先進電池在未來制造能源體系中將發揮基礎產品的作用，成為通用目的產品，成為新能源、制造能源產業的重要核心支柱產品。本書站在制造工程化的視角，分析總結了先進電池標準化、大規模、智能化制造相關技術，創造性地提出電池大規模制造三大流(物料流、信息流、能量流)連續的原則以及解決先進電池高質量、大規模、低成本制造問題的一些想法，闡述先進電池大規模制造的技術基礎，標準化制造應該遵循的原則、方法和實施內容，以及提升電池制造質量的智能化閉環手段。本書旨在助力于解決先進電池高質量制造的難題，可為儲能、動力電池產業、制造能源體系等領域的工程技術人員在電池設計、制造規劃、制造管理、電芯制造設備開發、制造安全與品質控制等方面提供參考，也可為相關專業的高校本科生、研究生以及對儲能及動力電池產業感興趣的人士提供參考。
電池的高質量制造等也為電池行業的智能化和高效發展注入了新動力，本書在分析總結先進電池標準化、大規模、智能化制造技術原理的基礎上，創造性提出用工程科學、標準化和智能化的方法解決先進電池高質量、大規模、低成本制造等棘手問題；闡述先進電池大規模制造的技術基礎和解決方案，標準化制造應該遵循的原則、方法和實施內容，以及提升電池制造質量的智能化閉環手段。涵蓋從基礎工程理論到實現先進電池標準化、規模化和高質量制造的策略和方法，提供了現代大規模制造的技術特征以及向著大規模定制方向發展的要點，也為實現先進電池大規模制造和制造降本提供了思路。★制造能源時代與電池發展★工程理論與先進電池大規模制造：工程科學理論及其在大規模制造中的應用、大規模制造技術、大規模定制制造、先進電池大規模制造的實現、先進電池制造降本策略★現代標準化理念與先進電池智能制造：標準化與電池智能制造、超前標準化模式與電池制造產業、標準必要專利與電池制造產業★綜合標準化與先進電池智能制造：綜合標準化理論、綜合標準化過程、綜合標準化特點、綜合標準化的現實意義、先進電池智能制造綜合標準化★先進堅持制造質量控制與智能制造：制造業質量管理、先進電池制造的高質量發展、先進電池制造質量與智能制造★智能化解決方案案例：基于模型的方形鋰電池卷繞張力控制方法★智能化解決方案案例：電池智能制造質量數據優化★先進電池智能制造系統成熟度實現的層級
2003 年7 月16 日，陳立泉院士在深圳高新技術成果交易會院士論壇上做題為《新能源體系將化解能源危機》的報告，指出：鋰離子電池作為一種清潔、高效的能源，具有高能量、長循環壽命、高電壓等優點，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；新能源機組的發展、開發和使用新的清潔能源以及建立分散的能源體系將成為當代動力工業的新追求。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，我開始把自己工作的重點從機器人自動化技術轉向用機器人自動化技術解決電池制造及裝備問題。開始注重于使用裝備解決動力電池制造問題，通過電池驅動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業機遇。
自《先進儲能電池智能制造技術與裝備》由化學工業出版社于2022 年7 月出版以來，引起不少業界朋友的關注和討論，我和撰寫團隊深表感謝！ 為我們的努力能給電池制造產業帶來一點有價值的知識感到由衷欣慰！ 然而，通觀全球制造業的發展，我們認識到電池制造產業還有許多需要改善、提升的地方，這正是本書希望探討的內容。
自2015 年以來，雖然我國電池產業輸出產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，電池安全事故時有發生，這些都是我們面臨的巨大挑戰。隨著我國雙碳 目標的推進和人類對清潔環境追求的提升，清潔能源的需求也越來越緊迫，能源存儲的需求不斷增長。有數據顯示到2025 年電池的需求量將達到2TW·h，到2030 年將達到5TW·h，到中國實現碳中和時這個需求會更大。2023 年4 月埃隆·馬斯克在提出5 步還世界一個清潔的地球 的觀點時表示，未來全部使用清潔能源，全球能源存儲需求量將達到240TW·h，當然這里不僅僅是使用電池儲能，還會有其他的能源存儲方式，但是至少現在我們知道電池是最靈活、快捷的方式。隨著技術的進一步成熟，安全性、寬泛的性能和能量密度將得到進一步提升，意味著電池還會有更大的發展空間。這就給我們現在的電池制造技術提出了更大的挑戰，這種挑戰包括電池安全性、制造合格率、制造規模等方面的大幅度提升。
