新能源电池开发培训课件

新能源电池开发培训课件第一章新能源电池产业概览定义与分类完整产业链新能源电池是指采用新型化学材料体从上游锂矿、钴镍等矿物原料开采，系，通过电化学反应实现能量存储与到中游正负极材料、电解液、隔膜制释放的装置，主要包括锂离子电池、备，再到下游电芯制造、系统集成及钠离子电池、固态电池等多种类型终端回收利用，构成完整闭环市场规模新能源电池的战略意义国家战略高度新能源电池是实现碳达峰碳中和目标的关键支撑技术，对构建清洁低碳、安全高效的能源体系具有重要意义支撑新能源汽车产业发展，推动交通领域电气化转型•促进可再生能源大规模并网，解决储能瓶颈问题•带动上下游产业链协同发展，创造数百万就业岗位•提升能源安全保障能力，减少对化石能源依赖•标准体系建设锂电池产业链示意图010203矿物原料材料制备电芯制造锂矿、钴矿、镍矿、石墨等关键矿产资源开采与正极材料、负极材料、电解液、隔膜等核心材料电极制备、电芯组装、化成分容等制造工艺流程初加工生产0405系统集成回收利用电池模组与系统组装、集成、整车配套应用退役电池梯次利用、材料回收再生、环保处置BMS第二章锂离子电池基础原理电化学反应与能量转换锂离子电池通过锂离子在正负极之间的可逆嵌入与脱出实现能量的存储与释放充电时，锂离子从正极脱出，经电解液穿过隔膜嵌入负极；放电时过程相反，锂离子回到正极，同时电子通过外电路形成电流12正极材料负极材料提供锂离子源，决定电池容量和电压平台，常用材料包括三元材料、磷酸储存锂离子，影响电池循环寿命和快充性能，主要有石墨和硅基材料铁锂等34电解液隔膜传输锂离子的介质，影响电池安全性和工作温度范围防止正负极短路，允许锂离子通过，是安全性的关键保障关键性能指标电池结构与组成详解电极材料选择的性能影响正极材料三元材料能量密度高但成本较高，磷酸铁锂安全性好且寿命长负极材料石墨稳定性好，硅基材料容量大但膨胀严重电解液碳酸酯类电解液应用广泛，需添加功能性添加剂提升性能隔膜聚烯烃隔膜需具备良好的孔隙率、机械强度和热稳定性安全性要求典型结构组成锂离子电池由正极、负极、隔膜、电解液、外壳、极耳等部件构成，每个部件的材料选择和设计都会显著影响电池性能第三章关键材料技术进展正极材料技术对比材料类型能量密度循环寿命安全性三元材料高中等次中等NCM200-250Wh/kg1000-2000磷酸铁锂中等高次优秀LFP150-180Wh/kg3000-5000钴酸锂高较低次较低LCO180-200Wh/kg500-1000负极材料创新方向石墨负极技术成熟，理论容量硅基负极理论容量高达，但存在充放电过程中体积膨胀达的挑战，需通过纳米化、复合化372mAh/g4200mAh/g300%等技术路径解决电解液与隔膜新趋势固态电解质、凝胶电解质等新型电解质体系研发加速；陶瓷涂层隔膜、纤维素基隔膜等高安全性隔膜技术不断突破正极材料案例分析宁德时代技术突破磷酸铁锂安全性与成本优势NCM811高镍三元材料镍钴锰比例磷酸铁锂材料不含贵金属钴，原材料成NCM811将能量密度提升至以本降低其橄榄石结构热稳定8:1:1280Wh/kg30-40%上，通过单晶化技术和表面包覆技术解性优异，热失控温度超过，远高500℃决了高镍材料的结构稳定性问题，循环于三元材料的，是储能和商用车200℃寿命提升，成本降低的首选方案40%15%钴资源稀缺与替代方案全球钴资源储量有限且分布集中，价格波动大行业正通过降低钴含量从、开发无钴材料如磷酸锰铁锂和建立回收体系来应对资源约束NCM523→NCM811负极材料创新硅基负极技术突破硅基负极理论容量是石墨的倍以上但充放电过程中体积膨胀高达10,300%,导致材料粉化和容量快衰主要解决方案纳米化技术将硅材料制备成纳米颗粒或纳米线缩短锂离子扩散路径缓,,解应力集中硅碳复合将纳米硅均匀分散在碳基体中利用碳材料的缓冲作用限制膨,胀多孔结构设计构建多孔硅结构为膨胀预留空间提升结构稳定性,,表面包覆改性在硅表面包覆氧化物或聚合物保护层抑制副反应,石墨负极稳定性优化通过表面改性、粒度优化和掺杂改性技术提升石墨负极的首效、倍率性,能和循环稳定性仍是当前主流技术路线,第四章制造工艺与设备电极制备工艺流程搅拌混料涂布将活性物质、导电剂、粘结剂按配方比例混合制备均匀浆料将浆料均匀涂覆在集流体上控制涂布厚度和面密度,,干燥辊压去除浆料中的溶剂形成均匀致密的电极膜提高电极密度和附着力改善电化学性能,,电池组装技术卷绕技术叠片技术将正极、隔膜、负极按顺序层叠后卷绕成圆柱或方形电芯适合大规模自动化生产生产效率高主将裁切好的正负极片与隔膜交替叠放形成多层结构能量密度更高散热性能更好但生产效率相对,,,,,,,要用于圆柱电池和部分方形电池较低主要用于高端方形电池和软包电池,化成与分容工艺化成是首次充放电过程激活电池并形成稳定的膜分容是精确测试电池容量并进行分选配组确保同批次电池性能一致性这两个工艺是电池性能形成的关键环节通常需要天时间,SEI,,5-7生产安全与智能制造火灾防控技术电池生产涉及易燃易爆有机溶剂需配备自动灭火系统、气体检测报警装置和防爆电气设备涂布、干燥等关键工序需设置独,立防火分区采用惰性气体保护,智能化生产线采用机器视觉检测电极涂布质量利用自动光学检测识别缺陷通过系统实现生产过程数字化管理生产效率提升,AOI,MES,不良品率降低至以下30%,

