鋰電池知識及生產流程一、鋰電池基本知識

鋰離子電池的特點運用于汽車領域正成為一項核心技術優點：重量輕、儲能大、功率大、無污染、也無二次污染、壽命長、自放電系數小、溫度適應范圍寬泛，是電動自行車、電動摩托車、電動小轎車、電動大貨車等較為理想的車用動力。缺點是價格較貴、安全性較差。不過現在已有技術開發錳酸鋰、磷酸鐵鋰、磷酸釩鋰等新型材料，大大提高了鋰離子電池的安全性，而且降低了成本。鋰離子電池分類鋰離子電池聚合物鋰離子電池(LIP)電解質為聚合物與鹽的混合物，這種電池在常溫下的離子電導率低，適于高溫使用。在固體聚合物電解質中加入增塑劑等添加劑，從而提高離子電導率，使電池可在常溫下使用。采用導電聚合物作為正極材料，其比能量是現有鋰離子電池的3倍，是最新一代的鋰離子電池。固體聚合物電解質凝膠聚合物電解質聚合物正極材料液態鋰離子電池(LIB)聚合物鋰電vs.液態鋰電聚合物——下一代鋰離子電池優勢1：用固體電解質代替了液體電解質具有可薄形化、任意面積化與任意形狀化等優點；不會產生漏液與燃燒爆炸等安全上的問題，由此用鋁塑復合薄膜制造電池外殼，從而提高整個電池的比容量。優勢2：可采用高分子正極材料其質量比能量將會比目前的液態鋰離子電池提高50％以上。優勢3：在工作電壓、充放電循環壽命等方面都比鋰離子電池有所提高。劣勢：工作溫度、循環性能上需要突破鋰離子電池產業鏈分析電芯原材料：正負極材料、電解液、隔膜等。電池制造商：電芯制造；PACK組裝。鋰電池應用領域：礦燈、電動車、電子消費品等礦資源：鈷、鎳、錳、磷、鐵、鋰及各種化合物上游中游最上游下游上游：電芯原材料是鋰電產業中最核心的環節。電芯原材料包括：正極材料、負極材料、隔膜、電解液、導電劑、粘結劑、導電劑、極耳、鋁塑復合膜等。電池成本分布如下：中游：電芯制造和PACK組裝勞動密集型的產業，國內外涉足企業眾多。產業主要分布在日本、韓國、中國和臺灣。大廠競爭優勢明顯，例如：索尼、三洋、三星、LG化學、比亞迪、比克、力神、ATL能源這樣的鋰電巨頭。近兩三年來發展迅猛。下游：電池應用領域鋰電池的應用領域極廣，涉及低端、中端、高端三塊市場，可以應用于電動工具、UPS電源、礦燈、玩具、電動自行車、電動汽車等領域，這些都是關系民生的消費量，此外在軍事和航天領域也是一種最佳的動力電池。由于臺灣廠商在全球NB及手機等市場的極大影響力，帶動了國內鋰電池產業發展。目前，我國鋰電產業以NB及手機為主要應用，并逐步擴張至高功率的電動手工具、電動車等市場。全球關注焦點——新能源電動/混合動力汽車常見正極材料性能比較

（按目前工藝）正極材料鈷酸鋰*鎳鈷錳三元材料錳酸鋰磷酸鐵鋰*材料結構層狀氧化物層狀氧化物尖晶石橄欖石振實密度(g/cm3)2.8-3.02.0-2.32.2-2.51.0-1.4比表面積(m2/g）0.4-0.60.2-0.40.4-0.812-20克容量(mAh/g）135-145155-190100-120130-150電壓平臺(V)3.63.5-3.63.7-3.93.2-3.3循環次數>=300>=800>=500>=2000過渡金屬貧乏貧乏豐富非常豐富原料成本(USD/g)很高(26-50)高(22-40)低廉(15-28)低廉(15-28)環保含鈷含鎳、鈷無毒無毒安全性能差，穩定性低較好良好優秀合成困難度容易難難中等溫度耐受性尚可，-20~55℃以外會衰退尚可，-20~55℃以外會衰退差，高于50℃迅速衰退極佳（-40~70℃仍正常使用）適用領域小電池小電池/小型動力電池動力電池動力電池/超大容量電池缺點材料成本高安全性低安全性待加強高溫自放電循環壽命短導電度差體積大正極材料2009年市場預測資料來源：IITLIB-relatedStudyProgram08-09(March2009)注：LCO=鈷酸鋰，NMC=

