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锂电池生产制作流程及详解分析

发布日期:2019-09-25 09:56   来源:未知   阅读:

  锂电池知识及生产流程 一、锂电池基本知识 锂离子电池的特点 ? 运用于汽车领域正成为一项核心技术 ? 优点:重量轻、储能大、功率大、无污染、也无 二次污染、寿命长、自放电系数小、温度适应范 围宽泛,是电动自行车、电动摩托车、电动小轿 车、电动大货车等较为理想的车用动力。 ? 缺点是价格较贵、安全性较差。不过现在已有技 术开发锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸钒锂等新型材料 ,大大提高了锂离子电池的安全性,而且降低了 成本。 资料来源:陈清泉、孙立清,电动汽车的现状及发展趋势,科技导报,2005年4月,第23卷第4期 各类蓄电池对比 铅酸 镍镉 镍氢 传统 液态 铅酸 更好的可循 环性、电压 输出、价格 更好的可循 环型、电压 输出、价格 (纵向对比横向) 锂离子 聚合物 镍镉 镍氢 质量能量密度、体 质量能量密度、 质量能量密度、体积 质量能量密度、体积 积能量密度、工作 体积能量密度、 能量密度、电压输出、 能量密度、结构特点、 温度范围、自放电 自放电率 自放电率 自放电率 率、可靠性 质量能量密度、体积 质量能量密度、体积 质量能量密度、 能量密度、电压输出、 能量密度、结构特点、 体积能量密度 自放电率 自放电率 质量能量密度、体积 工作温度范围、更 质量能量密度、体积 能量密度、工作温度 好的可循环性、自 能量密度、结构特点、 范围、自放电率、电 放电率、可靠性 自放电率 压输出 传 更好的可循 工作温度范围、更 价格、安全、 质量能量密度、体积 统 环性、安全、 好的可循环性、九龙论坛,价 自放电率、重 能量密度、结构特点、 锂 液 价格 格、安全 复循环 安全、价格 离 态 子 聚 工作温度范围、更 体积能量密度、 更好的可循 工作温度范围、更好 合 好的可循环性、价 更好的可循环 环性 的可循环性 物 格 性、价格 质量能量密度、体积 质量能量密度、体积 绝对优 更好的可循 工作温度范围、价 体积能量密度 能量密度、自放电率、 能量密度、自放电率、 势 环性、价格 格 结构特点 电压输出、结构特点 锂离子电池分类 锂离子电池 液态锂离子电池 (LIB) 聚合物锂离子电池 (LIP) 固体聚合物电解质 电解质为聚合物与盐的 混合物,这种电池在常 温下的离子电导率低, 适于高温使用。 凝胶聚合物电解质 在固体聚合物电解质中 加入增塑剂等添加剂, 从而提高离子电导率, 使电池可在常温下使用。 聚合物正极材料 采用导电聚合物作为正极 材料,其比能量是现有锂 离子电池的3倍,是最新 一代的锂离子电池。 聚合物锂电vs.液态锂电 聚合物——下一代锂离子电池 ? 优势1:用固体电解质代替了液体电解质 – 具有可薄形化、任意面积化与任意形状化等优点; – 不会产生漏液与燃烧爆炸等安全上的问题,由此用铝塑复合薄膜制造电池外壳, 从而提高整个电池的比容量。 ? 优势2:可采用高分子正极材料 – 其质量比能量将会比目前的液态锂离子电池提高50%以上。 ? 优势3:在工作电压、充放电循环寿命等方面都比锂离子电池有所提 高。 ? 劣势:工作温度、循环性能上需要突破 锂离子电池产业链分析 最上游 上游 中游 下游 矿资源: 钴、镍、锰、 磷、铁、锂 及各种化合 物 电芯原材料: 正负极材料、 电解液、隔膜 等。 电池制造商: 电芯制造; PACK组装。 锂电池应用 领域: 矿灯、电动 车、电子消 费品等 最上游:矿资源 ? 最上游是矿资源,包括钴、镍、锰、磷、铁、锂及各种化 合物。目前,钴和锂用量最大。 ? 