0.1%质量控制体系建立从原料入厂到成品出厂的全流程质量追溯系统关键参数实时监控和分析确保每个电芯都有唯一身份识别码实现问,SPC,,题快速定位和追溯设备自动化检测射线检测电芯内部对齐度激光测厚仪监控涂布厚度高精度称重系统控制容量一致性多维度检测确保产品质量稳定性X,,,第五章电池性能测试与管理核心测试方法容量测试循环寿命测试在标准条件下恒流充放电测量电池的实际容量验证设计值与实际值的符合模拟实际使用工况进行数百至数千次充放电循环评估容量保持率和衰减规律25℃,,,,度倍率性能测试温度特性测试在不同充放电倍率下测试容量发挥评估快充能力和大电流放电性能在高温和低温环境下测试电池性能评估环境适应性,55℃-20℃,电池管理系统架构BMS是电池的智能大脑负责监测电池状态、控制充放电过程、保护电池安全、均衡电池性能典型包括主控单元、采集单元、通信单元和执行单元实时监测每个电芯的BMS,BMS,电压、电流、温度等参数关键技术功能估算精确估算电池剩余电量误差控制在以内SOC,3%热管理通过液冷或风冷系统将电池温度控制在适宜范围充放电控制根据电池状态动态调整充放电策略延长寿命,故障诊断实时识别过充、过放、过流、短路等异常状态并及时保护案例分享BMS比亚迪电池管理系统设计亮点比亚迪自主研发的系统在刀片电池上实现了多项技术突破BMS:高精度监测电压采集精度达到±温度采集精度±确保每个电5mV,1℃,芯状态精准掌控分布式架构采用主从式分布架构主控单元协调多个从控单元实现灵活,,扩展快速响应异常检测响应时间小于故障保护动作时间小于100ms,10ms云端互联支持升级实时上传运行数据建立车辆全生命周期档案OTA,,充放电保护与热管理策略采用多级保护策略软件保护算法、硬件保护熔断器、继电器、:BMS机械保护安全阀三重保障热管理采用液冷板直接接触电芯底部换热,效率提升温差控制在以内40%,3℃第六章安全标准与性能规范:国家及行业标准体系GB38031-2020GB/T31484-2015GB/T31486-2015电动汽车用动力蓄电池安全要求规定了电池单体、模组电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及试验方法电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验方法,和系统的安全性能要求关键安全测试项目测试项目测试条件通过标准过充测试以充至电压达到设计值的不起火、不爆炸1C110%短路测试外部短路电阻小于不起火、不爆炸5mΩ针刺测试钢针以速度刺穿不起火、不爆炸5mm25mm/s热失控扩散触发单个电芯热失控分钟内不蔓延至相邻电芯5跌落测试高度自由跌落无泄漏、无变形、功能正常1m性能指标规范动力电池能量密度应不低于循环寿命不少于次容量保持率充电倍率放电倍率工作温度范围至160Wh/kg,1000≥80%,≥1C,≥3C,-30℃55℃电池安全事故案例分析典型热失控事故回顾年某品牌电动汽车充电时发生自燃调查发现是电池单体内部短路引发热失控进而扩散至整个电池包事故暴露出电池包设计缺陷缺乏有效的热失控隔离措施电芯间距过小散热通道不足2021,,:,,事故原因深度剖析1内部短路触发电池内部异物、隔膜缺陷或锂枝晶刺穿隔膜造成内部短路局部温度急剧上升,2膜分解SEI温度超过时膜开始分解释放大量热量进一步加速温升80℃SEI,,3隔膜熔化温度超过时隔膜熔化收缩正负极直接接触形成大面积短路130℃,4电解液分解温度超过时电解液剧烈分解产生大量可燃气体200℃,5正极材料分解温度超过时正极材料分解释放氧气引发剧烈燃烧甚至爆炸250℃,安全设计与预警技术采用陶瓷涂层隔膜提高耐热性能设计电芯间隔热材料和泄压通道实时监测温度异常温升速率超过和电压异常单体电压偏差超过并提前预警开发基于大数据和的故障预测模型实现事故前兆识别;;BMS

