一、项目概述
本技术方案聚焦于圆柱形锂离子电池的制备，旨在搭建一套涵盖电池材料研发、电极制备、电芯组装、性能测试及工艺优化的完整制备体系。通过引入先进的制备工艺与设备，模拟工业化生产流程，实现从原材料到成品电池的全流程标准化制备。方案致力于培养掌握圆柱形锂离子电池核心制备技术的专业人才，同时为企业研发新产品、优化生产工艺提供技术参考，推动圆柱形锂离子电池在新能源汽车、储能等领域的高质量应用与发展。
二、实验教学设计
（一）课程体系设置
开设电池材料化学、电极制备工艺、电池组装技术、电池性能测试与分析、锂离子电池生产工艺优化等课程。理论课程重点讲解电池制备原理与材料特性，实践课程占比 65%，让学生深入掌握各制备环节的操作技能，实现理论与实践的深度融合。
（二）实践项目设计
基础实践项目包括正极材料混合与涂布、负极材料辊压与分切、隔膜裁剪与处理；综合实践项目涵盖电芯卷绕与组装、电解液注入与封口；创新实践项目涉及新型电极材料配方优化、电池结构设计改良实验。通过项目实践，锻炼学生动手能力与创新思维。
（三）教学方法创新
采用项目式教学与现场教学结合，利用虚拟仿真软件模拟电池制备流程，降低实验成本与风险。引入企业实际生产案例，邀请行业专家现场指导，让学生了解行业与生产规范。
三、系统功能
(一)材料处理功能
实现正极、负极材料的精确称量、混合、分散等处理，确保材料均匀性与稳定性；对隔膜进行表面处理、裁剪等操作，满足电芯组装要求。
(二)电极制备功能
完成正极、负极浆料的制备，通过涂布、烘干、辊压等工艺形成高质量电极片，可精确控制电极厚度、密度等参数。
(三)电芯组装功能
具备电芯卷绕、极耳焊接、电解液注入、封口等组装功能，确保电芯结构紧凑、密封性良好，满足电池性能需求。
(四)性能测试功能
对制备的圆柱形锂离子电池进行容量测试、充放电循环测试、倍率性能测试、安全性能测试等，实时采集并分析电池性能数据。
(五)工艺优化功能
根据性能测试结果，分析影响电池性能的因素，优化制备工艺参数，如材料配比、涂布速度、卷绕张力等，提升电池性能与生产效率。
四、系统组成
(一)材料处理设备
1.高精度称量设备：电子天平，量程 0 - 500g，精度 0.0001g，确保材料称量精准。
2.行星式搅拌机：搅拌速度 0 - 3000rpm，搅拌容量 5 - 50L，具备真空搅拌功能，保证材料混合均匀。
3.隔膜裁切机：裁切精度 ±0.1mm，裁切速度 0 - 10m/min，可根据需求裁剪隔膜尺寸。
(二)电极制备设备
1.浆料制备系统：包括高速分散机、砂磨机等，分散速度 0 - 8000rpm，研磨粒径可达亚微米级，制备均匀稳定的电极浆料。
2.涂布机：涂布宽度 300 - 1000mm，涂布速度 0 - 20m/min，涂布厚度精度 ±1μm，支持连续涂布与间歇涂布。
3.辊压机：辊压压力 0 - 20MPa，辊面宽度 500 - 1200mm，辊压后电极片厚度公差 ±2μm。
(三)电芯组装设备
1.卷绕机：卷绕速度 0 - 2000 转 / 分钟，适用电芯直径 10 - 32mm，卷绕精度 ±0.05mm，具备自动纠偏功能。
2.极耳焊接机：采用激光焊接或超声波焊接，焊接强度≥10N，焊接时间≤0.5s，焊点牢固、美观。
3.注液机：注液精度 ±0.5%，注液速度 0 - 50ml/min，具备真空注液功能，确保电解液注入均匀。
4.封口机：封口压力 0 - 5MPa，封口时间 0 - 5s，封口后电池密封性良好，泄漏率≤1×10⁻⁶ Pa・m³/s。
(四)性能测试设备
1.电池充放电测试仪：通道数 1 - 1000 个，电压测试范围 0 - 10V，电流测试范围 0 - 500A，测试精度 ±0.05%。
2.高低温试验箱：温度范围 - 40℃ - 150℃，温度波动度 ±0.5℃，用于模拟不同环境下的电池性能测试。
3.安全性能测试设备：包括短路测试仪、过充过放测试仪、挤压测试仪等，满足电池安全性能测试标准。
(五)控制系统
1.PLC 控制系统：实现对各设备的自动化控制，具备参数设置、运行监控、故障报警等功能，确保制备过程稳定可靠。
2.数据采集与分析系统：实时采集设备运行参数与电池性能数据，通过数据分析软件进行处理与分析，生成测试报告与工艺优化建议。
五、系统实验测试
(一)材料性能测试
对正极材料、负极材料、隔膜等进行物理化学性能测试，如粒度分布、比表面积、孔隙率、离子电导率等测试，评估材料质量。
(二)电极片性能测试
测量电极片的厚度、密度、面电阻、附着力等参数，进行电极片的充放电测试，验证电极片制备工艺的合理性。
(三)电芯组装质量测试
检查电芯卷绕的平整度、极耳焊接的牢固性、电解液注入量的准确性、封口的密封性等，确保电芯组装符合要求。
(四)电池性能测试
对制备的圆柱形锂离子电池进行容量测试、充放电循环测试、倍率性能测试、高温性能测试、低温性能测试、安全性能测试等，全面评估电池性能。
(五)工艺优化实验
根据电池性能测试结果，调整制备工艺参数，如材料配比、涂布速度、辊压压力、卷绕张力等，重复上述测试过程，直至获得最佳工艺参数组合。
六、系统实施与售后服务
（一）系统实施
根据高校的实际需求和场地条件，进行系统的安装、调试和部署。为高校提供设备选型建议，确保硬件设施满足系统运行要求。
（二）培训服务
成立专业技术培训队伍，为高校教师和学生提供系统培训。内容包括系统的基本原理、操作使用方法、实验项目开展流程、常见故障排除等，帮助师生快速掌握系统使用技巧。
（三）售后服务
提供自验收交付之日起 2 年的免费维护服务。设立专门的服务热线，及时响应高校的技术咨询和问题反馈。一般性问题1小时内反馈意见，8小时内解决；复杂问题 3 个工作日内给出解决方案。根据需要，提供远程维护或上门服务，并在服务后进行回访，确保高校满意。
