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摘要：本文以湖北亿纬动力有限公司湖北亿纬动力第三产业园项目为设计实例，阐述目前在市场竞争白热化、电芯及系统利润微薄前提下，锂离子动力电池工厂如何在设计中考虑更好的节能、节地、减少投资造价等措施，介绍现阶段典型的总图布置方案，并简要说明该类项目由于生产特性对建筑的要求及解决方案。

关键词：锂离子电池工厂;工业建筑;总图布置;生产工艺;产业园

一、项目背景

本项目产品主要为新能源动力电池，受全球大力发展绿色经济、绿色产业的推动，新能源汽车市场和储能市场保持高速增长动力，推动了锂离子电池的市场需求增长。

2020年全球动力电池在电动汽车上的总装机量达137GWh，同比增长17%。装机量排名前九的动力电池企业中，中国企业占据5席，除了宁德时代之外，分别为比亚迪、亿纬锂能、国轩高科、中航锂电，分列第四、第七、第八、第九。

受益于全球环保减排的趋势和目标，我国碳达峰及碳中和的政策指导下，新能源汽车的生产销售快速增长，预计2025年全球新能源汽车销量将超过500万辆。随着新能源汽车的发展，锂离子电池在新能源汽车领域的应用将面临爆发式增长。

近年来，我国多个部委陆续出台了《促进汽车动力电池产业发展行动方案》、《关于加快建立绿色生产和消费法规政策体系的意见》、《关于调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》等多项政策，引导、支持、鼓励并大力推动了新能源汽车及相关产业的发展。

湖北亿纬动力有限公司为国内动力电芯制造前十大企业之一，受以上政策指导及市场需求的影响，急需扩充产能以满足日益增长的订单需求，故新建设湖北亿纬动力第三产业园项目。

二、项目概况

湖北亿纬动力第三产业园项目位于湖北省荆门市华科路以南龙井大道以东规划路以西地块，本建设工程规划总用地面积189368m2，规划净用地面积164408.16m2，建设的建筑占地面积69918.38m2，总建筑面积为179275.12m2，容积率1.22，建筑密度42.48%，绿地率9.79%。

三、总平面布置

湖北亿纬动力有限公司在电池行业深耕20多年，在工厂建设方面已经拥有了成熟的建厂团队及研发工艺团队，又有相当丰富的工厂运维经验。笔者在设计过程中与业主筹建部门及工艺部门探讨，了解已有工厂在运行过程中有何不足，商讨解决方案，在本次设计中全部予以避免，更好的为企业服务。

总平面设计考虑因素：

1.生产工艺流程顺畅，工艺路线最短，厂房占地集约;尽可能厂房采用“一”字型布局，工艺最顺，物流最短。

2.人物流要避免交叉，大量物流，尽量考虑自动化物料输送;人流管制，换鞋及一更集中，不同工艺段单独设置二次更衣;

3.必须考虑人员参观;考虑大货车等待区及访客停车区。

4. 每两个厂房采用一套动力辅助区，包括NMP罐区、 固废仓库、动力站、电解液仓库。

5. 每两个厂房采用一套仓库，包括原料库，电芯成品库及模组PACK 成品库自动化物流输送。

6. 园区人物流分开，进出口分开，规划大型停车场及地磅、厂房采用直线型

7. 厂房采用智能化物流输送、智能化生产制造、智能化检测、智能化监控、智能化运维。

8.了解地方电力峰谷价差，评估是否采用蓄冷系统，总图考虑蓄冷罐位置。

9.根据场地竖向及常年主导风向，合理设置污水处理站位置;废料库房及安全测试车间，尽可能远离生产车间;消防事故池结合场地竖向和市政雨水管网接口位置，最好与雨水管网共网，可以有效的节约建设成本。

10.办公及生活区独立成区，与生产区采用围栏分隔，便于管理。本项目厂前区只有综合办公楼及食堂，位于厂区东北角。

四、建筑设计

本项目主要由办公楼、食堂、门卫、H1电芯厂房、H2电极装配厂房、H2化成分容厂房、H3电极装配厂房、H3化成分容厂房、测试中心、原料库、电芯成品库、动力站、固废仓库、NMP泵房及罐区、污水处理站、电解液仓库组成，主要生产280AH铝壳锂离子电芯。该项目厂房以钢筋混凝土框架结构为主，外墙采用米黄色真石漆为主，局部用蓝色真石漆点缀，使得整个立面既有特色又富有变化和韵律感。屋顶结构设计时按照20kg/㎡预留了安装太阳能光伏的荷载，以利后期安装。以下重点阐述H2电极装配厂房、H2化成分容厂房、原料库及电芯成品库的建筑设计特点。