0.5℃/min50mV;AI,第七章回收与绿色制造:退役电池梯次利用技术动力电池容量衰减至以下不再满足车用要求但仍可用于储能等低功率应用场景通过电池健康状态评估、重组配组、改造等技术将退役动力电池应用于通信基站备电、家庭储能、电80%,BMS,网调峰等领域延长使用寿命年,5-82020-20222026-2030首批新能源汽车动力电池迎来退役高峰年退役量达万吨形成完善的回收利用产业链退役电池综合利用率超过,20,95%1232023-2025梯次利用技术成熟商业模式逐步建立利用率达到,,40%材料回收工艺火法冶金湿法冶金高温焙烧提取金属工艺成熟但能耗高回收率有限主要回收钴镍等贵金属化学浸出分离提取能耗低、回收率高可回收锂、钴、镍、锰等多种金属是主流技术,,,,95%,,路线污染控制与环保标准废水处理达到排放标准废气处理达到标准危险废物处置符合要求建立全过程污染物监测体系实现零排放目标GB8978,GB16297,GB18597,绿色制造典范宁德时代绿色工厂案例零碳工厂建设成果碳足迹核算体系清洁能源应用厂区屋顶铺设万平米光伏板年发电量万满足用电需求建立产品全生命周期碳足迹核算模型10,1500kWh,30%:节能技术采用热泵系统回收干燥工序余热能源利用效率提升35%,25%智能管理建立能源管理中心实时监控各工序能耗优化用能结构,,绿色物流厂内物流车辆全部电动化减少碳排放原材料,80%水资源循环工业废水处理后回用率达年节水万吨95%,50占比最高认证与荣誉通过国家级绿色工厂认证获得环境管理体系认证入选工信部绿色制造示范名28%,ISO14001,单成为行业标杆,制造主要能耗22%运输物流排放15%回收末端处置能耗控制措施通过工艺优化、设备升级、能源替代单位产品综合能耗下降碳排,30%,放强度降低为实现年碳达峰目标奠定基础40%,2030第八章前沿技术与未来趋势:固态电池技术进展固态电池采用固态电解质替代传统液态电解液具有高安全性、高能量密度有望突破、长寿命等优势是下一代电池技术的重要方向,500Wh/kg,氧化物固态电解质硫化物固态电解质聚合物固态电解质离子电导率高⁻但脆性大、界面阻综合性能最佳离子电导率达⁻但空柔性好、易加工但离子电导率较低需高温工10³S/cm,,10²S/cm,,,抗高适合薄膜电池气稳定性差成本高作以上,,60℃钠离子电池崛起钠资源丰富且分布广泛成本仅为锂电池的宁德时代发布的第一代钠离子电池能量密度达低温性能优异容量保持率适合储能,30-40%160Wh/kg,-20℃90%,和低速电动车应用预计年开始规模化应用2025电池智能化与数字化数字孪生建立电池虚拟模型实时模拟运行状态预测寿命和性能,,诊断基于机器学习的故障诊断算法准确率达以上AI,98%区块链溯源建立电池全生命周期数据链实现质量追溯和价值评估,技术车网互动电动汽车作为移动储能单元参与电网调节V2G,固态电池技术亮点技术挑战与突破挑战解决方案界面阻抗高纳米复合电极、原位构建界面层固态电解质脆性柔性复合电解质、薄膜化技术制造成本高规模化生产、材料国产化倍率性能不足结构设计、离子通道优化3D产业化进展丰田计划年推出固态电池电动汽车续航公里充电时间分钟宁德时代、比亚迪均已建立固态电池中试线预计年固态电池成本降至与液态电池持平开2025,1200,102030,始大规模商业化应用应用前景展望固态电池将率先在高端电动汽车、无人机、特种装备等领域应用逐步向消费电子和储能领域渗透成为未来年电池技术的主要发展方向,,10固态电解质核心优势安全性飞跃不可燃、无泄漏风险从根本上解决热失控隐患,能量密度提升新能源电池应用场景新能源汽车动力电池大规模储能系统消费电子便携设备全球新能源汽车销量快速增长年突破可再生能源并网需要大容量储能系统平抑波动智能手机、笔记本电脑、可穿戴设备等对电池提,20241400万辆渗透率达动力电池需求占比超过储能电池注重安全性、循环寿命次和成出轻薄化、快充、高能量密度要求钴酸锂仍是,18%70%,≥8000要求高能量密度、快充能力分本元磷酸铁锂和钠离子电池是主流主流正向高电压、高压实密度≥200Wh/kg30≤