鋰鈷鎳錳三元材料，LNO=鎳酸鋰，LMO=錳酸鋰，LFP=磷酸鐵鋰圖1：鋰離子電池正極材料平均價格變動趨勢

如圖1所示，幾乎沒有一家公司選用LCO作為汽車鋰離子電池正極材料。在當前市場中（主要集中于便攜設備），即使鋰金屬及相關物質價格在下降，但是鈷使用量下降的趨勢不會停止。預計LCO在09年的所占的市場份額將從08年的69%下降到50%。鋰電供應商使用正極材料的比例圖2：各家鋰電池供應商使用正極材料的比例資料來源：IITLIB-relatedStudyProgram08-09(March2009)注：LCO=鈷酸鋰，NMC=

鋰鈷鎳錳三元材料，LNO=鎳酸鋰，LMO=錳酸鋰，LFP=磷酸鐵鋰電芯原材料之負極材料篇負極材料占鋰電成本比例較低，在國內已經實現產業化，行業前三甲企業是深圳貝特瑞、上海杉杉、長沙海容，基本滿足國內市場需求。碳負極材料:被目前商品鋰離子電池廣泛采用優點：安全、循環壽命較長，價格低廉、無毒缺點：質量比能量比較低非碳負極材料:按組成分類：鋰過渡金屬氮化物、過渡金屬氧化物和納米合金材料。優點：有很高的體積能量密度。缺點：循環穩定性差，不可逆容量較大，制備成本較高，尚未產業化。負極材料未來發展趨勢以提高容量和循環穩定性為目標，將碳材料與各種高容量非碳負極材料復合以開發高容量、非碳復合負極材料。負極材料的類別及特點、制造工藝，詳見《鋰離子電池負極材料詳解》負極材料目前產業化現狀在鋰離子電池負極材料中，石墨類碳負極材料以其來源廣泛，價格便宜，一直是負極材料的主要類型。我國擁有豐富的天然石墨礦產資源。除石墨化中間相碳微球（MCMB）、低端人造石墨占據小部分市場份額外，改性天然石墨正在取得越來越多的市場占有率。據來自全球電池強國日本的權威信息表明：深圳市貝特瑞電子材料有限公司研發生產的鋰電池負極材料目前處于國內第一，世界第四的地位。公司研制、生產的高端負極材料產品，首次放電容量達360mAh/g以上，首次效率大于95%，壓實比達1.7g/cm3，循環壽命500次容量保持在88%以上。產品出口至日本、韓國、美國、加拿大、丹麥、印度等國家，并在國內40余家鋰電廠家應用。該公司年產1800噸天然復合石墨、1200噸人造石墨負極材料、3000噸球形石墨、5000噸天然微粉石墨和600噸錳酸鋰正極材料，并正在不斷擴大生產規模。電芯原材料之隔膜篇認識鋰電池隔膜鋰電池隔膜材料類別國內外鋰電池生產企業介紹國內隔膜產業發展現狀國內隔膜市場容量分析鋰電池隔膜發展趨勢隔膜產業投資分析鋰電隔膜評級指標詳見《鋰離子電池隔膜及市場詳解》電解液:未來工藝和市場發展趨勢目前全球鋰電電解液市場供求基本平衡，主要是靠鋰電池市場，未來則看電動車行業發展。初步估算，一輛混合動力車需要電解液40公斤，而全球電動車輛2010年預計260萬輛，其中鋰電份額占10%，大約需要1.04萬噸電解液，至2015年，電動車輛數量將達到900萬輛，鋰電份額占60%，屆時消耗的電解液將達到2.4萬噸。因此，電解液3-5年后依然是一個朝陽產業。鋰離子電池電解液材料未來——高安全性、高環境適應性；主要發展將集中在：新型溶劑（工作溫度范圍拓寬）、離子液體、新型鋰鹽（提高環境適應性）、添加劑（阻燃、氧化還原穿梭、保護正負極成膜等）等方面，與新型正、負極材料相匹配，提高安全性、功率和容量，最終安全方便地應用于電動車、儲能、航天以及更廣泛的領域。電芯原材料之其他材料篇在鋰離子電池成本占比方面，粘結劑、導電劑、極耳、鋁塑復合膜較低。粘結劑、導電劑、鋁塑復合膜毛利較高，產品主要依賴進口。粘結劑由阿科瑪（法）、蘇威（比）、三井化學（日）、吳羽化學（日）供應。導電劑由瑞士特密高供應。鋁塑復合膜由大日本印刷、日本昭合供應；上述企業在國內均有代理商。特別篇：磷酸鐵鋰電池磷酸鐵鋰電池定義磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。磷酸鐵鋰正極材料

