鋰離子電池的生產(chǎn)工藝及環(huán)節(jié)
來(lái)源：未知 ?? 2019-06-24??? 點(diǎn)擊量：次
鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為極板材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。由于鋰金屬的化學(xué)特性非?；顫?，使得鋰金屬的加工、保存較難。生產(chǎn)成本相對(duì)較高，所以，鋰電池長(zhǎng)期沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。直到近幾年隨著嵌鋰化合物和鋰電池隔膜技術(shù)的不斷成熟及商業(yè)規(guī)?；a(chǎn)，成本大大降低，因其重量輕，容量大，壽命長(zhǎng)，無(wú)污染等顯著優(yōu)點(diǎn)。鋰電池將逐漸替代鉛酸電池已經(jīng)成為電池主流產(chǎn)品。將用于電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車、電動(dòng)汽車、軍事裝備、航空航天以及日常所需的各種移動(dòng)電源，手機(jī)電源，各種應(yīng)急燈，手電筒，剃須刀，照相機(jī)，攝像機(jī)，光伏路燈電池等.等多個(gè)領(lǐng)域。
鋰電池的種類按電極材料可分為：錳酸鋰、鎳酸鋰、三元鋰、聚合物鋰、鈷酸鋰、磷酸鐵鋰。
鋰離子電池構(gòu)成主要有正極、負(fù)極、非水電解質(zhì)和隔膜四部分組成。目前市場(chǎng)上采用較多的鋰電池主要為磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池，二者正極原材料差異較大，生產(chǎn)工藝流程比較接近但工藝參數(shù)需變化巨大。若磷酸鐵鋰全面更換為三元材料，舊產(chǎn)線的整改效果不佳對(duì)于電池廠家而言需要對(duì)產(chǎn)線上的設(shè)備大面積進(jìn)行更換。
鋰電池制造工藝：前中后三道工序，占比接近35%/30%/35%
鋰電池的生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，主要生產(chǎn)工藝流程主要涵蓋電極制作的攪拌涂布階段（前段）、電芯合成的卷繞注液階段（中段），以及化成封裝的包裝檢測(cè)階段（后段），價(jià)值量（采購(gòu)金額）占比約為（35~40%）:（30~35）%:（30~35）%。差異主要來(lái)自于設(shè)備供應(yīng)商不同、進(jìn)口/國(guó)產(chǎn)比例差異等，工藝流程基本一致，價(jià)值量占比有偏差但總體符合該比例。
鋰電生產(chǎn)前段工序?qū)?yīng)的鋰電設(shè)備主要包括真空攪拌機(jī)、涂布機(jī)、輥壓機(jī)等；中段工序主要包括模切機(jī)、卷繞機(jī)、疊片機(jī)、注液機(jī)等；后段工序則包括化成機(jī)、分容檢測(cè)設(shè)備、過(guò)程倉(cāng)儲(chǔ)物流自動(dòng)化等。除此之外，電池組的生產(chǎn)還需要Pack 自動(dòng)化設(shè)備。
鋰電前段生產(chǎn)工藝：極片制造關(guān)系電池核心性能
鋰電池前端工藝的結(jié)果是將鋰電池正負(fù)極片制備完成，其第一道工序是攪拌，即將正、負(fù)極固態(tài)電池材料混合均勻后加入溶劑，通過(guò)真空攪拌機(jī)攪拌成漿狀。配料的攪拌是鋰電后續(xù)工藝的基礎(chǔ)，高質(zhì)量攪拌是后續(xù)涂布、輥壓工藝高質(zhì)量完成的基礎(chǔ)。