0.5/Wh,,

4.5V

4.0g/cm³钟充至、长寿命年万公里质保、宽温技术全球储能电池装机量年均增长方向发展无线充电、反向充电等新功能对电池80%8/1550%,2025域至性能年将达管理提出更高要求-30℃55℃200GWh产业政策与市场环境国家新能源政策支持12财税激励产业规划新能源汽车购置税减免延续至年购车补贴向充电基础设施建设倾斜《新能源汽车产业发展规划》明确年新能源汽车销量占比目标2027,2021-2035202520%34技术攻关标准制定十四五国家重点研发计划支持固态电池、钠离子电池等前沿技术投入超亿元建立涵盖安全、性能、回收的全生命周期标准体系与国际标准接轨,50,产业链协同与国际合作国内产业链整合国际市场拓展上游矿产资源企业与中游材料企业战略合作锁定资源供应宁德时代在德国、匈牙利建厂本土化生产服务欧洲市场•,•,电池企业与车企深度绑定合资建厂成为趋势中国电池企业占据全球市场份额产品出口全球•,•70%,回收企业与电池企业形成闭环建立循环经济模式参与国际标准制定提升话语权和影响力•,•,竞争格局与市场机遇中国形成宁德时代、比亚迪、中创新航等头部企业领跑格局国际市场新能源、松下、三星保持技术优势新进入者如蜂巢能源、欣旺达快速崛起市场集中度高超但细分领域仍存在LG SDI,CR360%,大量机会如储能电池、特种电池等,典型企业与创新案例全球领军企业技术对比企业技术特点核心产品市场地位宁德时代三元材料、技术、钠离子电池麒麟电池全球市占率连续年第一CTP255Wh/kg37%,6比亚迪磷酸铁锂、刀片电池、垂直整合刀片电池针刺不起火全球市占率自供外供16%,+化学高镍三元、四元材料软包电池高能量密度全球市占率欧美主流LG NCMA14%,松下圆柱电池、高镍材料大圆柱倍能量特斯拉独家供应商NCA46805关键技术专利分析培训实操环节介绍实训项目与学习目标电池材料检测演示1学习使用、、等仪器分析材料结构和成分掌握材料性能评估方法理解材料特性对电池性能的影响机理XRD SEMICP,,电池组装流程体验2亲手体验涂布、卷绕、焊接、封装等关键工序了解工艺参数控制要点认识生产过程中的质量控制方法和常见缺陷,,软件操作实训BMS3学习软件界面操作进行标定、参数配置、故障诊断等实操掌握电池管理系统的调试和优化技能BMS,SOC,实训设备与环境专业实验室配置安全操作规范材料分析实验室配备、、等设备进入实验室必须穿戴防护服、手套、护目镜•:XRD