国内钴生产领头企业有金川、华友、嘉利柯和优美科四家 ,年产量都在1500吨以上,国内金属钴储量极少,目前约 80%的金属钴靠进口。 ? 锂资源在中国储量相对丰富,仅次于智利、阿根廷。国内 资源目前主要被中信国安、西藏矿业掌控,并同时生产工 业级碳酸锂。而电池级碳酸锂则由天齐锂业、尼科国润供 应,其中天齐锂业技术最成熟,是行业标准制定者,约占 国内60%的市场份额,并且有部分出口。 上游:电芯原材料 ? 是锂电产业中最核心的环节。 ? 电芯原材料包括:正极材料、负极材料、隔膜、电解液、香港白小姐管家婆彩图, 导电剂、粘结剂、导电剂、极耳、铝塑复合膜等。 ? 电池成本分布如下: 电解液, 12% 隔膜, 30% 负极材料及其他, 28% 正极材料, 30% 中游:电芯制造和PACK组装 ? 劳动密集型的产业,国内外涉足企业众多。 ? 产业主要分布在日本、韩国、中国和台湾。 ? 大厂竞争优势明显,例如:索尼、三洋、三星、LG化学、 比亚迪、比克、力神、ATL能源这样的锂电巨头。 ? 近两三年来发展迅猛。 下游:电池应用领域 ? 锂电池的应用领域极广,涉及低端、中端、高端三块市场 ,可以应用于电动工具、UPS电源、矿灯、玩具、电动自 行车、电动汽车等领域,这些都是关系民生的消费量,此 外在军事和航天领域也是一种最佳的动力电池。 ? 由于台湾厂商在全球NB及手机等市场的极大影响力,带动 了国内锂电池产业发展。目前,我国锂电产业以NB及手 机为主要应用,并逐步扩张至高功率的电动手工具、电动 车等市场。 ? 全球关注焦点——新能源电动/混合动力汽车 电芯原材料之正极材料篇 ? 市场容量最大、附加值较高的是正极材料,大约占锂电池成本30%,毛利率 低则15%,高则70%以上,取决于材料。 目前已批量应用于锂电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、钴镍 锰酸锂以及磷酸铁锂。 ? ? 镍酸锂电池安全性最差(过充易起火),高温耐受度最低(高温分解),合 成难度最高。不在下表中进行对比。 钴酸锂最早实现商业化应用,技术发展至今已经很成熟,并已广泛应用在小 型低功率的便携式电子产品上,如手机、笔记本电脑和数码电子产品等。 磷酸铁锂材料是当前用量最少的一种正极材料,据统计,2008年全球供应量 1500吨左右,其中最大供应商A123供应750吨,国内厂商供应量500吨左右。 ? ? 常见正极材料性能比较 (按目前工艺) 正极材料 材料结构 振实密度 (g/cm3) 比表面积(m2/g) 克容量 (mAh/g) 钴酸锂* 镍钴锰三元材料 锰酸锂 磷酸铁锂* 电压平台(V) 循环次数 过渡金属 原料成本 (USD/g) 环保 安全性能 合成困难度 温度耐受性 适用领域 缺点 层状氧化物 2.8-3.0 0.4-0.6 135-145 3.6 =300 贫乏 很高 (26-50) 含钴 差,稳定性低 容易 尚可,-20~55℃ 以外会衰退 小电池 1. 材料成本高 2. 安全性低 层状氧化物 2.0-2.3 0.2-0.4 155-190 3.5-3.6 =800 贫乏 高(22-40) 含镍、钴 较好 难 尚可,-20~55℃ 以外会衰退 小电池/小型动力 电池 安全性待加强 尖晶石 2.2-2.5 0.4-0.8 100-120 3.7-3.9 =500 丰富 低廉 (15-28) 无毒 良好 难 差,高于50℃迅 速衰退 动力电池 1. 高温自放电 2. 循环寿命短 橄榄石 1.0-1.4 12-20 130-150 3.2-3.3 =2000 非常丰富 低廉(15-28) 无毒 优秀 中等 极佳(-40~70℃ 仍正常使用) 动力电池/超大容 量电池 1. 导电度差 2. 