聚合物锂离子电池技术与产业

锂离子电池研究进展,聚合物锂离子电池技术与产业,锂离子电池研究进展,主要内容,聚合物锂离子电池简介与分类聚合物锂离子电池技术状况聚合物锂离子电池工艺状况聚合物锂离子电池产业发展与出路,锂离子电池研究进展,二次电池发展历程,聚合物锂电池：是顺应IT产业迅速发展，在二十世纪末发展起来的新型高能二次（可充电）电池。它具有重量轻、体积小、不会漏液、不会爆炸、无污染的优良特性，是高端便携式电子产品必选电源。,铅酸电池,镍镉、镍氢电池,液态锂电池,1899年以前,1990年,1996年,聚合物锂电池,1998年,锂离子电池研究进展,二次电池性能对比,锂离子电池研究进展,锂离子电池简介,锂离子电池基本原理,负极LixCnXLi+Xe+Cn,正极XLi+Li1-XCoO2+XeLiCoO2,总反应LixCn+Li1-XCoO2LiCoO2+Cn,充电,放电,充电,放电,充电,放电,锂离子电池研究进展,锂离子电池分类,锂离子电池,液态锂离子电池LIB,钢壳锂离子电池,铝壳锂离子电池,软包装锂离子电池ALB,聚合物锂离子电池LIP,凝胶态聚合物锂离子电池,多孔态聚合物锂离子电池,干态聚合物锂离子电池,锂离子电池分类,锂离子电池研究进展,锂电结构差别,聚合物锂离子电池层叠式,液态锂离子电池（含软包装）卷绕式,锂离子电池结构差异,锂离子电池研究进展,WhyPolymerLithiumbattery？,安全性能好-铝塑软包装不爆炸，厚度小，能做得更薄-可做到1mm以下，重量轻-较同等容量的钢壳锂电轻40%，较铝壳电池轻20%!容量大-较同等尺寸规格的钢壳锂电池容量高1015%内阻小-可小于10m，是高倍率放电电源理想选择，形状可定制-根据客户需求量身定做，充分利用空间，提升容量。放电特性佳放电平稳，放电平台高，循环寿命更长。,锂离子电池研究进展,聚合物电池的一些主要用途,锂离子电池研究进展,聚合物锂离子电池历程,1990年代初日本SONY公司商业化批量生产1996年聚合物锂离子电池在美国商业化1998年中国聚合物锂离子电池产业化2000日本Sony与Sanyo公司聚合物电池批量生产2002年中国聚合物锂离子电池产业初具规模,锂离子电池研究进展,聚合物锂离子电池技术,聚合物锂离子电池分类,聚合物锂离子电池LIP,凝胶态聚合物锂离子电池,多孔态聚合物锂离子电池,干态聚合物锂离子电池,聚合物锂离子电池之液态软包装ALB,假聚合物,真聚合物,锂离子电池研究进展,聚合物锂离子电池技术(ALB),为什么用液态软包装锂离子电池（也称聚合物）？1.综合了LIB与LIP的优势，前段工艺采用LIB技术制作，工艺与技术成熟；后段用聚合物锂离子电池相对成熟的软包装技术。因而与真聚合物电池相比有明显的成本优势。2.所用设备也相对简单与成熟，故也能减少投资与生产维护成本。3.采用液态极片滚压技术，制作高密度极片，因而同型号电池的体积能量密度相对较高。有优势。4.可采用水性极片，工艺与材料成本优势。,锂离子电池研究进展,聚合物锂离子电池技术,真聚合物锂离子电池的优势与困境：优点：正极、负极与隔膜界面稳定，所以整个电池结构稳定，带来性能也稳定，阻抗均匀，寿命长。可以做很大与很薄的电池（大面积与0.5mm以下软包装电池不是能做的）困境：工序多而复杂；成本居高不下；量产一直不理想；市场空间被严重挤压，缺乏再生能力。,锂离子电池研究进展,真聚合物锂离子电池应用于大型电源,动力电源系列,30Ah5C放电,15Ah10C放电,锂离子电池研究进展,聚合物锂离子电池在低温军用电池中的应用,锂离子电池研究进展,聚合物锂离子电池工艺差异,锂离子电池研究进展,凝胶类聚合物电池工艺,代表：日本Sony公司,电极制作,凝胶电解液配制,电池组装,加注,凝胶化,光照或加热,凝胶聚合物锂离子电池,锂离子电池研究进展,复合类聚合物电池工艺,代表：美国Bellcore公司,电极制作,隔膜制作,电池组装,热复合,溶剂萃取,热处理,复合聚合物锂离子电池,加液活化,锂离子电池研究进展,复合类聚合物电池工艺,代表：美国Bellcore公司,一个单电池(onecell),热复合,锂离子电池研究进展,聚合物锂离子电池研究前沿,相关研究前沿,锂离子电池研究进展,聚合物电解质及隔膜研究进展,聚合物锂离子电池研究前沿,高导电性与高强度聚合物电解质膜的研究；纳米无机填料的应用研究，如纳米SiO2和TiO2等；改性聚合物骨架的研究，以提高膜的室温电导率；各种新型添加剂的研究，提高应用范围。