涂布和輥壓工藝之后是分切，即對(duì)涂布進(jìn)行分切工藝處理。如若分切過(guò)程中產(chǎn)生毛刺則后續(xù)裝配、注電解液等程序、甚至是電池使用過(guò)程中出現(xiàn)安全隱患。因此鋰電生產(chǎn)過(guò)程中的前端設(shè)備，如攪拌機(jī)、涂布機(jī)、輥壓機(jī)、分條機(jī)等是電池制造的核心機(jī)器，關(guān)乎整條生產(chǎn)線的質(zhì)量，因此前端設(shè)備的價(jià)值量（金額）占整條鋰電自動(dòng)化生產(chǎn)線的比例最高，約35%。
鋰電中段工藝流程：效率先行，卷繞走在疊片之前
鋰電池制造過(guò)程中，中段工藝主要是完成電池的成型，主要工藝流程包括制片、極片卷繞、模切、電芯卷繞成型和疊片成型等，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)設(shè)備廠商競(jìng)爭(zhēng)比較激烈的一個(gè)領(lǐng)域，占鋰電池生產(chǎn)線價(jià)值量約30%。
目前動(dòng)力鋰電池的電芯制造工藝主要有卷繞和疊片兩種，對(duì)應(yīng)的電池結(jié)構(gòu)形式主要為圓柱與方形、軟包三種，圓柱和方形電池主要采用卷繞工藝生產(chǎn)，軟包電池則主要采用疊片工藝。圓柱主要以18650和26650為代表（Tesla單獨(dú)開(kāi)發(fā)了21700電池、正在全行業(yè)推廣），方形與軟包的區(qū)別在于外殼分別采用硬鋁殼和鋁塑膜兩種，其中軟包主要以疊片工藝為主，鋁殼則以卷繞工藝為主。
軟包結(jié)構(gòu)形式主要面向中高端數(shù)碼市場(chǎng)，單位產(chǎn)品的利潤(rùn)率較高，在同等產(chǎn)能條件下，相對(duì)利潤(rùn)高于鋁殼電池。由于鋁殼電池易形成規(guī)模效應(yīng)，產(chǎn)品合格率及成本易于控制，目前二者在各自市場(chǎng)領(lǐng)域均有可觀的利潤(rùn)，在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，二者都很難被徹底取代。
由于卷繞工藝可以通過(guò)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)電芯的高速生產(chǎn)，而疊片技術(shù)所能提高的速度有限，因此目前國(guó)內(nèi)動(dòng)力鋰電池主要采用卷繞工藝為主，因此卷繞機(jī)的出貨量目前大于疊片機(jī)。
卷繞和疊片生產(chǎn)對(duì)應(yīng)的前道工序?yàn)闃O片的制片和模切。制片包括對(duì)分切后的極片/極耳焊接、極片除塵、貼保護(hù)膠紙、極耳包膠和收卷或定長(zhǎng)裁斷，其中收卷極片用于后續(xù)的全自動(dòng)卷繞，定長(zhǎng)裁斷極片用于后續(xù)的半自動(dòng)卷繞；沖切極片是將分切后的極片卷繞沖切成型，用于后續(xù)的疊片工藝。
在鋰電封裝焊接方面，聯(lián)贏、大族、光大的主流激光技術(shù)集成應(yīng)用廠家均有所涉及，能夠滿足需求、無(wú)需進(jìn)口。
鋰電前段生產(chǎn)工藝：極片制造關(guān)系電池核心性能
鋰電池前端工藝的結(jié)果是將鋰電池正負(fù)極片制備完成，其第一道工序是攪拌，即將正、負(fù)極固態(tài)電池材料混合均勻后加入溶劑，通過(guò)真空攪拌機(jī)攪拌成漿狀。配料的攪拌是鋰電后續(xù)工藝的基礎(chǔ)，高質(zhì)量攪拌是后續(xù)涂布、輥壓工藝高質(zhì)量完成的基礎(chǔ)。