磷酸鐵鋰作為鋰離子電池用正極材料具有良好的電化學性能，充放電平臺十分平穩，充放電過程中結構穩定。同時，該材料無毒、無污染、安全性能好、可在高溫環境下使用、原材料來源廣泛等優點，是目前電池界競相開發研究的熱點。該材料具有發上圖所示的晶體結構。工作電壓范圍：2.5～3.6V，平臺約3.3V，比鈷酸鋰電池3.7V低一些。由于該材料導電性差，需往磷酸鐵鋰顆粒內部摻入導電碳材料或導電金屬微粒，或者往磷酸鐵鋰顆粒表面包覆導電碳材料，提高材料的電子電導率；或摻雜金屬離子來提高導電性。這樣材料的密度低，做成電池的體積比容量低，只有180Wh/L（鈷酸鋰可做到400Wh/L以上），在小電池領域，同樣尺寸電池只有現有電池容量的一半不到。

磷酸鐵鋰電池產業：優勢分析1、磷酸鐵鋰產業符合政府產業政策的導向，各國都把儲能電池和動力電池的發展放在國家戰略層面高度，配套資金和政策支持的力度很大，中國在這方面有過之而不及，過去關注鎳氫電池，現在則把目光更多的集中到磷酸鐵鋰電池上。2、LFP代表了電池未來發展的方向，隨著技術成熟，甚至可能成為最廉價的動力電池。3、磷酸鐵鋰產業的市場蛋糕大的超乎想象，正極材料最近三年的市場容量有上百億，三年后每年的市場容量將超過100億元，并呈現不斷增長的趨勢，而電池更是有超過5000千億美元的市場容量。4、根據電池產業發展的規律，材料和電池行業基本呈現穩定增長的趨勢，抗周期性好、受國家宏觀調控的影響小。而磷酸鐵鋰作為新型的材料和電池，隨著市場擴大和滲透率提高，產業增長速度明顯快于電池行業整體發展速度。5、磷酸鐵鋰電池應用領域廣泛。6、磷酸鐵鋰產業利潤率非常之高。而且由于未來強大市場的支撐，行業在長時間內可保證此高利潤率。7、磷酸鐵鋰行業在材料方面技術壁壘很高，可以避免過分競爭。8、磷酸鐵鋰產業不會過分依賴國外市場，原料和設備也不會受制于國外企業，國內整個產業鏈相對是比較成熟的，只不過國內企業在對設備、工藝的理解和控制上略遜于國際領先企業。磷酸鐵鋰電池產業：劣勢分析1、磷酸鐵鋰產業還處于初級階段，最大的風險在于技術，而技術的瓶頸不是局限在某一點，而是涉及到整個產業鏈。目前看來，材料技術、電池組技術和電池控制系統這三項關鍵技術都沒有得到完美的解決。在這三個領域里面，國內都有企業涉足，但是還沒有一家真正意義上成功的企業。因此，短期內磷酸鐵鋰很難有大的作為，特別是在混合動力或純電動汽車應用方面。2、磷酸鐵鋰第二個制約的瓶頸是成本問題。雖然磷酸鐵鋰電池有部分已滲透到電動工具、電動玩具、礦燈、UPS電源、電動自行車或其他代步車等市場，但是在推廣過程中難度依然很大，主要原因是在價格上沒有競爭優勢，鎳氫、鎳鎘、鉛酸電池仍然占據市場的主導。對于很多企業瞄準的新能源汽車市場受制于技術和使用環境，要打開局面還需要等待很長時間。因此，“磷酸鐵鋰現在沒有市場”也是不爭的事實。3、第三個比較突出的問題是磷酸鐵鋰行業現在處于無序的狀態，產業分工不明確，上下游銜接不暢。導致材料商生產的材料得不到很好的利用，結果只能自己去做電芯；電芯廠買不到合適材料，結果自己去搞材料。很多企業剛開始的時候定位很明確，只做一個環節，到后來把產業鏈拉得很長，結果人才、資本和管理跟不上導致項目失敗。4、磷酸鐵鋰行業人才分散，形成不了一種互補機制。磷酸鐵鋰是一項高科技的產業，項目成敗不是靠個人，而是靠一個團隊。但國內大部分磷酸鐵鋰企業都是靠1-2技術人員在支撐，沒有團隊的概念。這個行業目前技術人員心態浮躁的居多，只要是有點能耐的，都不甘當配角，而是喜歡自立門戶。優秀的人才集結不起來，是這個行業很致命的問題。