SEMXPS•电芯制作实验室小型涂布机、卷绕机、焊接设备严格遵守化学品使用规范避免接触有毒物质•:•,电化学测试实验室充放电测试柜、电化学工作站操作设备前需接受安全培训并考核合格•:•开发实验室硬件在环测试平台、分析仪实验过程中保持通风配备应急冲洗设备•BMS:CAN•,实训成果评估学员需独立完成材料检测报告、电芯组装记录、调试报告等实训作业通过实操考核后方可获得培训证书实训考核重点评估动手能力、问题分析能力和安全意识BMS,常见问题与故障排查电池容量衰减原因分析活性物质损失锂损失正负极材料结构破坏活性物质脱落或失效不可逆副反应消耗锂形成死锂,,电解液分解阻抗增加高温或过充导致电解液分解失效膜持续增厚界面阻抗上升SEI,热失控预防措施设计层面制造层面选用高安全性材料优化电芯结构增加热隔离和泄压装置严格控制工艺参数消除内部异物确保隔膜完整性,,,,使用层面管理层面避免过充过放、高温暴晒、剧烈碰撞等滥用情况实时监测异常设置多级保护机制及时切断电流BMS,,充放电异常处理流程现象识别观察电压、电流、温度等参数异常情况质量管理与标准执行质量控制体系建设体系认证过程控制质量管理、汽车质量、环境管理产品质量先期策划、失效模式分析、统计过程控制ISO9001IATF16949ISO14001APQP FMEASPC持续改进检验把关循环、报告、纠正预防措施、标杆学习来料检验、过程检验、成品检验、出货检验PDCA8D IQCIPQC FQCOQC人员培训数据管理定期质量培训、持证上岗、技能认证、绩效考核建立质量数据库实现全流程追溯和大数据分析,标准执行案例分享某电池企业严格执行标准建立设计验证量产监控全流程安全管控机制在产品设计阶段进行分析识别安全风险点项制定针对性管控措施在验证阶段完成项安全测试通过标准要求在量产阶段对关键工GB38031-2020,---DFMEA127,;28,100%;序实施小时在线监控在使用阶段建立远程监控平台实时掌握万辆车的电池运行数据该企业产品安全事故率低于行业平均水平24;,3080%企业标准化管理经验标准体系建设建立企业标准高于国家标准、行业标准的三级标准体系:标准宣贯培训确保每位员工理解并执行相关标准要求:未来人才培养方向技术复合型人才需求重点能力要求材料设计与合成掌握正负极材料、电解质开发技术:工艺优化熟悉制造流程能改进工艺提升效率和质量:,测试分析会使用各类检测设备能分析解读数据65%:,系统集成理解、热管理等系统技术:BMS安全评估具备安全设计和风险评估能力:项目管理能协调资源推进项目按时交付:跨学科背景需要材料、化学、机械、电子等多学科知识融合78%实践能力企业更看重实际操作和问题解决能力55%创新思维行业快速发展需要具备创新意识的人才创新能力与实践技能培养互动问答与讨论学员常见提问精选固态电池何时能实现商业化磷酸铁锂和三元电池如何选择退役电池回收经济性如何Q1:Q2:Q3:预计年开始在高端车型小批量应用年磷酸铁锂适合对成本和安全性要求高的场景如储能、当锂、钴、镍价格高位时回收有良好经济性湿法回2025-2027,2030,左右成本降至与液态电池相当时才能大规模推广当前商用车、中低端乘用车三元电池适合对续航和性能要收成本约元回收金属价值元,