阻燃型聚合物电解质膜的开发多元电解质盐复合应用的研究。,锂离子电池研究进展,其它材料研究进展,聚合物锂离子电池研究前沿,各种添加剂研究，如电解液的成膜添加剂，改善安全性添加剂；改善电极导电性能的超级碳黑添加剂；改善膜结构与机械强度的填料等。超级导电气相碳纤维材料的研究；集流体的研究，如薄型化与网格分布优化等。聚合物多孔隔膜的研究在国内正在起步电解液与电极相容性的研究也是一个研究热点,锂离子电池研究进展,电极制作工艺研究进展,聚合物锂离子电池研究前沿,电极工艺研究，如电极制作工艺的低成本化条件研究。阴极浆料的制浆均匀性研究，如制作工序的改进与优化，设备的改进等。正负极浆料的高效分散剂材料应用研究。.,锂离子电池研究进展,电池结构工艺研究,锂离子电池工艺研究进展,电池薄型化研究：超薄电池应用于智能卡，如IC卡等，低于0.4mm以下的薄电池；微米级甚至更薄电极的制备，如印刷与真空镀电极，激光溅射电极；超薄高性能包装材料及技术；微电极装配工艺；大电池结构工艺：Z-型折叠电池结构工艺（兼顾高能量与高功率密度）；多电池的筛选与串并组合，以及相关电子保护与充放电平衡工艺的研究。高性能全固态锂离子电池结构一直是努力的目标。,锂离子电池研究进展,锂离子电池研究需努力的方向,一、材料研究新型高容量正极材料的研究（掺杂与包覆）高容量无序化石墨材料研究；纳米合金等电解液添加剂的研究高性能价格比与更环保的粘合剂研究高强度隔膜的研究（急需国产化）二、工艺研究高能量密度电池结构的研究IC卡等领域用超薄锂离子电池的研究更加环保的新加工工艺研究三、产业化的问题节能、环保的总体工艺设置、三废处理。,锂离子电池研究进展,聚合物锂离子电池产业形势,1996年美国Bellcore开发可批量生产Hybrid类聚合物锂离子电池产品来，这一产业开始兴旺。后来较多研究机构和企业加入这一行业，产业得以增长。2000年，聚合物锂离子电池在日本和美国商业开发迅速发展。以Sony公司为首的日本聚合物锂离子电池企业每年的产量都达到两千万只以上，占世界市场份额50以上；中国的聚合物锂离子电池从1998年开始产业化。目前有越来越多的企业加入聚合物锂离子电池的开发与生产。中国产能目前已达到年产8000万只的规模。可见，尽管国内聚合物锂离子电池行业呈现方兴未艾的势态，但同时也面临不容乐观的形势与极大的挑战，需要相关的企业与行业组织引起重视。,锂离子电池研究进展,聚合物锂离子电池产业形势,需求连续增长；但价格持续下降由于移动电子产品市场在近几年快速增长，拉动锂离子电池的需求迅速增长，2003年全球锂离子电池的产量为14亿只，2004年约为18亿只，据估计2008年这一产量将达到23亿只，增加约30，但总价值的增长却很缓慢，仅从48亿美金增加到52亿美金，只有8左右的增长。据行业统计，锂离子电池市场售价每年以15以上的幅度下降。聚合物锂离子电池电池也面临同样问题。,?,锂离子电池研究进展,聚合物锂离子电池产业形势,价格持续低靡，销售微利甚至无利；目前聚合物锂离子电池的市场销售价格和液态锂离子电池的价格很相近。以383562为例，液态售价8-10元人民币，聚合物12-14元人民币；但聚合物锂离子电池的成本却较高，约高40（不包括软包装电池）。故国内聚合物锂离子电池企业举步维艰,锂离子电池研究进展,聚合物锂离子电池产业形势,多数企业企图靠规模生产来取胜；制造成本相对LIB高，急需从工艺和材料上降低成本企业进行过度的规模扩张；一些企业不得不牺牲部分聚合物锂离子电池的性能，采用廉价的正负极材料，简化的工艺等手段，来降低电池制造成本，以求生存。这样造成电池产品质量的降低，容易进入品质低，售价低，市场萎缩的恶性循环。