体积大 正极材料2009年市场预测 资料来源:IIT LIB-related Study Program 08-09 (March 2009) 注:LCO=钴酸锂,NMC= 锂钴镍锰三元材料,LNO=镍酸锂,LMO=锰酸锂,LFP=磷酸铁锂 图1:锂离子电池正极材料平均价格变动趋势 如图1 所示,几乎没有一家公司选用LCO 作为汽车锂离子电池正极材料。在当 前市场中(主要集中于便携设备),即使锂金属及相关物质价格在下降,但是 钴使用量下降的趋势不会停止。预计LCO 在09 年的所占的市场份额将从08 年 的69%下降到50%。 锂电供应商使用正极材料的比例 图2:各家锂电池供应商使用正极材料的比例 资料来源:IIT LIB-related Study Program 08-09 (March 2009) 注:LCO=钴酸锂,NMC= 锂钴镍锰三元材料,LNO=镍酸锂,LMO=锰酸锂,LFP=磷酸铁锂 正极材料供应商市场占有率 ? 图3显示了正极材料供应商整体的市场占有情况。09年预测正极材料总需求量 为30845吨,同比下降16%。 最大的两家供应商Nichia 和Umicore仍然销售大量的LCO,但他们向Sanyo和SDI 销售的NMC的量均有增长。第三大供应商韩国的L&F正用LGC研制的NMC配方 技术提高其产量。排名第四的田株式会社则采用LNO作为主要产品。 图3:09年各家锂电池正极材料供应商市场份额预测 ? 资料来源:IIT LIB-related Study Program 08-09 (March 2009) 注:LCO=钴酸锂,NMC= 锂钴镍锰三元材料,LNO=镍酸锂,LMO=锰酸锂,LFP=磷酸铁锂 电芯原材料之负极材料篇 ? 负极材料占锂电成本比例较低,在国内已经实现产业化,行业前三甲 企业是深圳贝特瑞、上海杉杉、长沙海容,基本满足国内市场需求。 碳负极材料: ? 被目前商品锂离子电池广泛采用 ? 优点:安全、循环寿命较长,价格低廉、无毒 ? 缺点:质量比能量比较低 负极材料 未来发展趋势 以提高容量和循环 稳定性为目标,将 碳材料与各种高容 量非碳负极材料复 合以开发高容量、 非碳复合负极材料。 非碳负极材料: ? 按组成分类:锂过渡金属氮化物、过渡金属氧化物和纳米 合金材料。 ? 优点:有很高的体积能量密度。 ? 缺点:循环稳定性差,不可逆容量较大,制备成本较高, 尚未产业化。 负极材料的类别及特点、制造工艺,详见《锂离子电池负极材料详解》 负极材料目前产业化现状 在锂离子电池负极材料中,石墨类碳负极材料以其来源广泛,价格便宜,一直是负极材料 的主要类型。我国拥有丰富的天然石墨矿产资源。除石墨化中间相碳微球(MCMB)、 低端人造石墨占据小部分市场份额外,改性天然石墨正在取得越来越多的市场占有率 。 据来自全球电池强国日本的权威信息表明:深圳市贝特瑞电子材料有限公司研发生产的锂 电池负极材料目前处于国内第一,世界第四的地位。 公司研制、生产的高端负极材料产品,首次放电容量达360mAh/g以上,首次效率大于95% ,压实比达1.7g/cm3,循环寿命500次容量保持在88%以上。产品出口至日本、韩国、 美国、加拿大、丹麦、印度等国家,并在国内40余家锂电厂家应用。该公司年产1800 吨天然复合石墨、1200吨人造石墨负极材料、3000吨球形石墨、5000吨天然微粉石墨 和600吨锰酸锂正极材料,并正在不断扩大生产规模。 电芯原材料之隔膜篇 ? ? ? ? ? ? ? ? 认识锂电池隔膜 锂电池隔膜材料类别 国内外锂电池生产企业介绍 国内隔膜产业发展现状 国内隔膜市场容量分析 锂电池隔膜发展趋势 隔膜产业投资分析 锂电隔膜评级指标 ? 详见 《锂离子电池隔膜及市场详解》 电芯原材料之电解液篇 ? ? 电解液占锂电池成本的12%左右,毛利率接近40%。目前国内已基本实现国产化,只有 少部分使用进口电解液。 根据2007年全球产业调查报告,锂电电解液市场主要集中于日本宇部(UBE)和韩国 ECOPRO公司,共占全球市场份额的50%。