2003 年7 月16 日，陳立泉院士在深圳高新技術(shù)成果交易會(huì)院士論壇上做題為《新能源體系將化解能源危機(jī)》的報(bào)告，指出：鋰離子電池作為一種清潔、高效的能源，具有高能量、長循環(huán)壽命、高電壓等優(yōu)點(diǎn)，通過使用鋰離子電池、太陽能電池等新型能源，建立分散的能源體系，是有效解決能源問題的辦法；新能源機(jī)組的發(fā)展、開發(fā)和使用新的清潔能源以及建立分散的能源體系將成為當(dāng)代動(dòng)力工業(yè)的新追求。這是我聽到的最早的解決能源問題的新思路，正是受到這一思路的啟發(fā)，我開始把自己工作的重點(diǎn)從機(jī)器人自動(dòng)化技術(shù)轉(zhuǎn)向用機(jī)器人自動(dòng)化技術(shù)解決電池制造及裝備問題。開始注重于使用裝備解決動(dòng)力電池制造問題，通過電池驅(qū)動(dòng)汽車以解決交通污染問題，直到今天迎來更大的制造能源產(chǎn)業(yè)機(jī)遇。
自《先進(jìn)儲(chǔ)能電池智能制造技術(shù)與裝備》由化學(xué)工業(yè)出版社于2022 年7 月出版以來，引起不少業(yè)界朋友的關(guān)注和討論，我和撰寫團(tuán)隊(duì)深表感謝！ 為我們的努力能給電池制造產(chǎn)業(yè)帶來一點(diǎn)有價(jià)值的知識(shí)感到由衷欣慰！ 然而，通觀全球制造業(yè)的發(fā)展，我們認(rèn)識(shí)到電池制造產(chǎn)業(yè)還有許多需要改善、提升的地方，這正是本書希望探討的內(nèi)容。
自2015 年以來，雖然我國電池產(chǎn)業(yè)輸出產(chǎn)能一直保持全球第一，近幾年占比還超過了60%，但我們并不完美，我們的材料利用率較低，電池安全事故時(shí)有發(fā)生，這些都是我們面臨的巨大挑戰(zhàn)。隨著我國雙碳 目標(biāo)的推進(jìn)和人類對清潔環(huán)境追求的提升，清潔能源的需求也越來越緊迫，能源存儲(chǔ)的需求不斷增長。有數(shù)據(jù)顯示到2025 年電池的需求量將達(dá)到2TW·h，到2030 年將達(dá)到5TW·h，到中國實(shí)現(xiàn)碳中和時(shí)這個(gè)需求會(huì)更大。2023 年4 月埃隆·馬斯克在提出5 步還世界一個(gè)清潔的地球 的觀點(diǎn)時(shí)表示，未來全部使用清潔能源，全球能源存儲(chǔ)需求量將達(dá)到240TW·h，當(dāng)然這里不僅僅是使用電池儲(chǔ)能，還會(huì)有其他的能源存儲(chǔ)方式，但是至少現(xiàn)在我們知道電池是最靈活、快捷的方式。隨著技術(shù)的進(jìn)一步成熟，安全性、寬泛的性能和能量密度將得到進(jìn)一步提升，意味著電池還會(huì)有更大的發(fā)展空間。這就給我們現(xiàn)在的電池制造技術(shù)提出了更大的挑戰(zhàn)，這種挑戰(zhàn)包括電池安全性、制造合格率、制造規(guī)模等方面的大幅度提升。
今天，我們規(guī)模生產(chǎn)的電池其制造模式依然處于實(shí)驗(yàn)室階段，也就是說電池的制造模式基本上是電池研發(fā)的模式，多數(shù)是中試線的放大，而真正要滿足大規(guī)模、高質(zhì)量制造要求，必須基于電池原理的分析研究，在保證電池基本性能的前提下，從電池材料的選擇、電池設(shè)計(jì)、電池制造工藝、電池制造裝備、電池的使用和回收等電池全生命周期的角度來考慮電池制造的質(zhì)量、效率和成本，從而實(shí)現(xiàn)最佳的產(chǎn)業(yè)收益和可持續(xù)發(fā)展。正是基于這個(gè)出發(fā)點(diǎn)，我們要遵從規(guī)模制造業(yè)所依托的材料、標(biāo)準(zhǔn)、裝備、數(shù)據(jù)等核心工程基礎(chǔ)，使用標(biāo)準(zhǔn)化方法、應(yīng)用大規(guī)模制造理論和智能制造技術(shù)手段，最終用制造裝備來實(shí)現(xiàn)先進(jìn)電池制造目標(biāo)落地，這是本書的核心思想。
在科學(xué)、技術(shù)和工程活動(dòng)中，科學(xué)活動(dòng)是以發(fā)現(xiàn)規(guī)律為核心的活動(dòng)，技術(shù)活動(dòng)是以發(fā)明創(chuàng)新為核心的活動(dòng)，工程活動(dòng)是以建造為核心的活動(dòng)，而標(biāo)準(zhǔn)化則是介于技術(shù)創(chuàng)新和工程應(yīng)用之間的活動(dòng)。電池制造的本質(zhì)是基于電池的科學(xué)原理，找到解決制造問題的方法，再通過工程實(shí)施建造的方式解決問題，所以本書用一定篇幅闡述制造工程問題及工程實(shí)施的方法和原則。