,锂离子电池研究进展,聚合物锂离子电池产业形势,无力投入更多的经费进行新产品开发，技术水平在低位徘徊；无突破性新技术出现由于国内锂离子电池企业的残酷竞争，多数企业微利或无利，生存维持艰难，无进一步的资金来支持新的技术研发，努力目标变为转向低档廉价的产品，以求企业生存。在这样的形势下，聚合物锂离子电池这个行业没有企业有开发全新技术的资金与时间，所以整个行业基本没有突破性的技术出现，能保证目前的技术水平不退步已算不错,锂离子电池研究进展,聚合物锂离子电池产业形势,产品应用市场与液态锂离子电池大量重叠由于聚合物锂离子电池产品和目前大量生产的液态锂离子电池产品的用途相同，所以它们的客户群大量重叠，直接和成本较低的液态锂离子电池一起在同样的客户采购部门拼价格。有的聚合物锂离子电池企业甚至在研发生产的成长初期时就不得不面对残酷的价格血战，毫无喘息时间。,锂离子电池研究进展,聚合物锂离子电池产业形势,原材料价格上涨。自2004年下半年以来，世界石油价格大幅上涨，引起相关化工材料上涨，特别是聚合物材料占聚合物锂离子电池中相当成分。普通化工材料与2003年相比都有50左右的价格上扬，化工溶剂上涨达70以上。所以多数聚合物锂离子电池生产企业不得不面对原材料上涨导致的明显的产品成本升高。当然，原材料价格的涨跌有些不确定性，但在现阶段，原材料价格上涨对电池制造企业来说无疑是雪上加霜。,锂离子电池研究进展,聚合物锂离子电池产业形势,以特种电池产品的开发为主，进行一些较薄电池或较大容量电池的开发，以充分发挥聚合物锂离子电池的特长与优势。同时也重视高比功率电池的开发。聚合物锂离子电池的特点：易于制定生产：聚合物锂离子电池采用软包装材料，其外壳成型模具比其它金属外壳成型模具简单，成本低，易于换型。可以完全配合用户需求进行定制生产，同时能够快速转换型号，对市场的需求反应快。提高竞争力薄型化：由于采用热封口工艺，能够轻易突破金属成型3mm的禁区，做到1mm厚度也不成问题。大容量：由于散热较好与包装易实现的原因，10Ah以上容量的电池对聚合物锂离子电池来说现实起来难度不大，目前做30Ah以上的大容量电池并不需要特殊的结构与包装设计就能批量生产。所以，薄型电池与大容量电池的开发是聚合物锂离子电池的一个突破口。高功率：由于其电池的结构特点，易于生产能10C,20C放电的产品。,锂离子电池研究进展,聚合物锂离子电池产业形势,增加出口客户的开发目前在国外，由于整体的制造成本相对中国内地高，所以聚合物锂离子电池在合适的海外应用市场，还是有一定的竞争力的，至少性能价格比有明显的优势。另外，国外一些相对正规的用户在采用锂离子电池时比较理性，而不是像目前国内的一些客户太注重价格。海外客户的开发是中国聚合物锂离子电池制造企业的一个努力方向。,锂离子电池研究进展,聚合物锂离子电池产业形势,采用新材料，降低电池的生产成本或提高电池的性价比。目前的在聚合物锂离子电池中的主要材料主要为正负极材料，两者占了电池总成本一半以上的比例。在近一两年，国内不少的电池材料生产企业进行了努力，采用一些较新的工艺，在不显著降低材料性能的情况下，较大幅度降低了这些关键材料的成本。如近期出现的一些人工石墨与改性天然石墨，其放电容量与循环性能都与成熟的MCMB类负极材料相近，只是在密度上有一些差距。通过配料与工艺上的整合，这些材料完全可以用在目前的聚合物锂离子电池生产上，可以降低电池的总体成本，提高产品的市场竞争力。,锂离子电池研究进展,聚合物锂离子电池产业形势,建立产业联盟，协调相关企业的生产与市场，尽可能消除恶性竞争，保持聚合物锂离子电池行业的健康发展。尽管在目前的锂离子电池销售市场较为混乱，建立一个有序的产业联盟不太容易。但为了国内电池工业能健康发展，相关化学与物理电源与电池行业协会应该负起责任来，从为企业服务的角度出发，制定一些相应限制市场恶性竞争的措施，实施一些行业规范，引导整个行业向一个良性竞争的方向发展。这是一个任重道远的任务，但应该去做。不能因为前几年家电行业中一些失败的例子就望而却步。,锂