国内主要生产企业有国泰荣华、珠海赛纬电 子、天津金牛、东莞杉杉等10余家。其中,张家港国泰荣华占8%,中国其他企业5%。 左图: 全球锂离子电池 电解液主要生产 企业市场占有率 ? 电解液主要原材料为六氟磷酸锂(LiPF6),占成本的50%左右,其生产成本为10万元/ 吨,售价40万元/吨,毛利率高达75%。六氟磷酸锂的原材料硅石/碳酸锂都可以在国内 采购到,但是国内尚未有企业能够生产六氟磷酸锂。目前市场被日本几家企业垄断。 电解液:未来工艺和市场发展趋势 ? 目前全球锂电电解液市场供求基本平衡,主要是靠锂电池市场,未来 则看电动车行业发展。 – 初步估算,一辆混合动力车需要电解液40公斤,而全球电动车辆2010年预计260万 辆,其中锂电份额占10%,大约需要1.04万吨电解液,至2015年,电动车辆数量将 达到900万辆,锂电份额占60%,届时消耗的电解液将达到2.4万吨。因此,电解液 3-5年后依然是一个朝阳产业。 ? 锂离子电池电解液材料未来——高安全性、高环境适应性;主要发展 将集中在: – 新型溶剂(工作温度范围拓宽)、 – 离子液体、新型锂盐(提高环境适应性)、 – 添加剂(阻燃、氧化还原穿梭、保护正负极成膜等)等方面, 与新型正、负极材料相匹配,提高安全性、功率和容量,最终安全方 便地应用于电动车、储能、航天以及更广泛的领域。 电芯原材料之其他材料篇 ? ? ? 在锂离子电池成本占比方面,粘结剂、导电剂、极耳、铝塑复合膜较低。 粘结剂、导电剂、铝塑复合膜毛利较高,产品主要依赖进口。 粘结剂由阿科玛(法)、苏威(比)、三井化学(日)、吴羽化学(日)供 应。 导电剂由瑞士特密高供应。 ? ? 铝塑复合膜由大日本印刷、日本昭合供应;上述企业在国内均有代理商。 特别篇:磷酸铁锂电池 磷酸铁锂电池定义 ? 磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。 磷酸铁锂正极材料 ? 磷酸铁锂作为锂离子电池用正极材料具有良好的电化学性能,充放电平台十分平稳, 充放电过程中结构稳定。同时,该材料无毒、无污染、安全性能好、可在高温环境下 使用、原材料来源广泛等优点,是目前电池界竞相开发研究的热点。该材料具有发上 图所示的晶体结构。工作电压范围:2.5~3.6V,平台约3.3V,比钴酸锂电池3.7V低一些 。由于该材料导电性差,需往磷酸铁锂颗粒内部掺入导电碳材料或导电金属微粒,或 者往磷酸铁锂颗粒表面包覆导电碳材料,提高材料的电子电导率;或掺杂金属离子来 提高导电性。这样材料的密度低,做成电池的体积比容量低,只有180Wh/L(钴酸锂可 做到400Wh/L以上),在小电池领域,同样尺寸电池只有现有电池容量的一半不到。 磷酸铁锂材料本身的优缺点 磷酸铁锂的优点: 1、安全。磷酸铁锂的安全性能是目前所有的材料中最好的。绝不用担心爆炸。 2、稳定性高。包括高温充电的容量稳定性,储存性能等。这是最大的优点。 3、环保。整个生产过程清洁无毒。所有原料都无毒。不像钴是有毒的物质。 4、价格便宜。 磷酸铁锂的缺点: 1、导电性差,目前可通过添加C或其它导电剂得到解决。即:LiFePO4/C正极 。 2、振实密度较低。一般只能达到1.3-1.5,电池极片的面密度低,所以同样型号 的电池容量更低。从消费便携电子产品上看,磷酸铁锂没有前途,在特定的 电池领域使用较有优势,如动力电池。 3、制造成本偏高,在电池生产上加工困难、倍率放电不稳定(需要特定的电池工 艺配合,受工艺影响很大)。 4、技术还未成熟。由于振实密度低,比表面积大,需要改变电池先行工艺。而 且电解液也需重新开发适用的电解液体系,用现有的成熟电解液难发挥其性 能。没有批量配套的保护线路和充电器,较难在现有的电子设备上发挥出其 特性,需要一个整体的行业整合。 