標(biāo)準(zhǔn)化是制造業(yè)的根本和基礎(chǔ)，更是大規(guī)模制造的基礎(chǔ)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范使得產(chǎn)品和制造獲得統(tǒng)一、規(guī)范、積累，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的不斷優(yōu)化和提升。我們生活的方方面面都離不開標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)化也給我們的生活和工作帶來巨大價(jià)值，記得20 世紀(jì)80 年代初在中國一臺(tái)普通的轎車汽油發(fā)動(dòng)機(jī)需要40000～50000 元，而到現(xiàn)在已經(jīng)降到了3000～5000 元，這就是標(biāo)準(zhǔn)化和大規(guī)模制造帶來的價(jià)值，現(xiàn)在的電池制造業(yè)也是如此，也正面臨這樣的機(jī)遇。電池材料、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品規(guī)格、制造規(guī)范、制造裝備、使用規(guī)范和產(chǎn)品回收等都必須遵從標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)律，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品和制造過程規(guī)范，這是制造的結(jié)晶。本書從產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的概念、智能制造與標(biāo)準(zhǔn)化、電池產(chǎn)業(yè)的超前標(biāo)準(zhǔn)模式以及先進(jìn)電池智能制造綜合標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)施等方面闡述電池產(chǎn)業(yè)推行標(biāo)準(zhǔn)化的相關(guān)內(nèi)容，希望為電池產(chǎn)業(yè)大規(guī)模制造帶來有價(jià)值的參考。
大規(guī)模生產(chǎn)模式開始于20 世紀(jì)初，以泰勒的科學(xué)管理方法為基礎(chǔ)，以生產(chǎn)過程的分解、流水線組裝、標(biāo)準(zhǔn)化零部件、大批量生產(chǎn)和機(jī)械式重復(fù)勞動(dòng)等為主要特征。大規(guī)模制造和標(biāo)準(zhǔn)化使很多產(chǎn)品成為老百姓人人擁有的產(chǎn)品，當(dāng)初美國的福特老先生也正是憑著讓造車的人自己也買得起汽車，讓汽車成為大眾的代步工具 的理念，將T 型車實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模制造，創(chuàng)造了很高的價(jià)值。電池產(chǎn)業(yè)也正面臨這樣的機(jī)遇，市場需求巨大，成本偏高，大規(guī)模制造正好可以滿足制造能源時(shí)代對先進(jìn)電池的需求。目前的電池制造依然是使用實(shí)驗(yàn)室研發(fā)電池時(shí)的工藝方法，產(chǎn)能的擴(kuò)大僅僅靠裝備和廠房數(shù)量的比例增加，這是難以提升質(zhì)量和降低成本的，必須在電池設(shè)計(jì)、制造工藝、制造規(guī)模和制造裝備等方面全面提升。本書在闡述規(guī)模制造業(yè)的科學(xué)、技術(shù)、工程相互辯證關(guān)系的基礎(chǔ)上，從認(rèn)知先進(jìn)電池制造業(yè)本質(zhì)出發(fā)，提出電池大規(guī)模制造需要實(shí)現(xiàn)物料流、信息流和能量流的連續(xù)，來滿足先進(jìn)電池大規(guī)模制造的要求。
智能制造解決制造問題的基本思想是用數(shù)據(jù)化解制造過程中的不確定性，達(dá)到控制電池制造的質(zhì)量、效率、成本和生產(chǎn)周期的目的，實(shí)現(xiàn)制造的最佳效益。為達(dá)到此目的，本書在總結(jié)《先進(jìn)儲(chǔ)能電池智能制造技術(shù)與裝備》關(guān)于智能制造基礎(chǔ)原理內(nèi)容的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出先進(jìn)電池制造質(zhì)量提升的縱向、橫向及其組合的多層次閉環(huán)方法，并結(jié)合這些方法綜合考慮未來基于電池行業(yè)制造大模型，實(shí)現(xiàn)制造質(zhì)量的自主優(yōu)化、制造安全的自主管控。
