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      鋰電池制造工藝全解析

      來源:鋰電池廠家?作者:諾信電子??發布時間:2020-07-31 16:10:23??閱讀數:

      鋰電池結構

      不同結構形式、不同材料的工藝相似但裝備需全新配置

      鋰離子電池主要由正極、負極、非水電解質和隔膜組成。目前,市場上使用最廣泛的鋰電池是磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池,它們的正極原料差異很大,生產工藝流程相近,但工藝參數需要大幅度改變。如果磷酸鐵鋰完全被三元材料替代,舊生產線的精餾效果不好。對于電池制造商來說,需要大面積更換生產線上的設備。

      鋰電池制造工藝

      前中后三道工序,占比接近35%/30%/35%

      鋰電池生產過程復雜,主要生產過程主要包括電極生產的攪拌和涂覆階段(前階段)、電池單體合成的卷繞和注液階段(中間階段)以及化學包裝的包裝檢驗階段(后階段)。價值(購買金額)約占(35~40%):(30~35)%:(30~35)%。差異主要來自不同的設備供應商、進口/國產比例的差異等。流程基本相同,價值比例有偏差,但總體符合比例。

      鋰電池生產前階段對應的鋰設備主要有真空混合機、涂布機、輥壓機等;中間工序主要包括模切機、繞線機、層壓機、噴液機等。;后端流程包括化學成型機、體積檢測設備、流程倉儲和物流自動化等。此外,電池組生產需要電池組自動化設備。

      鋰電前段生產工藝

      極片制造關系電池核心性能

      作為鋰電池前端工藝的結果,制備鋰電池的正、負極板,第一步是攪拌,即將正、負極固體電池材料混合均勻,加入溶劑,用真空攪拌機攪拌成漿料。配料的混合是后續鋰電池工藝的基礎,高質量的混合是后續鍍膜和壓延工藝高質量完成的基礎。

      涂布和輥壓工藝之后是分切,即對涂布進行分切工藝處理。如若分切過程中產生毛刺則后續裝配、注電解液等程序、甚至是電池使用過程中出現安全隱患。因此鋰電生產過程中的前端設備,如攪拌機、涂布機、輥壓機、分條機等是電池制造的核心機器,關乎整條生產線的質量,因此前端設備的價值量(金額)占整條鋰電自動化生產線的比例最高,約35%。

      鋰電中段工藝流程

      效率先行,卷繞走在疊片之前

      在鋰電池制造過程中,中間工序主要是完成電池成型,主要工藝流程包括制片、極片卷繞、模切、電池芯卷繞成型和疊片成型等。,這是目前國內設備制造商激烈競爭的領域,約占鋰電池生產線價值的30%。

      軟包裝結構主要面向中高端數字市場,單位產品利潤率較高。在相同生產能力下,相對利潤高于鋁殼電池。由于鋁殼電池的規模效應,產品合格率和成本容易控制。目前,兩者在各自的市場領域都有可觀的利潤,在可預見的未來很難被完全取代。

      由于卷繞工藝可以通過轉速實現電芯的高速生產,而疊片技術所能提高的速度有限,因此目前國內動力鋰電池主要采用卷繞工藝為主,因此卷繞機的出貨量目前大于疊片機。

      卷繞和疊片生產對應的前道工序為極片的制片和模切。制片包括對分切后的極片/極耳焊接、極片除塵、貼保護膠紙、極耳包膠和收卷或定長裁斷,其中收卷極片用于后續的全自動卷繞,定長裁斷極片用于后續的半自動卷繞;沖切極片是將分切后的極片卷繞沖切成型,用于后續的疊片工藝。

      在鋰電封裝焊接方面,聯贏、大族、光大的主流激光技術集成應用廠家均有所涉及,能夠滿足需求、無需進口。

      鋰電后段工藝流程

      分容化成是核心環節

      鋰電后段生產工藝主要為分容、化成、檢測和包裝入庫四道工序,占生產線價值量約35%?;珊头秩葑鳛楹蠖喂に囍凶钪饕h節,對成型的電池進行激活檢測,由于電池的充放電測試周期長,因此設備的價值量最高?;晒に嚨闹饕饔迷谟趯⒆⒁悍庋b后的電芯充電進行活化,分容工藝則是在電池活化后測試電池容量及其他電性能參數并進行分級?;珊头秩莘謩e由化成機和分容機通常由自動化分容化成系統完成。

      鋰電Pack工藝

      看似簡單但需要與系統性設計結合

      動力電池組系統是將眾多單個的電芯通過串、并聯的方式連接起來的電池組,綜合了動力和熱管理等電池硬件系統。Pack是動力電池系統生產、設計應用的關鍵,是連接上游電芯生產和下游整車的應用核心環節,通常設計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產線相對簡單,核心工序包括上料、支架粘貼、電焊、檢測等工藝,核心設備為激光焊接機以及各類粘貼檢測設備。目前,各大鋰電設備廠商在此領域的自動化集成布局較少,而大族激光、聯贏激光等激光設備廠商由于在激光領域的絕對優勢,在Pack設備領域占有率較高。

      目前Pack生產的自動化比例相對較低,是因為目前的新能源車單款車銷量都不夠大,上自動化生產線的成本較高。

      磷酸鐵鋰和三元

      能量密度繞不開的話題,不同材料需要全套設備投資

      目前國內主流動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,其循環壽命通常在2000次以上,再加上由于產業成熟而帶來的價格和技術門檻的下降,使得很多廠商出于各種因素考慮都會采用磷酸鐵鋰電池。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年底比亞迪預計將能量密度提升到160Wh,理論上磷酸鐵鋰能量密度很難超過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,鎳鈷錳的實際比例可以根據具體需要進行調整。由于三元鋰電池具備更高的能量密度(目前寧德時代等動力電池一流大廠三元鋰電池能量密度普遍能達到200Wh/kg-220Wh/kg,業內預計到2020年三元電池單體電芯能量密度將達到300Wh/kg的水平),乘用車市場開始轉向三元鋰電池,而在安全性要求更高的客車上,磷酸鐵鋰則更受青睞。隨著全電動乘用車的發展,三元鋰電池正在占據越來越重要的位置。

      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。二者在生產工藝流程上大致相同,區別主要體現在材料的使用和配比上不同、具體工藝參數差異較大,設備無法共線生產,且單純改造切換產能的成本較高(三元材料對真空除濕等要求嚴格,之前的磷酸鐵鋰生產線基本沒有除濕要求),因此多家電芯廠在產能規劃中會同時布局、分別采購設備。

       

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