0.3-

0.4/Wh,

0.4-

0.6/Wh主要挑战是界面阻抗和制造成本求高的场景如高端乘用车未来两种技术将长期并存随着退役量增加和技术进步回收产业将快速发展,技术问题深度解析如何提升电池低温性能如何延长电池循环寿命选用低温性能好的电解液如添加、等添加剂避免过充过放将控制在之间•FEC VC•,SOC20%-80%优化正负极材料微观结构降低锂离子扩散阻力控制充放电倍率降低大电流对材料的损伤•,•,设计自加热功能快速提升电池温度至适宜范围优化热管理避免高温加速老化•,•,采用预热技术在启动前对电池进行加热定期均衡充电保持各电芯一致性•,•,经验分享与行业交流鼓励学员分享工作中遇到的实际问题和解决经验促进相互学习建议加入行业协会和技术社群定期参加技术交流会建立人脉网络关注《电池》《储能科学与技术》等专业期刊了解,,,,最新研究进展课程总结与知识回顾重点知识点梳理010203产业基础技术原理制造工艺新能源电池产业链、市场规模、战略意义、政策支持锂离子电池工作机理、关键材料性能、电池结构设计电极制备、电芯组装、化成分容、质量控制、智能制造040506性能管理安全标准循环经济测试方法、功能、充放电控制、故障诊断技术国家标准解读、安全测试、事故案例、预防措施梯次利用、材料回收、绿色制造、碳足迹管理BMS07前沿技术固态电池、钠离子电池、智能化、未来趋势技术发展趋势展望202520302035能量密度突破成本降至元固态电池开始应用固态电池规模化钠离子电池占储能市场全生命周期碳足迹降低新型电池技术成熟回收利用率达实现真正的循环经济300Wh/kg,

0.5/Wh,,30%,50%,98%,培训目标达成评估结业测试与证书说明测试内容与形式理论知识测试分40包括选择题题、判断题题、简答题题涵盖电池原理、材料技术、制造工艺、安全标准等核心知识点考试时间分钟闭卷笔30205,90,试实操技能考核分30在实验室完成材料检测、电芯组装、调试等实操项目考察动手能力、规范操作和安全意识由培训师现场评分时间分钟BMS,,60案例分析报告分30选择一个实际案例如电池安全事故、性能优化、工艺改进等进行深度分析提出解决方案报告字数字提交电子版,3000-5000,证书颁发标准优秀证书合格证书补考机会总分分总分分首次未通过者≥90≥75理论知识分理论知识分天内可申请补考一次•≥36•≥30•30实操技能分实操技能分补考费用减半•≥27•≥22•案例分析分案例分析分仅考未通过项目•≥27•≥22•后续学习资源推荐专业书籍学术期刊《锂离子电池原理与关键技术》《新能源汽车动力电池系统设计》《电池管理系统原理与应用》《电化学学报》《储能科学与技术》《电源技术》《》:Journal ofPower Sources在线课程行业平台中国大学电化学储能技术、电动汽车电池技术课程加入中国化学与物理电源行业协会、关注电池中国网、参加电池展MOOCCourseraCIBF致谢与展望感谢参与与支持新能源电池行业美好未来衷心感谢各位学员的积极参与和认真学习特别感谢行业专家的精彩授课、企业导师的实践指导、以及工作人员的辛勤亿!20305000付出你们的热情和专注是本次培训成功的关键希望大家将所学知识应用到实际工作中为新能源电池产业发展贡献力量,目标年市场规模全球新能源汽车渗透率超中国电池产业产值预测50%保持联系万我们已建立学员交流群欢迎大家分享工作经验、讨论技术问题培训中心将定期举办技术沙龙和进阶课程100,,期待再次相聚!人才缺口行业技术人才需求共同推动绿色能源革命新能源电池是实现双碳目标的核心技术肩负着推动能源转型、应对气候变化的重大使命让我们携手并进以技术创,,新驱动产业进步以绿色制造守护生态环境以工匠精神铸就品质产品共同开创新能源产业的辉煌明天,,,!未来可期共创辉煌,!。