磷酸铁锂电池产业:优势分析 1、 磷酸铁锂产业符合政府产业政策的导向,各国都把储能电池和动力电池的发展放在国 家战略层面高度,配套资金和政策支持的力度很大,中国在这方面有过之而不及,过 去关注镍氢电池,现在则把目光更多的集中到磷酸铁锂电池上。 2、 LFP代表了电池未来发展的方向,随着技术成熟,甚至可能成为最廉价的动力电池。 3、 磷酸铁锂产业的市场蛋糕大的超乎想象,正极材料最近三年的市场容量有上百亿,三 年后每年的市场容量将超过100亿元,并呈现不断增长的趋势,而电池更是有超过5000 千亿美元的市场容量。 4、 根据电池产业发展的规律,材料和电池行业基本呈现稳定增长的趋势,抗周期性好、 受国家宏观调控的影响小。而磷酸铁锂作为新型的材料和电池,随着市场扩大和渗透 率提高,产业增长速度明显快于电池行业整体发展速度。 5、 磷酸铁锂电池应用领域广泛。 6、 磷酸铁锂产业利润率非常之高。而且由于未来强大市场的支撑,行业在长时间内可保 证此高利润率。 7、 磷酸铁锂行业在材料方面技术壁垒很高,可以避免过分竞争。 8、 磷酸铁锂产业不会过分依赖国外市场,原料和设备也不会受制于国外企业,国内整个 产业链相对是比较成熟的,只不过国内企业在对设备、工艺的理解和控制上略逊于国 际领先企业。 磷酸铁锂电池产业:劣势分析 1、磷酸铁锂产业还处于初级阶段,最大的风险在于技术,而技术的瓶颈不是局限在某一点 ,而是涉及到整个产业链。目前看来,材料技术、电池组技术和电池控制系统这三项 关键技术都没有得到完美的解决。在这三个领域里面,国内都有企业涉足,但是还没 有一家真正意义上成功的企业。因此,短期内磷酸铁锂很难有大的作为,特别是在混 合动力或纯电动汽车应用方面。 2、磷酸铁锂第二个制约的瓶颈是成本问题。虽然磷酸铁锂电池有部分已渗透到电动工具、 电动玩具、矿灯、UPS电源、电动自行车或其他代步车等市场,但是在推广过程中难度 依然很大,主要原因是在价格上没有竞争优势,镍氢、镍镉、铅酸电池仍然占据市场 的主导。对于很多企业瞄准的新能源汽车市场受制于技术和使用环境,要打开局面还 需要等待很长时间。因此,“磷酸铁锂现在没有市场”也是不争的事实。 3、第三个比较突出的问题是磷酸铁锂行业现在处于无序的状态,产业分工不明确,上下游 衔接不畅。导致材料商生产的材料得不到很好的利用,结果只能自己去做电芯;电芯 厂买不到合适材料,结果自己去搞材料。很多企业刚开始的时候定位很明确,只做一 个环节,到后来把产业链拉得很长,结果人才、资本和管理跟不上导致项目失败。 4、磷酸铁锂行业人才分散,形成不了一种互补机制。磷酸铁锂是一项高科技的产业,项目 成败不是靠个人,而是靠一个团队。但国内大部分磷酸铁锂企业都是靠1-2技术人员在 支撑,没有团队的概念。这个行业目前技术人员心态浮躁的居多,只要是有点能耐的 ,都不甘当配角,而是喜欢自立门户。优秀的人才集结不起来,是这个行业很致命的 问题。 锂离子电池产业化现状和未来 发展: ? 1992年,锂离子电池由索尼公司产业化,全球锂电市场基本由日本独霸天下。 ? 2000年以前,日本锂离子电池产量约占世界总产量的95%以上。 ? 2003年,中国电池总产量已达262亿只,约占全球电池总产量的一半以上,中国已是名 副其实的电池制造大国,目前的电池产量和出口量都位居世界第一。 ? 动力电池方面,由于钴酸锂的安全问题和高昂的价格,导致锂电始终没有完全进入动 力电池领域。现在的情况是钴酸锂和锰酸锂小批量配合使用,但是由于其固有的缺陷 ,阻碍了大批量的商业化运作,产品只是在小批量试生产阶段。 除成本问题之外,锂电仍有电池寿命机理(高功率电池老化特征、老化电池诊断、老 化电池电化学模型、电池寿命预测方法开发)、电池的低温性能表现(低温性能特点 、低温电解质模型、低温性能模拟)、容许偏差、过热偏差、过负载偏差、检查诊断 与降低电池成本(材料筛选与开发、低成本制造)等。而长期探索研究主要集中在系 统与材料两方面。 ? 未来趋势 ? 