今天，我們規模生產的電池其制造模式依然處于實驗室階段，也就是說電池的制造模式基本上是電池研發的模式，多數是中試線的放大，而真正要滿足大規模、高質量制造要求，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、電池設計、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量、效率和成本，從而實現最佳的產業收益和可持續發展。正是基于這個出發點，我們要遵從規模制造業所依托的材料、標準、裝備、數據等核心工程基礎，使用標準化方法、應用大規模制造理論和智能制造技術手段，最終用制造裝備來實現先進電池制造目標落地，這是本書的核心思想。
在科學、技術和工程活動中，科學活動是以發現規律為核心的活動，技術活動是以發明創新為核心的活動，工程活動是以建造為核心的活動，而標準化則是介于技術創新和工程應用之間的活動。電池制造的本質是基于電池的科學原理，找到解決制造問題的方法，再通過工程實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施的方法和原則。
標準化是制造業的根本和基礎，更是大規模制造的基礎。標準規范使得產品和制造獲得統一、規范、積累，從而實現產品質量的不斷優化和提升。我們生活的方方面面都離不開標準，標準化也給我們的生活和工作帶來巨大價值，記得20 世紀80 年代初在中國一臺普通的轎車汽油發動機需要40000～50000 元，而到現在已經降到了3000～5000 元，這就是標準化和大規模制造帶來的價值，現在的電池制造業也是如此，也正面臨這樣的機遇。電池材料、產品設計、產品規格、制造規范、制造裝備、使用規范和產品回收等都必須遵從標準化的規律，實現產品和制造過程規范，這是制造的結晶。本書從產業標準的概念、智能制造與標準化、電池產業的超前標準模式以及先進電池智能制造綜合標準化實施等方面闡述電池產業推行標準化的相關內容，希望為電池產業大規模制造帶來有價值的參考。
大規模生產模式開始于20 世紀初，以泰勒的科學管理方法為基礎，以生產過程的分解、流水線組裝、標準化零部件、大批量生產和機械式重復勞動等為主要特征。大規模制造和標準化使很多產品成為老百姓人人擁有的產品，當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 型車實現了大規模制造，創造了很高的價值。電池產業也正面臨這樣的機遇，市場需求巨大，成本偏高，大規模制造正好可以滿足制造能源時代對先進電池的需求。目前的電池制造依然是使用實驗室研發電池時的工藝方法，產能的擴大僅僅靠裝備和廠房數量的比例增加，這是難以提升質量和降低成本的，必須在電池設計、制造工藝、制造規模和制造裝備等方面全面提升。本書在闡述規模制造業的科學、技術、工程相互辯證關系的基礎上，從認知先進電池制造業本質出發，提出電池大規模制造需要實現物料流、信息流和能量流的連續，來滿足先進電池大規模制造的要求。
智能制造解決制造問題的基本思想是用數據化解制造過程中的不確定性，達到控制電池制造的質量、效率、成本和生產周期的目的，實現制造的最佳效益。為達到此目的，本書在總結《先進儲能電池智能制造技術與裝備》關于智能制造基礎原理內容的基礎上，進一步提出先進電池制造質量提升的縱向、橫向及其組合的多層次閉環方法，并結合這些方法綜合考慮未來基于電池行業制造大模型，實現制造質量的自主優化、制造安全的自主管控。
先進電池產品必將成為通用目的產品，在未來新能源構成和制造能源體系中將發揮基礎支撐作用，然而面對日新月異的電池技術的進步和電池需求的不斷擴大，電池制造技術也面臨巨大的挑戰，我認為應該面向未來的需求進一步提升電池制造的質量、效率，真正向大規模、智能化的路徑邁進。本書由陽如坤擬定總體框架和各章節的核心內容，并完成主要章節的編寫，其中第3 章由國際標準化專家黃永衡教授編寫，柯奧對全書的內容及圖表進行核對和修正。本書的核心內容總結了筆者30 多年來從事汽車制造技術、低壓電器制造技術、電池制造技術及其裝備，特別是吉陽智能公司在電池制造技術研發、裝備研發及制造方面的寶貴經驗，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、堅持創新、矢志不渝努力的結晶。電池制造產業方興未艾，要達到 成為新能源行業ASML 的目標還有較遠的距離，然而認知清楚、錨定目標、知難而為，方可不辱使命，才能為制造能源時代貢獻更多力量。