涂布和輥壓工藝之后是分切，即對(duì)涂布進(jìn)行分切工藝處理。如若分切過(guò)程中產(chǎn)生毛刺則后續(xù)裝配、注電解液等程序、甚至是電池使用過(guò)程中出現(xiàn)安全隱患。因此鋰電生產(chǎn)過(guò)程中的前端設(shè)備，如攪拌機(jī)、涂布機(jī)、輥壓機(jī)、分條機(jī)等是電池制造的核心機(jī)器，關(guān)乎整條生產(chǎn)線的質(zhì)量，因此前端設(shè)備的價(jià)值量（金額）占整條鋰電自動(dòng)化生產(chǎn)線的比例最高，約35%。
鋰電中段工藝流程：效率先行，卷繞走在疊片之前
鋰電池制造過(guò)程中，中段工藝主要是完成電池的成型，主要工藝流程包括制片、極片卷繞、模切、電芯卷繞成型和疊片成型等，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)設(shè)備廠商競(jìng)爭(zhēng)比較激烈的一個(gè)領(lǐng)域，占鋰電池生產(chǎn)線價(jià)值量約30%。
目前動(dòng)力鋰電池的電芯制造工藝主要有卷繞和疊片兩種，對(duì)應(yīng)的電池結(jié)構(gòu)形式主要為圓柱與方形、軟包三種，圓柱和方形電池主要采用卷繞工藝生產(chǎn)，軟包電池則主要采用疊片工藝。圓柱主要以18650和26650為代表（Tesla單獨(dú)開(kāi)發(fā)了21700電池、正在全行業(yè)推廣），方形與軟包的區(qū)別在于外殼分別采用硬鋁殼和鋁塑膜兩種，其中軟包主要以疊片工藝為主，鋁殼則以卷繞工藝為主。
軟包結(jié)構(gòu)形式主要面向中高端數(shù)碼市場(chǎng)，單位產(chǎn)品的利潤(rùn)率較高，在同等產(chǎn)能條件下，相對(duì)利潤(rùn)高于鋁殼電池。由于鋁殼電池易形成規(guī)模效應(yīng)，產(chǎn)品合格率及成本易于控制，目前二者在各自市場(chǎng)領(lǐng)域均有可觀的利潤(rùn)，在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，二者都很難被徹底取代。
由于卷繞工藝可以通過(guò)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)電芯的高速生產(chǎn)，而疊片技術(shù)所能提高的速度有限，因此目前國(guó)內(nèi)動(dòng)力鋰電池主要采用卷繞工藝為主，因此卷繞機(jī)的出貨量目前大于疊片機(jī)。
卷繞和疊片生產(chǎn)對(duì)應(yīng)的前道工序?yàn)闃O片的制片和模切。制片包括對(duì)分切后的極片/極耳焊接、極片除塵、貼保護(hù)膠紙、極耳包膠和收卷或定長(zhǎng)裁斷，其中收卷極片用于后續(xù)的全自動(dòng)卷繞，定長(zhǎng)裁斷極片用于后續(xù)的半自動(dòng)卷繞；沖切極片是將分切后的極片卷繞沖切成型，用于后續(xù)的疊片工藝。
在鋰電封裝焊接方面，聯(lián)贏、大族、光大的主流激光技術(shù)集成應(yīng)用廠家均有所涉及，能夠滿足需求、無(wú)需進(jìn)口。
鋰電后段工藝流程：分容化成是核心環(huán)節(jié)
鋰電后段生產(chǎn)工藝主要為分容、化成、檢測(cè)和包裝入庫(kù)四道工序，占生產(chǎn)線價(jià)值量約35%?；珊头秩葑鳛楹蠖喂に囍凶钪饕h(huán)節(jié)，對(duì)成型的電池進(jìn)行激活檢測(cè)，由于電池的充放電測(cè)試周期長(zhǎng)，因此設(shè)備的價(jià)值量最高?；晒に嚨闹饕饔迷谟趯⒆⒁悍庋b后的電芯充電進(jìn)行活化，分容工藝則是在電池活化后測(cè)試電池容量及其他電性能參數(shù)并進(jìn)行分級(jí)?；珊头秩莘謩e由化成機(jī)和分容機(jī)通常由自動(dòng)化分容化成系統(tǒng)完成。