磷酸基正极材料依其超长的循环寿命,极好的安全性能,较好的高温性能,极其低廉 的价格,而且低温性能和倍率放电已经可以达到钴酸锂的水平等,使其成为最有希望 的动力电池材料,其在未来的5年内可能会成镍镉电池的主要替代品,在未来的10年内 会成为铅酸电池的有力竞争者,在未来的20年内可能会取代铅酸电池,成为主要的启 动电源、UPS电源和后备电源,成为二次电池的老大。 一方面,各企业所公布的大部分纯电动汽车蓄电池实验室测试数据,如加速性能、充 电时间、持续里程数等,还须在复杂的外部环境实际运行下,进一步验证其可靠性, 以及生产批量化质量控制。另一方面,在我国锂离子电池生产中,锂离子电池所需隔 膜材料未能有实质性的突破,全部依靠进口,价格昂贵,占到动力电池成本的30%以上 。如果在这一材料上实现规模化生产技术,即可大幅度降低成本。 对于缺少自主的、核心的汽车零部件技术的中国来说,混合动力/电动汽车用电池和电 机系统,是中国相关企业成为全球领先供应商的重要机会。在这方面,中国企业和国 外的差距没有现在的零部件核心技术那么大,并且拥有成本优势,以及在电动自行车 用电池(尤其是锂电池)方面积累的经验。 ? ? 产业政策解读直接相关篇 早期: ? 国家科技部“九五”计划:“先进电池及其材料产业”被列入重大科技专项。 ? “十五”期间,“863”计划第二批发布的项目指南中,明确了高能比、大容量、长寿 命锂离子电池材料的研究重点。 ? 可惜这两条政策颁布的时间较早,但只停留指导层面,没有实质性的措施。 后续: ? 国家863 计划投资20 亿资助“电动车”重大专项,科技部“973”计划启动了“绿色二 次电池新体系”课题,并投资3000 万资助LiFePO4 材料,作为对电动车项目的基础研究 的补充;“十一五”高技术产业发展规划将磷酸铁锂材料列入重点支持的领域。 ? 这里明确了锂电重点支持的对象和资助的金额,但扶持的力度是有限的。 近期: ? 国家安监总局明文规定:自2006 年4 月1 日起,所有煤矿必须全部换用新型矿灯,由于 磷酸铁锂电池安全性能异常优异,是目前矿灯电池的首选。 ? 2006 年9 月14 日,国家财政部等五部委联合印发了《关于调整部分商品出口退税率和 增补加工贸易禁止类商品目录的通知》。根据《通知》规定,铅酸蓄电池、氧化汞电 池的出口退税政策被取消,而将锂电池出口退税13%上调至17%。 ? 这对锂电行业的发展是实质性的利好。 产业政策解读间接影响篇 ? 2008 年1 月24 日,财政部、科技部发出了《关于开展节能与新能源汽车示范推广试点 工作的通知》,决定在北京、上海、重庆、武汉、深圳等13 个城市以财政政策鼓励在 公交、出租、公务和环卫等公共服务领域率先推出新能源汽车,对推广与使用单位购 买节能新能源汽车给予补助。 2009 年2 月5 日,财政部确认了中央财政对购置新能源汽车给予补贴的对象和标准,其 中购车补贴标准最高的为最大点功率比50%以上的燃料电池公交车,每辆车可获得60 万元的推广补助。这一补贴政策适用于镍氢、锂离子电池和燃料电池汽车,补贴的力 度根据节油量而定,并没有对那类新能源车有特别倾斜。 国家电网公司目前制订了“十一五”期间详细的车辆替换和运行计划,以及电动电力 工程车辆替换的优化设计方案,并已经在北京、上海、天津、山东、浙江、湖北、湖 南等省(市)试点区域开始付诸实施。 2009 年3 月20 日公布的《汽车产业振兴规划》指出,到2011 年形成10 亿安时车用高性 能电池的生产能力,形成50 万辆纯电动、充电式混合动力和普通型混合动力等新能源 汽车产能,新能源汽车销量占乘用车销售总量的5%左右。 《规划》针对性地提出推广使用节能和新能源汽车的5 项政策措施,一是启动国家新能 源节能和示范型汽车工程。二是县级以上人民政府制定规划,优先在城市公交、出租 、公务、环卫、机场等领域推广使用新能源汽车。三是建立电动汽车快速充电网络, 加速停车场等公共场所公用充电设施的建设。