產業政策解讀>直接相關篇早期：國家科技部“九五”計劃：“先進電池及其材料產業”被列入重大科技專項。“十五”期間，“863”計劃第二批發布的項目指南中，明確了高能比、大容量、長壽命鋰離子電池材料的研究重點。可惜這兩條政策頒布的時間較早，但只停留指導層面，沒有實質性的措施。后續：國家863計劃投資20億資助“電動車”重大專項，科技部“973”計劃啟動了“綠色二次電池新體系”課題，并投資3000萬資助LiFePO4材料，作為對電動車項目的基礎研究的補充；“十一五”高技術產業發展規劃將磷酸鐵鋰材料列入重點支持的領域。這里明確了鋰電重點支持的對象和資助的金額，但扶持的力度是有限的。近期：國家安監總局明文規定：自2006年4月1日起，所有煤礦必須全部換用新型礦燈，由于磷酸鐵鋰電池安全性能異常優異，是目前礦燈電池的首選。2006年9月14日，國家財政部等五部委聯合印發了《關于調整部分商品出口退稅率和增補加工貿易禁止類商品目錄的通知》。根據《通知》規定，鉛酸蓄電池、氧化汞電池的出口退稅政策被取消，而將鋰電池出口退稅13%上調至17%。這對鋰電行業的發展是實質性的利好。產業政策解讀>間接影響篇2008年1月24日，財政部、科技部發出了《關于開展節能與新能源汽車示范推廣試點工作的通知》，決定在北京、上海、重慶、武漢、深圳等13個城市以財政政策鼓勵在公交、出租、公務和環衛等公共服務領域率先推出新能源汽車，對推廣與使用單位購買節能新能源汽車給予補助。2009年2月5日，財政部確認了中央財政對購置新能源汽車給予補貼的對象和標準，其中購車補貼標準最高的為最大點功率比50%以上的燃料電池公交車，每輛車可獲得60萬元的推廣補助。這一補貼政策適用于鎳氫、鋰離子電池和燃料電池汽車，補貼的力度根據節油量而定，并沒有對那類新能源車有特別傾斜。國家電網公司目前制訂了“十一五”期間詳細的車輛替換和運行計劃，以及電動電力工程車輛替換的優化設計方案，并已經在北京、上海、天津、山東、浙江、湖北、湖南等省（市）試點區域開始付諸實施。2009年3月20日公布的《汽車產業振興規劃》指出，到2011年形成10億安時車用高性能電池的生產能力，形成50萬輛純電動、充電式混合動力和普通型混合動力等新能源汽車產能，新能源汽車銷量占乘用車銷售總量的5%左右。《規劃》針對性地提出推廣使用節能和新能源汽車的5項政策措施，一是啟動國家新能源節能和示范型汽車工程。二是縣級以上人民政府制定規劃，優先在城市公交、出租、公務、環衛、機場等領域推廣使用新能源汽車。三是建立電動汽車快速充電網絡，加速停車場等公共場所公用充電設施的建設。四是在政府采購中對自主創新的新能源汽車實施政府優先采購。五是增加110億元專項資金，重點支持新能源汽車和零配件發展。行業政策現狀和預測目前中國針對鋰電行業的政策措施還沒有完全明確到位，主要原因有幾點：一是國家制定政策先從大處著眼，比如針對風電、太陽能、新能源汽車都做了明確的產業規劃并頒布了相應的政策措施，鋰電作為與新能源配套的產業，在現階段各項政策措施不能馬上到位情有可緣，好在目前在各方的呼吁下已被提上議程；此外，中國對鋰電是否代表儲能和動力電池的未來終極方向還是存有異議，目前國家也是鼓勵多種技術并存，對燃料電池、鎳氫電池、超級電容等都是鼓勵發展，沒有對哪項技術有特別青睞。近年來，新能源領域呈現一股投資熱潮，風電、太陽能已經開始大量應用，新能源汽車也逐步走上市場，這在很大程度上得益于國家產業政策的刺激。但產業政策不可能一成不變，就以風電為例，國家過去更多的是扶持整機廠商，目前則轉向扶持關鍵的零部件廠商。對于新能源汽車也是同樣如此，現在整車制造和充電站建設顯得非常迫切，相關的企業受益會多一些，等到市場趨于成熟后，相應的補貼政策可能被取消，而掌握核心技術的企業必然受到推崇，其中動力鋰電池企業首當其沖，其次是電機、電池管理系統（BMS）、DC轉換器等相關企業。鋰電產業行業標準當前動力鋰電池產業已經正在從關鍵技術和產品研究階段向產業化建設、規模化推廣應用和市場體系建設的歷史新階段快速推進，節能與新能源汽車等科研項目在推動動力鋰電池關鍵技術和產品研究階段起到了關鍵性的作用。動力鋰電池電源系統相關七項行業標準，被正式列入國家發改委2008年～2009年標準制定計劃，中國電子商會電源專業委員會、北京電源行業協會作為行業利益的代表承擔標準工作，聯合相關企業、科研院所和大專院校，爭取在兩年左右基本完成我國動力鋰電池系統的基礎標準化體系、公共服務體系、公共技術支撐體系和規范的市場體系。動力鋰電池電源系統相關行業標準主要有《動力鋰電池總成通用要求》、《錳酸鋰動力鋰電池模塊通用要求》、《磷酸鐵鋰動力鋰電池模塊通用要求》、《動力鋰電池總成接口和通訊協議》、《動力電池充電設備通用要求》和《動力電池充電設備接口和通訊協議》。33二、鋰電池生產流程

