,總結相關研究與製造經驗,旨在為先進儲能電池的高品質、大規模與低成本製造提供理論依據與實務參考,並展望其在全球能源轉型中的應用前景。

 

詳細資料

  • ISBN:9786264168809
  • 規格:平裝 / 622頁 / 23 x 17 x 3.4 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣
 

內容連載

4.1.1  製漿工藝介紹
4.1.1.1  製漿工藝的重要性
 
  鋰離子電池的效能上限是由所採用的化學體系(正極活性物質、負極活性物質、電解液)決定的,而實際的效能表現關鍵取決於極片的個體結構,而極片的個體結構主要是由漿料的個體結構和塗布過程決定的,這其中漿料的個體結構占主導。因此有個廣泛認可的說法是在製造工藝對鋰離子電池效能的影響中,前段工序的影響至少占70%,而前段工序中製漿工序的影響至少占70%,也就是說,製漿工序的影響約占一半。
 
4.1.1.2  漿料的組成及各組分的理想分散狀態
 
  鋰離子電池的電極材料包括活性物質、導電劑和黏結劑三種主要成分,其中活性物質占總重的絕大部分,一般在90%~98%之間,導電劑和黏結劑的占比較小,一般在1%~5%之間。這幾種主要成分的物理性質和尺寸相差很大,其中活性物質的顆粒一般在1~20μm之間,而導電劑絕大部分是奈米碳材料,如常用的炭黑的一次粒子直徑只有幾十奈米,碳奈米管的直徑一般在30nm以下,黏結劑則是高分子材料,有溶於溶劑的,也有在溶劑中形成微乳液的。
 
  鋰離子電池的電極需要實現良好的電子傳輸和離子傳輸,從而要求電極中活性物質、導電劑和黏結劑的分布狀態滿足一定的要求。電極中各材料的理想分布狀態,即活性物質充分分散,導電劑充分分散並與活性物質充分接觸,形成良好的電子導電網路,黏結劑均勻分布在電極中並將活性物質和導電劑黏接起來使電極成為整體。
 
  為了得到符合上述要求的極片個體結構,需要在製漿工序中得到具有相應個體結構的漿料。也就是說,漿料中活性物質、導電劑和黏結劑都必須充分分散,且導電劑與活性物質之間、黏結劑與導電劑/活性物質之間需要形成良好的結合,而且漿料中各組分的分散狀態必須是穩定的。漿料實際上是固體顆粒懸浮在液體中形成的懸浮液,懸浮液中顆粒之間存在著多種作用力,其中由凡得瓦力形成的顆粒之間的吸引力是顆粒團聚的主要原因,要防止這種團聚,需要使顆粒之間具有一定的斥力。常見的斥力包括靜電斥力和高分子鍊形成的空間位阻。描述膠體分散液穩定性的一個經典理論是DLVO理論

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