四是在政府采购中对自主创新的新能源 汽车实施政府优先采购。五是增加110 亿元专项资金,重点支持新能源汽车和零配件发 展。 ? ? ? ? 行业政策现状和预测 ? 目前中国针对锂电行业的政策措施还没有完全明确到位,主要原因有几点: ? 一是国家制定政策先从大处着眼,比如针对风电、太阳能、新能源汽车都做了明确的 产业规划并颁布了相应的政策措施,锂电作为与新能源配套的产业,在现阶段各项政 策措施不能马上到位情有可缘,好在目前在各方的呼吁下已被提上议程;此外,中国 对锂电是否代表储能和动力电池的未来终极方向还是存有异议,目前国家也是鼓励多 种技术并存,对燃料电池、镍氢电池、超级电容等都是鼓励发展,没有对哪项技术有 特别青睐。 近年来,新能源领域呈现一股投资热潮,风电、太阳能已经开始大量应用,新能源汽 车也逐步走上市场,这在很大程度上得益于国家产业政策的刺激。但产业政策不可能 一成不变,就以风电为例,国家过去更多的是扶持整机厂商,目前则转向扶持关键的 零部件厂商。对于新能源汽车也是同样如此,现在整车制造和充电站建设显得非常迫 切,相关的企业受益会多一些,等到市场趋于成熟后,相应的补贴政策可能被取消, 而掌握核心技术的企业必然受到推崇,其中动力锂电池企业首当其冲,其次是电机、 电池管理系统(BMS)、DC 转换器等相关企业。 ? 锂电产业行业标准 ? 当前动力锂电池产业已经正在从关键技术和产品研究阶段向产业化建设、规模化推广 应用和市场体系建设的历史新阶段快速推进,节能与新能源汽车等科研项目在推动动 力锂电池关键技术和产品研究阶段起到了关键性的作用。 动力锂电池电源系统相关七项行业标准,被正式列入国家发改委2008 年~2009 年标准 制定计划,中国电子商会电源专业委员会、北京电源行业协会作为行业利益的代表承 担标准工作,联合相关企业、科研院所和大专院校,争取在两年左右基本完成我国动 力锂电池系统的基础标准化体系、公共服务体系、公共技术支撑体系和规范的市场体 系。 动力锂电池电源系统相关行业标准主要有《动力锂电池总成通用要求》、《锰酸锂动 力锂电池模块通用要求》、《磷酸铁锂动力锂电池模块通用要求》、《动力锂电池总 成接口和通讯协议》、《动力电池充电设备通用要求》和《动力电池充电设备接口和 通讯协议》。 ? ? 二、锂电池生产流程 33 电池(battery) ? 电池是指通过正负极之间的电化反应将化 学能转化为电能的装置。 ? 充电时,将电能转化为化学能进行储存。 ? 放电时,将化学能转化为电能释放,作为 电源供用电器。 ? 活性物质:电池充放电时,能进行氧化或 还原反应而产生电能和储存化学能的电极 材料。 34 什么叫锂离子电池? Li-Ion battery ? ? 锂离子电池是指Li+ 嵌入化合物为正、负极的二次电池。 正极采用锂化合物LiXCoO2、LiXNiO2 、LiXMnO2 、LiFePO4和三元复合材 料。 ? 负极采用锂-碳层间化合物LiXC6。 在充放电过程中,Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌,被形象的称为 “摇椅电池”。 充电池时,Li+从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂状态。 放电时则相反。 35 圆柱型锂离子电池的制造工艺流程 正极配料 来料检验 负极配料 负极涂布 负极制片 正极涂布 正极制片 短路检验 隔 烘 膜 烤 卷 绕 入 壳 出 厂 外包装 分 容 化 成 封 口 注 液 滚 槽 出厂检验 密封性检验 湿度控制 36 锂离子电池结构 ? 正极 活性物质 导电剂、溶剂、粘合剂、基体 ? 负极 活性物质(石墨、MCMB、CMS) 粘合剂、溶剂、基体 ? 隔膜 ? 电解液 ? 