几十年来，电池已经为从玩具、牙刷到个人电子产品和电动工具的所有东西供电。但是，这只是皮毛。在未来十年中，先进电池将大规模生产，用于陆地、海洋和空中的各种新应用。
电池电量被投影为成为可再生能源系统的骨干，如微网，太阳能电池板和风力涡轮机。该技术将在需要时将电能存储在需要时，可以在需要时转换回电力，例如在峰值需求期间。2013年至2018年间，美国的能源存储项目增加了174％。
传统的铅酸电池在这个市场很受欢迎，因为成本、回收、安全和可靠等因素。但是，随着锂离子电池的生产变得更加经济，它们被用于更多的固定应用。
在水上，需要电池为混合动力渡船、渔船、拖船和其他类型的小型商业船只提供动力，这些船只排放大量的温室气体。
混合动力推进技术也是今天航空航天行业最大的趋势之一。事实上，电气化的话题主导了最近的巴黎航空展。
电动垂直起降部分正在蓬勃发展，研发活动从初创企业到空客和波音等行业巨头都有。一些全电动、有人驾驶的飞机已经完成了成功的试飞，而许多其他飞机也处于不同的开发阶段。无人机还严重依赖电池供电。
汽车应用程序
然而，所有这些努力与正在发生的情况相比，汽车行业，被认为是皇冠上的宝石电池应用。市场正在迅速发展，必要的基础设施越来越容易获得，成本与内燃机等价物相比也越来越有竞争力。
电动汽车的全球销售预计将在未来六年内以32％的累计速度增长，2025年达到近1100万辆。而且，到2040年，超过55％的汽车将由电池供电。
更好的充电基础设施、增加车辆行驶里程和降低电池成本将刺激未来的销售增长。但是，大规模生产至关重要。电池需要多种组装技术，包括配药
设备，泄漏测试仪，机器人和超声波焊机。
世界各地的汽车工程师都在竞相开发电动汽车，各公司也在下一代电池制造方面投入了数十亿美元。在欧洲，汽车制造商正试图在明年之前推出多种混合动力和全电动汽车，以满足严格的温室气体排放新规定。
到2023年，福特汽车公司(Ford Motor Co.)计划使用大众汽车(Volkswagen AG)开发的技术每年生产10万辆电池驱动汽车。大众汽车正准备量产一款名为ID.3的小型电动汽车。福特的其中一款车型将是其最畅销的F-150皮卡的全电动版。福特最近还向一家名为Rivian的初创公司投资了5亿美元，该公司计划推出一系列电动皮卡和运动型多用途车(suv)，将在伊利诺伊州Normal市组装。
作为一项90亿美元计划的一部分，大众计划通过旗下的奥迪和保时捷等豪华品牌，在未来六年内推出30款电池电动汽车。事实上，这家汽车制造商声称，未来十年，它销售的40%的汽车将是电池驱动的。为了实现这一雄心勃勃的目标，大众正在德国萨尔茨基特投资10亿美元建造一家电池工厂，并投资了几家初创公司。
未来3年，通用汽车(General Motors)计划推出20多款电动汽车，戴姆勒(Daimler)预计将推出10款电池驱动汽车。丰田汽车公司表示，到2025年，混合动力电池车型将占公司总销量的50%。该公司目前正在开发一种电动平台，可支持从大型suv到紧凑型轿车等六种车型。
其他正在研发中的汽车包括从电池驱动的吉普车到全电动的劳斯莱斯。
除了汽车，电池也越来越多地被用于为公共汽车、小型货运卡车、摩托车、拖拉机和其他类型的商业和越野车提供动力。戴姆勒(Daimler)和沃尔沃(Volvo)的工程师甚至在研发重型电动卡车，与特斯拉(Tesla Inc.)正在研发的一款汽车展开竞争。
新工厂
为了支持所有这些活动，新的电池工厂最近在各地如雨后春笋般出现。
“在过去的五年中，电池制造已经扩大了扩大，成本急剧下降，”导航研究高级研究分析师Alex Eller说。“今天建造的新工厂的数量是前所未有的。”
Inficon公司负责泄漏检测工具的汽车市场销售经理Thomas Parker补充说:“我们看到最近的项目急剧增加，越来越多的汽车制造商正在建立电池组生产线。
帕克指出:“如今，许多供应商也渴望进入电池行业。“例如，我们看到传统上生产冷凝器、蒸发器、软管和管道的公司正在探索大规模生产冷却电池的热管理系统的新机会。”
美国大多数电池研发和制造业活动都是基于底特律或硅谷。然而，最讨论的工厂之一是Tesla的50亿美元“千兆”（以Elon Musk创造的一个术语，以描述一种能够在火花，NV中批量生产电池产生千分之一的能量的设施。
作为与松下共同努力的一部分，这个大型工厂批量生产电池和电池模块。虽然目前的工厂规模只有30%左右，但在10多条生产线上雇用了6000多名员工。
特斯拉声称该设施将使其锂离子电池组的每千瓦小时成本降低超过30％，这反过来又将降低其电动车辆的成本。全部能力，自动化设施最多可用多达20,000人。
LG化学电源有限公司,供应汽车制造商通用汽车(General Motors)和大众汽车(Volkswagen)等,也有最先进的工厂在荷兰,MI。SK创新、供应商等汽车制造商戴姆勒,现代和起亚,正在建设一个gigafactory亚特兰大附近,除了在匈牙利,另一家大型工厂将供应欧洲汽车制造商。此外，Akasol AG正在底特律附近投资4,000万美元新建一家工厂，将为商用车批量生产锂离子电池。
所有这些工厂都生产电池和电池模块。电池由阳极、阴极、电解质、粘合剂和分离器组成，它们被加工成圆柱形、方形或矩形。模块生产指的是将数千个单细胞集成到包含电子管理组件的更大的封装中。
