聚合物锂离子电池技术与产业ppt课件

1、主要内容主要内容u聚合物锂离子电池简介与分类u聚合物锂离子电池技术状况u聚合物锂离子电池工艺状况u聚合物锂离子电池产业发展与出路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18991899年以前年以前19901990年年20192019年年20192019年年二次电池性能对比锂离子电池简介锂离子电池简介锂离子电池基本原理SeperatorLithium Metal OxideCathodee-e-CarbonCaseAnodeE

2、lectrolytePower SupplyLoad负极 LixCn XLi+Xe+Cn正极 XLi+Li1-XCoO2+Xe LiCoO2 总反应 LixCn +Li1-XCoO2 LiCoO2+Cn充电充电放电放电充电充电放电放电充电充电放电放电锂离子电池分类锂离子电池分类锂离子电池锂离子电池液态锂离子电池液态锂离子电池LIB钢壳锂离子电池钢壳锂离子电池铝壳锂离子电池铝壳锂离子电池软包装锂离子电池软包装锂离子电池ALB聚合物锂离子电池聚合物锂离子电池LIP凝胶态聚合物锂离子电池凝胶态聚合物锂离子电池多孔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干态聚合物锂离子电池锂离子电

3、池分类锂离子电池分类锂电结构差别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结构差异Why Polymer Lithium battery？u安全性能好安全性能好-铝塑软包装不爆炸，铝塑软包装不爆炸，u厚度小，能做得更薄厚度小，能做得更薄-可做到可做到1mm以下，以下，u重量轻重量轻-较同等容量的钢壳锂电轻较同等容量的钢壳锂电轻40%，较铝壳电池，较铝壳电池轻轻20%!u容量大容量大-较同等尺寸规格的钢壳锂电池容量高较同等尺寸规格的钢壳锂电池容量高1015%u内阻小内阻小-可小于可小于10m，是高倍率放电电源理想选择，是高倍率放电电源理想选择，u

4、形状可定制形状可定制-根据客户需求量身定做，充分利用空间，根据客户需求量身定做，充分利用空间，提升容量。提升容量。u放电特性佳放电平稳，放电平台高，循环寿命更长。放电特性佳放电平稳，放电平台高，循环寿命更长。聚合物电池的一些主要用途聚合物锂离子电池便携式电子产品便携式电子产品 电动工具蓝牙系列电动玩具电动玩具电动车后备电源聚合物锂离子电池历程聚合物锂离子电池历程u1990年代初日本SONY公司商业化批量生产u2019年聚合物锂离子电池在美国商业化u2019年中国聚合物锂离子电池产业化u2000日本Sony与Sanyo公司聚合物电池批量生产u2019年中国聚合物锂离子电池产业初具规模聚合物锂离子

5、电池技术u聚合物锂离子电池分类聚合物锂离子电池聚合物锂离子电池 LIP凝胶态聚合物锂离子电池凝胶态聚合物锂离子电池多孔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干态聚合物锂离子电池聚合物锂离子电池之液态软包装聚合物锂离子电池之液态软包装 ALB假聚合物假聚合物真聚合物真聚合物聚合物锂离子电池技术(ALB)u为什么用液态软包装锂离子电池也称聚合物）？u1.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。u2.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。u3.采

6、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。u4.可采用水性极片，工艺与材料成本优势。聚合物锂离子电池技术u真聚合物锂离子电池的优势与困境：u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）u窘境：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。真聚合物锂离子电池应用于大型电源动力电源系列动力电源系列30Ah 5C放电放电15Ah 10C放电放电聚合物锂离子电池在低温军用电池中的应用聚合物锂离子电池工艺差异凝胶类聚合物电

7、池工艺凝胶类聚合物电池工艺代表：日本代表：日本Sony公司公司电极制作电极制作凝胶电解液配制凝胶电解液配制电池组装电池组装加注加注凝胶化凝胶化光照或加热光照或加热凝胶聚合凝胶聚合物锂离子物锂离子电池电池复合类聚合物电池工艺复合类聚合物电池工艺代表：美国代表：美国Bellcore公司公司电极制作电极制作隔膜制作隔膜制作电池组装电池组装热复合热复合溶剂萃取溶剂萃取热处理热处理复合聚合复合聚合物锂离子物锂离子电池电池加液活化加液活化复合类聚合物电池工艺复合类聚合物电池工艺代表：美国代表：美国Bellcore公司公司一个单电池(one cell)热复合热复合 聚合物锂离子电池研究前沿聚合物锂离子电池研

8、究前沿相关研究前沿相关研究前沿聚合物电解质及隔膜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聚合物锂离子电池研究前沿u高导电性与高强度聚合物电解质膜的研究；u纳米无机填料的应用研究，如纳米SiO2和TiO2等；u改性聚合物骨架的研究，以提高膜的室温电导率；u各种新型添加剂的研究，提高应用范围。u阻燃型聚合物电解质膜的开发u 多元电解质盐复合应用的研究。其它材料研究进展其它材料研究进展聚合物锂离子电池研究前沿聚合物锂离子电池研究前沿u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。u超级导电气相碳纤维材料的研究

9、；u集流体的研究，如薄型化与网格分布优化等。u聚合物多孔隔膜的研究在国内正在起步u电解液与电极相容性的研究也是一个研究热点电极制作工艺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聚合物锂离子电池研究前沿u电极工艺研究，如电极制作工艺的低成本化条件研究。u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。u正负极浆料的高效分散剂材料应用研究。u.电池结构工艺研究电池结构工艺研究锂离子电池工艺研究进展锂离子电池工艺研究进展u电池薄型化研究：u超薄电池应用于智能卡，如IC卡等，低于0.4mm以下的薄电池；u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；u超薄高性能