鋰電Pack工藝：看似簡(jiǎn)單但需要與系統(tǒng)性設(shè)計(jì)結(jié)合
動(dòng)力電池組系統(tǒng)是將眾多單個(gè)的電芯通過(guò)串、并聯(lián)的方式連接起來(lái)的電池組，綜合了動(dòng)力和熱管理等電池硬件系統(tǒng)。Pack是動(dòng)力電池系統(tǒng)生產(chǎn)、設(shè)計(jì)應(yīng)用的關(guān)鍵，是連接上游電芯生產(chǎn)和下游整車的應(yīng)用核心環(huán)節(jié)，通常設(shè)計(jì)需求由電芯廠或汽車廠提出，通常由電池廠、汽車廠或者第三方Pack廠完成。
鋰電池Pack產(chǎn)線相對(duì)簡(jiǎn)單，核心工序包括上料、支架粘貼、電焊、檢測(cè)等工藝，核心設(shè)備為激光焊接機(jī)以及各類粘貼檢測(cè)設(shè)備。目前，各大鋰電設(shè)備廠商在此領(lǐng)域的自動(dòng)化集成布局較少，而大族激光、聯(lián)贏激光等激光設(shè)備廠商由于在激光領(lǐng)域的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，在Pack設(shè)備領(lǐng)域占有率較高。
目前Pack生產(chǎn)的自動(dòng)化比例相對(duì)較低，是因?yàn)槟壳暗男履茉窜噯慰钴囦N量都不夠大，上自動(dòng)化生產(chǎn)線的成本較高。
磷酸鐵鋰和三元：能量密度繞不開(kāi)的話題，不同材料需要全套設(shè)備投資
目前國(guó)內(nèi)主流動(dòng)力鋰電池的正極材料分為磷酸鐵鋰和三元兩大種類。其中磷酸鐵鋰是目前最安全的鋰離子電池正極材料，其循環(huán)壽命通常在2000次以上，再加上由于產(chǎn)業(yè)成熟而帶來(lái)的價(jià)格和技術(shù)門檻的下降，使得很多廠商出于各種因素考慮都會(huì)采用磷酸鐵鋰電池。然而磷酸鐵鋰電池在能量密度方面則存在明顯的缺陷，目前磷酸鐵鋰電池龍頭比亞迪磷酸鐵鋰單體電芯能量密度為150Wh，2017年底比亞迪預(yù)計(jì)將能量密度提升到160Wh，理論上磷酸鐵鋰能量密度很難超過(guò)200Gwh。
三元聚合物鋰電池是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰的鋰電池，鎳鈷錳的實(shí)際比例可以根據(jù)具體需要進(jìn)行調(diào)整。由于三元鋰電池具備更高的能量密度（目前寧德時(shí)代等動(dòng)力電池一流大廠三元鋰電池能量密度普遍能達(dá)到200Wh/kg-220Wh/kg，業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)到2020年三元電池單體電芯能量密度將達(dá)到300Wh/kg的水平），乘用車市場(chǎng)開(kāi)始轉(zhuǎn)向三元鋰電池，而在安全性要求更高的客車上，磷酸鐵鋰則更受青睞。隨著全電動(dòng)乘用車的發(fā)展，三元鋰電池正在占據(jù)越來(lái)越重要的位置。
兩種材料的能量密度和成本有差異，不同的汽車、不同的車企有不同的選擇。二者在生產(chǎn)工藝流程上大致相同，區(qū)別主要體現(xiàn)在材料的使用和配比上不同、具體工藝參數(shù)差異較大，設(shè)備無(wú)法共線生產(chǎn)，且單純改造切換產(chǎn)能的成本較高（三元材料對(duì)真空除濕等要求嚴(yán)格，之前的磷酸鐵鋰生產(chǎn)線基本沒(méi)有除濕要求），因此多家電芯廠在產(chǎn)能規(guī)劃中會(huì)同時(shí)布局、分別采購(gòu)設(shè)備。