本書引用前人在標準化、大規模制造、工程科學等方面的研究成果和觀點，在電池前工序制造連續化思想方面借鑒了深圳尚水智能張旺博士的想法；在電池智能制造質量數據優化方面引用韓友軍博士的論文研究成果，在此深表感謝；還要感謝電池產業界的同仁，是他們的不懈努力帶來今天電池產業的蓬勃發展，使我們能夠更清楚地看到電池產業的未來！ 還要感謝科大訊飛星火軍團提供的人工智能（AI） 文字校對工具，糾正了書稿中不少的文字錯誤。最后感謝化學工業出版社相關編輯的辛勤努力，使得本書前期的策劃組織和后期的出版順利進行。
雖然我國電池產業取得驕人突破，成為中國產品出口的新三樣，但正如寧德時代董事長曾毓群博士所言，電池行業已經邁入了從有沒有 到好不好 的新階段。新階段是質量和效率的提升，一方面電池材料、電池結構還在不斷演化，電池安全性能、電池制造質量需要進一步提升；另一方面，電池制造規模不斷擴大，總體成本需要進一步降低，這正是電池發展新階段的挑戰。誠然，電池制造也不是一個簡單的大規模生產的機電產品，它涉及電化學、電子電氣、機械結構等方面的內容，在制造尺度上是從納米、微米到毫米、米級的極致管控，實現制造的控形、控性，需要更多的制造技術和制造方法的創新。由于時間倉促以及知識水平所限，本書一些觀點和提及內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與裝備產業的仁人志士的關注，把更多的技術、技巧和知識奉獻給產業和讀者。
在整個中國制造業不斷內卷的今天，我認為落實到電池產品的高質量、差異化制造才是電池制造業的未來，隨著雙碳 目標的推進，將把我國從化石能源對外高度依存的時代，逐步轉向能源自主的制造能源時代，在這一偉大的轉變過程中，不僅僅是能源、低碳、清潔、青山綠水的轉變，更重要的是由于能源革命帶來的產業革命、智能化生活的改變。伴隨而來的是制造業向資源節約、高產品制造質量、高經濟效益的方向轉型發展，同時，在制造業帶動和引領下，創造全社會財富增長，向成為高質量、高效率、高度發達的國家邁進，最終實現強國夢。
編著
2024年7月
陽如坤，研究員，國際IEC/TC23/SC23K專家，國標委SAC/TC159專家,享受國務院政府特殊津貼和廣東省政府特殊津貼，是深圳市高層次人才，廣東省"特支人才"等，現任深圳吉陽智能科技有限公司董事長。曾先后獲得國家科技進步獎、科學院科技進步特等獎、國家能源科技進步獎等各類獎項。牽頭制定《汽車動力蓄電池工程裝備發展路線圖》、《節能與新能源汽車技術路線圖》動力電池制造部分、編寫專著《先進儲能電池智能制造與裝備》、《鋰電池制造工藝及裝備》。在鋰電池制造工藝及裝備研發、智能機器研發、智能制造系統與體系建設等領域有深入研究和豐富的實踐經驗。建立了鋰離子電池數字化車間集成標準，解決鋰電池大規模、高安全制造難題，走出一條中國鋰電裝備創新發展道路。擁有超過300項電池制造激光模切、卷繞、疊片制造技術及裝備的核心專利。黃永衡，標準化高級工程師（教授級），廣東省標準化協會副會長，廣東開放大學教授、桂林理工學院客座教授，清華大學深圳國際研究生院校外導師，西北政法大學新聞傳播學院研究生實務導師。多次參與國際標準化工作會議；實質性參與國際標準、國家標準、行業標準、地方標準共二百多項的編制工作。2008年獲兩項"中國標準創新貢獻獎"三等獎;2023年獲得"中國標準創新貢獻獎"二等獎；2024年獲得"廣東省標準化突出創新貢獻獎"標準化成就獎。主要研究方向集中在標準化領域。
第1章 制造能源時代與電池發展001
1.1 能源與能源革命 001
1.1.1 能源的概念與特點 001
1.1.2 三次能源革命的歷程 002
1.1.3 新能源的特點及發展前景 006
1.1.4 新能源的能耗效率與產品技術路線選擇 007
1.2 制造能源時代 009
1.2.1 制造能源概述 009
1.2.2 制造能源的價值 010
1.2.3 制造能源時代下的電能替代 010
1.2.4 制造能源系統 012
1.2.5 制造能源技術對第三次能源革命的意義 018
1.3 電池的應用及發展方向 020
1.3.1 能源存儲的方式及特點 020
1.3.2 電池作為能源存儲載體的優勢 021
1.3.3 電池成為通用目的產品 021
參考文獻 024
第2章 工程理論與先進電池大規模制造025
2.1 工程科學論及其在大規模制造中的應用 026
2.1.1 科學-技術-工程三元論 026
2.1.2 工程科學的內涵 029
2.1.3 工程理念和工程思維 033
2.1.4 工程決策思維的特點 035
2.1.5 工程決策思維的過程和環節 037
2.1.6 工程設計實施的原則 038
2.1.7 工程設計思維在大規模制造中的運用 041
2.2 大規模制造技術 043
2.2.1 大規模制造技術基礎 043
2.2.2 大規模制造產業發展歷程 046