外壳五金件(钢壳、铝壳、盖板、极耳、绝缘片、绝缘胶带) 37 圆柱形锂离子电池结构图 正极极耳 密封圈 隔膜 限流开关 上绝缘板 负极极耳 下绝缘垫 38 锂离子电池结构——正极 电池放电时从外电路获得电子的电极,此时电极发生还原反应。通常是 电位高的电极。锂离子电池中的钴酸锂、锰酸锂电极等。 正极集流体:铝带(约0.1mm厚) 高温胶带(约0.05mm厚) 正极基体:铝箔(约0.016mm厚) 正极物质:LiFePO4+碳黑+PVDF 39 锂离子电池结构——负极 电池放电时向外电路输送电子的电极,此时电极发生氧化反应。通常是 电位低的电极,锂离子电池中石墨电极。 负极集流体:镍带(约0.07mm厚) 负极基体:铜箔(约0.010mm厚) 负极物质:石墨+CMC+SBR 40 锂离子电池结构——隔膜 隔膜﹝separation film﹞——是放置于两极之间,作为隔离 电极的装置,藉以避免两极上的活性物质直接接触而 造成电池内部的短路。但隔膜仍需能让带电离子通过, 以形成通路。 隔膜要求: ①离子透过度大 ②机械性强度适当 ③本身为绝缘体 ④不与电解液及电极发生反应 ? ? 材质:单层PE(聚乙烯)或者 三层复合PP(聚丙烯) +PE+PP 厚度:单层一般为0.016~0.020mm 三层一般为0.020~0.025mm 41 锂离子电池生产用的主要设备 1. 真空行星搅拌机 用途:将各种电池材 料均匀的搅拌成浆状。 42 2. 电极涂布机: ? 用途:搅拌后的浆料均匀涂膜在金属箔片 上。对浆料的涂布厚度精确到3微米以下 。 43 ? 3. 辊压机:涂布后的极片进一步压实, 提高电池的能量密度。 44 4. 极片分切设备 45 5. 全自动超声焊接导电柄设备 46 ? 6. 卷绕机:将制造好的极片卷绕成电池 47 全自动卷绕机 48 7. 手套箱:保证在低湿度环境下将 电解液与卷芯封装在一起 49 8. 注液机:保证高精度的流水化将电解液真 空注入电池包装材料内 自动转盘真空注液机 日本方形全自动注液机 50 锂离子电池结构——电解液 ? 性质: ? 应用: 主要用于可充电锂离子电池的电解液,只能 在干燥环境下使用操作(如环境水分小于20ppm 的手套箱内)。 无色透明液体,具有较强吸湿性。 ? 规格: ? 质量指标: 溶剂组成 DMC:EMC:EC =1:1:1 (重量比) LiPF6浓度 1mol/l 密度(25℃)g/cm3 水分(卡尔费休法) 游离酸(以HF计) 电导率(25℃) 1.23±0.03 ≤20ppm ≤50ppm 10.4±0.5 ms/cm 51 9. 焊接设备 ? 激光电池封焊机 ? 微电脑高频逆变点焊机 ? 超声波金属点焊机 52 10. 滚槽、封装设备: 53 ? 11. 化成测试设备:将做好的电池充电活化, 产生电压,同时测试电池的容量。 54 12. 真空干燥箱: ? 全自动真空烤箱 ? 高温烤箱 55 锂离子电池的命名 ? 锂离子二次电池的命名也分圆柱形和方形、扣式几种: ? 圆柱形的命名用三个字母和5位数字来 表示,前两个字母表示锂离子电池 (LI),后一个字母表示圆柱形(R),前 两位数字表示以mm为单位的最大直 径,后三位数字表示以0.lmm为单位的 最大高度,如LIR18500即表示直径为 18mm,高50mm的圆柱形锂离子电 池。 高度 50mm ? 18mm LIR18500 56 方形的命名 ? 用三个字母和6位数字来表 示,前两个字母表示锂离 子电池(LI),后一个字母表 示方形(S),前两位数字表 示以mm为单位的最大厚 度,中间两位数字表示以 mm为单位的宽度,后两位 数字以mm为单位的最大高 度,如LIS043048即表示厚 度为4mm,宽30mm,高 48mm的方形锂离子电池。 高度48mm 宽度30mm 厚度4.0mm ? LIS043048 57 锂离子电池用保护线路板 ? 多节电池组保护板 ? 手机电池保护板 58