H2电极装配厂房主要生产工艺为锂离子电芯正负极极片及电芯组装，主要工艺路线为正负极投料-正负极搅拌-正负极涂布-正负极辊压、分切、模切-卷绕-热压/配对-X RAY-极耳焊接-支架装配-入壳-氦检-电芯烘烤-一次注液。该厂房所有生产工序均在洁净室中进行，其中极片车间环境温度需求25±3℃、相对湿度为≤20%、空气洁净度等级为N7;装配车间环境温度需求25±3℃、相对湿度为≤-50%、空气洁净度等级为N7。由于生产的特殊要求，正负极极片车间需要完全分隔，防止正极极片车间与负极极片车间之间材料相互污染，影响产品良率。为保证恒温、恒湿的环境需求，建筑设计时采用了单玻镁防静电岩棉金属壁板吊顶、防静电岩棉金属壁板墙面、防静电环氧地坪（带防水层），板材与吊顶、墙面及板材之间拼接处均采用密封胶密封，墙板与地面之间采用专用龙骨固定并设置R型圆弧踢脚，管线穿越吊顶板处均做密封接头或打胶处理，保证车间有良好的密封性，可以有效的维持洁净环境及减少漏风，降低运行能耗。目前大部分电极装配生产车间痛点如下：1.投料、搅拌车间地面容易被掉落的石墨等粉体原材料污染。2.搅拌及涂布车间地面容易被NMP腐蚀。3.辊压、分切、模切车间地面同样容易被切割掉落的粉体材料污染。4.装配车间注液工段地面容易被电解液腐蚀。鉴于以上需求及市场调研发现，近两年市场上有专门针对锂电池工厂地坪设计的地坪卷材-双纤维增强环氧卷材，该材料既能满足洁净室净化要求，又能针对不同的工艺段改进有效防止地坪污染腐蚀，经与业主筹建部门领导商议并现场试验，最终同意采用该种新材料地坪。现场按照投料区采用防石墨双纤维增强防静电环氧卷材、搅拌区及涂布区采用防NMP双纤维增强防静电环氧卷材、辊压分切模切区采用防石墨双纤维增强防静电环氧卷材，注液区采用防电解液不发火防静电双纤维增强环氧卷材。投产使用到目前为止，该项目地坪质量良好、清洗方便、未被材料腐蚀，改进得到了业主一致好评。该项改进迅速得到了行业的普遍认可，并在近期项目中被广泛推广应用。

化成分容厂房主要生产工艺为高温静置-化成-常温静置-二次注液-分容-常温静置-分选，除高温静置要求环境温度为45±2℃，其余工段均要求环境温度25±3℃，二次注液要求环境温度需求25±3℃、相对湿度为≤-50%、空气洁净度等级为N7，其余无其他特殊要求。化成分容厂房建筑设计重点：1.化成分容及高温静置车间防火设计，该工段是电池不良品挑选重要工段，因此经过OCV测试之后如有未剔除的不良品，在常温静置工序就容易引发电池内部短路火灾。故化成分容及静置工序整个电池行业在《建筑设计防火规范》要求设置喷淋的基础上增加了一些更为严格的防火措施，分容化成车间单独防火墙隔离或单独建筑、化成分容柜设置应急给水系统、化成工艺设备设置气体灭火系统、烘箱间/注液间/化成间设置事故排风系统、电解液供应及注液考虑泄露报警系统。2.高温静置工段因45℃恒温要求，建筑考虑设计100mm厚防静电岩棉金属壁板吊顶;100mm厚防静电岩棉金属壁板隔墙，隔墙耐火时间≥2.0小时;地面设计不发火防静电水性环氧自流平地坪。3.化成、分容、常温静置等工艺设计50mm厚防静电岩棉金属壁板吊顶，墙面设计100mm厚防静电岩棉金属壁板隔墙，隔墙耐火时间≥2.0小时，地面设计不发火防静电水性环氧自流平地坪。

原料库与电芯成品库自动物流规划设计方案及注意事项：1.原料库与H2电极装配厂房、H3电极装配厂房通过物流连廊连接，粉料、铜铝箔、隔离膜及其他辅材通过滚筒线自动输送到车间使用点，车间对应位置设置线边仓于自动物流对接。2.电芯成品仓库与H2化成分容厂房、H3化成分容厂房通过物流连廊连接，化成后电芯成品同样通过滚筒线自动输送到电芯成品仓库。3.原料库及电芯成品库均采用自动高架立体仓储方案。由于仓库单层18米高，存放物品原料及成品均较重，地面荷载常规为6-10吨/㎡，一般建议设计为结构地坪;地面平整度要求控制在0.3%，立体货架区地面建议采用钢纤维超平地坪为佳。立体库区还需考虑消防安全及智能化配套，如WIFI全覆盖、温度控制在≤30℃、自动输送线与消防联动、考虑货架喷淋、考虑必要的消防通道等措施。

智慧工厂设计需考虑工艺装备智能化、在线检测实时化、信息控制网络化、环境控制精准化、物流运输自动化。1.工艺装备智能化需包括工艺设备智能化、设备上下料物流自动化、产品制作自动化、质量控制自动化。2.在线检测实时化用激光、CCD、X-RAY等先进检测手段实现。3.信息控制网络化需包括应用DCS、BIS、MES等软件系统，实现整条生产线的网络化控制，实时监控设备工作状态，采集产品信息，进行智能分类处理，建立产品大数据库，保证产品信息可追溯、查询，实现产品的全生命周期管理。4.环境控制精准化为生产环境控制全程受控，温度、湿度等参数实时监控，使产品处在一个干燥、洁净的环境内，保证电池生产环境受控;除湿机、冷冻机等机电设备所有状态进行监控，保证环境要求。5.物流运输自动化为整线物流采用AGV、传输线、堆垛机等专用物流设备，实现各工序无缝衔接;原料及电芯成品采用自动化立体存储系统，保证与生产无缝对接。

五、结语

该项目于2020年7月完成厂区施工图设计，2022年1月主要生产厂房已全部建设完成，现厂房内工艺设备已安装完成并试生产，后经与业主沟通并现场勘察，该项目设计及施工质量均去的良好效果，甚感欣慰！

随着碳达峰及碳中和的提出，，锂电池新工艺、新设备不断更新，甚至2025年都要进入TWh时代，需要我们及时与工艺专业沟通学习，与时俱进，才能提供合理的设计解决方案，更好的为业主提供服务。限于作者理论知识和时间经验的不足，不妥之处敬请批评指正。

参考文献

[1]湖北亿纬动力有限公司湖北亿纬动力第三产业园项目 可行性研究报告

[2]《锂离子电池工厂设计标准》GB51377-2019

[3]《建筑设计防火规范》GB50016-2014（2018年版）