2.2.3 現代大規模制造中的連續制造技術 050
2.2.4 現代大規模制造中的同步控制技術 051
2.2.5 現代大規模制造實現的原則和技術 056
2.2.6 大規模制造業的規律 059
2.3 大規模定制制造 061
2.3.1 大規模定制的概念 061
2.3.2 大規模定制生產模式的主要內容 062
2.3.3 大規模定制生產模式的三個基本策略 063
2.3.4 大規模定制對制造系統的要求 064
2.3.5 電池大規模定制制造的實施要點 064
2.4 先進電池大規模制造的實現 066
2.4.1 先進電池制造原理 066
2.4.2 先進電池的制造規模及制造思路 067
2.4.3 先進電池大規模制造的痛點 069
2.4.4 先進電池大規模制造理念 071
2.4.5 先進電池大規模制造的未來 079
2.5 先進電池制造降本策略 080
2.5.1 電池制造的成本趨勢 080
2.5.2 先進電池制造降本的方式 080
參考文獻 083
第3章 現代標準化理念與先進電池智能制造084
3.1 標準化概述 085
3.1.1 標準化發展概述 085
3.1.2 標準的概念 088
3.1.3 標準化的概念 092
3.1.4 標準化戰略 093
3.1.5 標準體系 096
3.1.6 標準數字化 100
3.2 標準化與電池智能制造 103
3.2.1 先進制造業 103
3.2.2 智能制造技術 105
3.2.3 標準化是智能制造的重要基礎 114
3.2.4 智能制造標準化的構建 118
3.2.5 電池智能制造標準化 119
3.3 超前標準化模式與電池制造產業 120
3.3.1 超前標準化模式 120
3.3.2 研發與標準化同步 129
3.3.3 研發與標準化同步的實施 131
3.3.4 超前標準化模式與先進電池產業高質量發展 134
參考文獻 136
第4章 綜合標準化與先進電池智能制造137
4.1 綜合標準化理論 137
4.1.1 綜合標準化概述 137
4.1.2 綜合標準化方法論 138
4.2 綜合標準化過程 141
4.2.1 準備階段 141
4.2.2 規劃階段 142
4.2.3 制定標準階段 143
4.2.4 實施階段 143
4.3 綜合標準化特點 143
4.3.1 從整體目標出發考慮問題：整體性 143
4.3.2 以解決問題為目標：目的性 144
4.3.3 用一套系列標準解決問題：成套性 145
4.3.4 標準相互依賴：敏感性 145
4.3.5 標準的全過程管理（閉環控制） 146
4.3.6 計劃性和風險性 147
4.4 綜合標準化的現實意義 148
4.4.1 適應經濟技術發展的新趨勢和新要求 148
4.4.2 促進傳統企業的管理體制轉型 149
4.4.3 把標準化提升到系統水平，發揮系統效應 150
4.5 先進電池智能制造綜合標準化 151
4.5.1 總體要求 151
4.5.2 建設內容 152
4.5.3 標準的實施路徑 161
參考文獻 161
第5章 先進電池制造質量控制與智能制造163
5.1 制造業質量管理 163
5.1.1 質量的概念和認知 163
5.1.2 質量管理 165
5.1.3 標準化在質量管理中的作用 168
5.1.4 卓越績效模式TQM 的標準化 172
5.2 先進電池制造的高質量發展 175
5.2.1 產品質量是高質量發展的基石 175
5.2.2 制造業產品的高質量發展 179
5.2.3 先進電池制造質量 183
5.2.4 電池制造高質量發展的意義 188
5.3 先進電池制造質量與智能制造 190
5.3.1 智能化是解決制造質量的基本方法 190
5.3.2 電池的結構缺陷檢測 196
5.3.3 先進電池智能制造質量閉環 202
5.4 智能化解決方案案例基于模型的方形鋰電池卷繞張力控制方法 204
5.4.1 張力控制系統 205
5.4.2 非線性系統建模設計 206
5.4.3 系統理論建模及仿真 208
5.4.4 BP 神經網絡辨識系統 208
5.4.5 總結 209
5.5 智能化解決方案案例電池智能制造質量數據優化 210
5.5.1 智能制造質量數據 210
5.5.2 智能系統實現與結果 214
5.6 先進電池智能制造系統成熟度實現的層級 216
參考文獻 217
附錄1 電池智能制造基礎共性標準擬制清單218
附錄2 電池智能制造關鍵技術標準擬制清單220
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