先進(jìn)電池產(chǎn)品必將成為通用目的產(chǎn)品，在未來新能源構(gòu)成和制造能源體系中將發(fā)揮基礎(chǔ)支撐作用，然而面對日新月異的電池技術(shù)的進(jìn)步和電池需求的不斷擴(kuò)大，電池制造技術(shù)也面臨巨大的挑戰(zhàn)，我認(rèn)為應(yīng)該面向未來的需求進(jìn)一步提升電池制造的質(zhì)量、效率，真正向大規(guī)模、智能化的路徑邁進(jìn)。本書由陽如坤擬定總體框架和各章節(jié)的核心內(nèi)容，并完成主要章節(jié)的編寫，其中第3 章由國際標(biāo)準(zhǔn)化專家黃永衡教授編寫，柯奧對全書的內(nèi)容及圖表進(jìn)行核對和修正。本書的核心內(nèi)容總結(jié)了筆者30 多年來從事汽車制造技術(shù)、低壓電器制造技術(shù)、電池制造技術(shù)及其裝備，特別是吉陽智能公司在電池制造技術(shù)研發(fā)、裝備研發(fā)及制造方面的寶貴經(jīng)驗(yàn)，在此要感謝吉陽智能公司的全體員工，這是我們多年研究制造、堅(jiān)持創(chuàng)新、矢志不渝努力的結(jié)晶。電池制造產(chǎn)業(yè)方興未艾，要達(dá)到 成為新能源行業(yè)ASML 的目標(biāo)還有較遠(yuǎn)的距離，然而認(rèn)知清楚、錨定目標(biāo)、知難而為，方可不辱使命，才能為制造能源時(shí)代貢獻(xiàn)更多力量。
本書引用前人在標(biāo)準(zhǔn)化、大規(guī)模制造、工程科學(xué)等方面的研究成果和觀點(diǎn)，在電池前工序制造連續(xù)化思想方面借鑒了深圳尚水智能張旺博士的想法；在電池智能制造質(zhì)量數(shù)據(jù)優(yōu)化方面引用韓友軍博士的論文研究成果，在此深表感謝；還要感謝電池產(chǎn)業(yè)界的同仁，是他們的不懈努力帶來今天電池產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，使我們能夠更清楚地看到電池產(chǎn)業(yè)的未來！ 還要感謝科大訊飛星火軍團(tuán)提供的人工智能（AI） 文字校對工具，糾正了書稿中不少的文字錯(cuò)誤。最后感謝化學(xué)工業(yè)出版社相關(guān)編輯的辛勤努力，使得本書前期的策劃組織和后期的出版順利進(jìn)行。
雖然我國電池產(chǎn)業(yè)取得驕人突破，成為中國產(chǎn)品出口的新三樣，但正如寧德時(shí)代董事長曾毓群博士所言，電池行業(yè)已經(jīng)邁入了從有沒有 到好不好 的新階段。新階段是質(zhì)量和效率的提升，一方面電池材料、電池結(jié)構(gòu)還在不斷演化，電池安全性能、電池制造質(zhì)量需要進(jìn)一步提升；另一方面，電池制造規(guī)模不斷擴(kuò)大，總體成本需要進(jìn)一步降低，這正是電池發(fā)展新階段的挑戰(zhàn)。誠然，電池制造也不是一個(gè)簡單的大規(guī)模生產(chǎn)的機(jī)電產(chǎn)品，它涉及電化學(xué)、電子電氣、機(jī)械結(jié)構(gòu)等方面的內(nèi)容，在制造尺度上是從納米、微米到毫米、米級的極致管控，實(shí)現(xiàn)制造的控形、控性，需要更多的制造技術(shù)和制造方法的創(chuàng)新。由于時(shí)間倉促以及知識(shí)水平所限，本書一些觀點(diǎn)和提及內(nèi)容難免有偏頗和疏漏，不足之處在所難免，敬請各位讀者批評指正。我們更期待本書能夠起到一盞明燈的作用，引起更多電池制造技術(shù)與裝備產(chǎn)業(yè)的仁人志士的關(guān)注，把更多的技術(shù)、技巧和知識(shí)奉獻(xiàn)給產(chǎn)業(yè)和讀者。
在整個(gè)中國制造業(yè)不斷內(nèi)卷的今天，我認(rèn)為落實(shí)到電池產(chǎn)品的高質(zhì)量、差異化制造才是電池制造業(yè)的未來，隨著雙碳 目標(biāo)的推進(jìn)，將把我國從化石能源對外高度依存的時(shí)代，逐步轉(zhuǎn)向能源自主的制造能源時(shí)代，在這一偉大的轉(zhuǎn)變過程中，不僅僅是能源、低碳、清潔、青山綠水的轉(zhuǎn)變，更重要的是由于能源革命帶來的產(chǎn)業(yè)革命、智能化生活的改變。伴隨而來的是制造業(yè)向資源節(jié)約、高產(chǎn)品制造質(zhì)量、高經(jīng)濟(jì)效益的方向轉(zhuǎn)型發(fā)展，同時(shí)，在制造業(yè)帶動(dòng)和引領(lǐng)下，創(chuàng)造全社會(huì)財(cái)富增長，向成為高質(zhì)量、高效率、高度發(fā)達(dá)的國家邁進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)強(qiáng)國夢。

編著
2024年7月