10、包装材料及技术；微电极装配工艺；u大电池结构工艺：uZ-型折叠电池结构工艺兼顾高能量与高功率密度）；u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。u高性能全固态锂离子电池结构一直是努力的目标。锂离子电池研究需努力的方向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。聚合物锂离子电池产业形势聚合

11、物锂离子电池产业形势u2019 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。u后来较多研究机构和企业加入这一行业，产业得以增长。u2000年，聚合物锂离子电池在日本和美国商业开发迅速发展。u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；u中国的聚合物锂离子电池从2019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。u中国产能目前已达到年产8000万只的规模。u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

12、织引起重视。聚合物锂离子电池产业形势聚合物锂离子电池产业形势M需求连续增长；但价格持续下需求连续增长；但价格持续下降降M 由于移动电子产品市场在由于移动电子产品市场在近几年快速增长，拉动锂离子近几年快速增长，拉动锂离子电池的需求迅速增长，电池的需求迅速增长，2019年年全球锂离子电池的产量为全球锂离子电池的产量为14亿亿只，只，2019年约为年约为18亿只，据估亿只，据估计计2019年这一产量将达到年这一产量将达到23亿亿只，增加约只，增加约30，但总价值的，但总价值的增长却很缓慢，仅从增长却很缓慢，仅从48亿美金亿美金增加到增加到52亿美金，只有亿美金，只有8左右左右的增长。据行业统计，锂离

13、子的增长。据行业统计，锂离子电池市场售价每年以电池市场售价每年以15以上以上的幅度下降。的幅度下降。M 聚合物锂离子电池电池也聚合物锂离子电池电池也面临同样问题。面临同样问题。Price vs. yearPrice vs. year0 01 12 23 34 45 56 67 720002000200120012002200220032003200420042005200520062006YearYearPricePrice价格（$/Ah)价格（$/Ah)?聚合物锂离子电池产业形势聚合物锂离子电池产业形势M价格持续低靡，销售微利甚至无利；价格持续低靡，销售微利甚至无利；M M 目前聚合物锂离子

14、电池的市场销售价格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。以和液态锂离子电池的价格很相近。以383562为为例，液态售价例，液态售价 8-10元人民币，元人民币， 聚合物聚合物 12-14元元人民币；但聚合物锂离子电池的成本却较高，人民币；但聚合物锂离子电池的成本却较高，约高约高40（不包括软包装电池）。故国内聚合（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物锂离子电池企业举步维艰聚合物锂离子电池产业形势聚合物锂离子电池产业形势M多数企业企图靠规模生产来取胜；多数企业企图靠规模生产来取胜；M制造成本相对制造成本相对LIB高，急需从工艺和材料上降高，急需从工艺

15、和材料上降低成本低成本 M 企业进行过度的规模扩张；一些企业不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。场萎缩的恶性循环。聚合物锂离子电池产业形势聚合物锂离子电池产业形势M无力投入更多的经费进行新产品开发，技术水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；平在

16、低位徘徊；M无突破性新技术出现无突破性新技术出现 M 由于国内锂离子电池企业的残酷竞争，多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，能保证目前的技基本没有突破性的技术出现，能保证目

17、前的技术水平不退步已算不错术水平不退步已算不错 聚合物锂离子电池产业形势聚合物锂离子电池产业形势M产品应用市场与液态锂离子电池大量重叠产品应用市场与液态锂离子电池大量重叠 M 由于聚合物锂离子电池产品和目前大量生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。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

18、价格血战，毫成长初期时就不得不面对残酷的价格血战，毫无喘息时间。无喘息时间。 聚合物锂离子电池产业形势聚合物锂离子电池产业形势M原材料价格上涨。原材料价格上涨。M 自自2019年下半年以来，世界石油价年下半年以来，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。普通化工材料与当成分。普通化工材料与2019年相比都有年相比都有50左右的价格上扬，化工溶剂上涨达左右的价格上扬，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

19、导致的明显的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。上涨对电池制造企业来说无疑是雪上加霜。聚合物锂离子电池产业形势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。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

20、池的特点：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，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。生产，同时能够快速转换型号，对市场的需求反应快。提高竞争力提高竞争力 薄型化：由于采用热封口工艺，能够轻易突破薄型化：由于采用热封口工艺，能够轻易突破金属成型金属成型3mm的禁区，做到的禁区，做到1mm厚度也不成问题。厚度也不成问题。 大容量：由于

21、散热较好与包装易实现的原因，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，目前做来难度不大，目前做30Ah以上的大容量电池并不需要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。破口。 高功率：由于其电池的结构特点，易于生产能高功率：由于其电池的结构特点，易于生产能10C,20C放电的产品。放电的产品。聚合物锂离子电池产业形势聚合物锂

22、离子电池产业形势增加出口客户的开发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客户的开发是中国聚合物锂离子电池制

23、造企业的一个努力方向。的一个努力方向。聚合物锂离子电池产业形势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采用新材料，降低电池的生产成本或提高电池的性价比。的性价比。 目前的在聚合物锂离子电池中的主要材料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，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性能都与成熟的MCMB类负极材料相近，只是类负极材料相近，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，