电池组组装是将模块集成到金属或碳纤维复合外壳的过程，其中包含了电源、充电和温度管理功能。关键部件包括电池模块、冷却系统、电力电子和电池管理系统。
大多数汽车制造商更愿意在内部保持这个过程。例如，FORD在MI的Rawsonville的电池组装配厂操作，而GM在Brownstown，MI中有一个479,000平方英尺的设施。
埃勒说:“每家汽车制造商都有自己的专利电池组设计，所以整个行业存在很大的差异。“大多数汽车制造商从Contemporary Amperex Technology、LG Chem Power或三星SDI等公司购买电池和模块。”
“电池组架构有很多差异，”帕克解释道。“大多数制造商都希望控制这个过程。他们认为它是专有的，就像传统气动车辆的发动机和动力传动系统一样。汽车制造商认为电池组是一个可以区分自己并利用利润率的地方。“
据麦肯锡公司(McKinsey & Co.)的数据，目前生产一辆电动汽车的平均成本要比一辆传统汽车高出1.2万美元。但是，随着产量的增加，生产成本正在下降。由于自动化使用的增加，预计在未来五年内将实现平价。
美国能源部国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory)汽车电气化组经理马修·凯瑟(Matthew Keyser)表示:“与5至10年前相比，如今电池制造中使用的自动化技术数量惊人。”
Keyser声称:“在可预见的未来，锂仍然是电池之王，直到一些更新的电池技术，如锂硫电池和固态化学电池商业化。”“至少在未来10年内，锂离子电池将继续流行。
“今天，工程师正试图改善细胞的能量密度，以增加再充电之间的范围，”关键词指出。“目标是使它们更紧凑，并在较小的体积和质量下产生相同的能量。”
组装的挑战
电池组装需要多种生产工艺和设备，包括粘接密封、激光焊接、检漏、螺丝驱动、超声波焊接等。为了降低成本和提高产量，机器人和其他类型的自动化是必不可少的。
EWI工程经理米奇•马西尼(Mitch Matheny)表示:“对于电池和电池组组装商来说，加入这个行业仍然是最大的挑战之一。”“制造商正在处理新材料和新接头设计，这要求对(装配)过程有新的看法。(我们)看到了与电池和电池组相关的焊接研发数量的惊人增长。
Matheny解释说:“最常用的三种焊接工艺是激光焊接、电阻焊接和超声波焊接。“激光是快速的，非接触的，单面的，如果你想改变焊接的几何形状，你可以简单地修改激光头的路径。然而，激光可能会与薄材料、间隙和铜等材料的背面反射斗争。
“电阻焊接依靠材料的电阻来产生焊接所需的热量，这并不适合连接铝和铜等低电阻材料，”Matheny指出。“但是，使用电阻焊接来制造铜和铝的固态焊缝是常见的做法，因为温度不需要达到材料的熔点。
“超声波金属焊接非常适合连接电池和电池组中使用的薄、软、导热材料，”Matheny说。“因此，需求自然增加了。”
“超声波焊接已经成为连接不同材料的一个非常重要的过程，如铜、镍和铝，这些材料经常用于制造电池箔、电线和终端，”Sonobond Ultrasonics总裁Janet Devine补充说。
迪瓦恩指出:“超声波焊机可以快速、可靠地焊接电池箔、箔到端子、电线到端子。”“此外，电动汽车电池和充电站的功率增加趋势要求使用功率更高的焊机，能够焊接更大的线束和端子。”
“使用超声波焊接有很多优势，”Telsonic Solutions LLC的特殊系统销售经理Home Mojalm说，“它产生的热量很少，而且产生的热量非常本地化。因此，它不会影响细胞的化学性质。工具的使用寿命通常比其他连接技术要好得多，从而降低了成本和停机时间。”
多种紧固件通常用于生产电池外壳组件。DEPRAG公司的应用工程师Boris Baeumler说:“这对于确保坚固性是必要的，因为许多电池组都是汽车的结构部件。”
Baeumler解释说:“典型的电池组装外壳由多个组件组成，如底板和各种不同的结构肋，分隔电池和模块。“大多数外壳使用与机器人组装的铝制部件。制造商使用我们的FlowForm螺丝刀技术，因为它提供了额外的接头强度，避免了可能渗透水分的缝隙，并消除了对钻井等二次加工的需要。”
“粘合剂和密封剂在电池制造的各个阶段也发挥着重要作用，包括电池生产、模块生产和电池组组装，”诺信密封胶设备公司(Nordson sealant equipment)汽车和密封剂设备部门的产品线经理蒂姆·坎贝尔(Tim Campbell)说。应用范围包括粘接环氧树脂和硅酮，以形成结构刚性或保持组件到位;密封，防止灰尘、湿气和湿气泄漏;并分配热材料来吸收电池的热量。”
“热情条件对锂离子电池的使用寿命，充电能力和操作安全性具有巨大影响，”Scheugenpflug Inc.的Lead Lab Engine erive“加入Brandon Zinn，”Scheugenpflug Inc.“非常高的温度可能导致严重或无法弥补的损坏。
津恩解释说:“为了防止这种情况发生，使用了大量的导热浆料。”“然而，由于它们的高粘度和研磨填料的高比例，这些材料的应用往往会带来挑战，比如相对较低的分配速度。”
对电池制造的兴趣也令人兴奋的是对自动化泄漏测试设备的需求。
“在电池单元，模块和包装生产过程中使用氦泄漏检测，”Inficon的帕克说。“机器人嗅探通常用于追踪电气连接，盖子和焊缝。在过去，这个过程通常是手动完成的。如今，自动化广泛用于电池行业。“