34電池（battery）電池是指通過正負極之間的電化反應將化學能轉化為電能的裝置。充電時，將電能轉化為化學能進行儲存。放電時，將化學能轉化為電能釋放，作為電源供用電器。活性物質：電池充放電時，能進行氧化或還原反應而產生電能和儲存化學能的電極材料。35什么叫鋰離子電池？

Li-Ionbattery鋰離子電池是指Li+

嵌入化合物為正、負極的二次電池。正極采用鋰化合物LiXCoO2、LiXNiO2

、LiXMnO2

、LiFePO4和三元復合材料。負極采用鋰-碳層間化合物LiXC6。在充放電過程中，Li+

在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌，被形象的稱為“搖椅電池”。充電池時，Li+從正極脫嵌，經過電解質嵌入負極，負極處于富鋰狀態。放電時則相反。36圓柱型鋰離子電池的制造工藝流程正極配料來料檢驗負極配料正極涂布負極涂布正極制片負極制片隔膜卷繞入殼烘烤短路檢驗滾槽注液封口化成密封性檢驗分容外包裝出廠出廠檢驗濕度控制37鋰離子電池結構正極活性物質

導電劑、溶劑、粘合劑、基體負極活性物質（石墨、MCMB、CMS)

粘合劑、溶劑、基體隔膜電解液外殼五金件（鋼殼、鋁殼、蓋板、極耳、絕緣片、絕緣膠帶）38圓柱形鋰離子電池結構圖正極極耳負極極耳密封圈限流開關隔膜下絕緣墊上絕緣板39鋰離子電池結構——正極正極基體：鋁箔（約0.016mm厚)正極物質：LiFePO4+碳黑+PVDF正極集流體：鋁帶（約0.1mm厚）高溫膠帶（約0.05mm厚）電池放電時從外電路獲得電子的電極,此時電極發生還原反應。通常是電位高的電極。鋰離子電池中的鈷酸鋰、錳酸鋰電極等。40鋰離子電池結構——負極負極基體：銅箔（約0.010mm厚)負極物質：石墨+CMC+SBR負極集流體：鎳帶（約0.07mm厚）電池放電時向外電路輸送電子的電極，此時電極發生氧化反應。通常是電位低的電極，鋰離子電池中石墨電極。41鋰離子電池結構——隔膜材質：單層PE（聚乙烯）或者三層復合PP（聚丙烯）

+PE+PP厚度：單層一般為0.016～0.020mm

三層一般為0.020～0.025mm隔膜﹝separationfilm﹞——是放置于兩極之間，作為隔離電極的裝置，藉以避免兩極上的活性物質直接接觸而造成電池內部的短路。但隔膜仍需能讓帶電離子通過，以形成通路。隔膜要求：①離子透過度大②機械性強度適當③本身為絕緣體④不與電解液及電極發生反應42鋰離子電池生產用的主要設備1.真空行星攪拌機用途：將各種電池材料均勻的攪拌成漿狀。432.電極涂布機：用途:攪拌后的漿料均勻涂膜在金屬箔片上。對漿料的涂布厚度精確到3微米以下。443.輥壓機：涂布后的極片進一步壓實，提高電池的能量密度。454.極片分切設備465.全自動超聲焊接導電柄設備476.卷繞機：將制造好的極片卷繞成電池48全自動卷繞機497.