鋰電池行業發展情況綜述

王蘇然

【摘 要】 鋰電產業的迅猛發展，給鋰電設備行業帶來巨大的機遇和挑戰。隨著人口福利優勢的日益減弱，以及鋰電生產對設備要求的提高，使得我國鋰電產業迫切要求高性能鋰電生產設備。由于未掌握核心技術，以及企業規模較小，使得我國鋰電生產的自動化程度并不高;但進口設備價格昂貴，并且在關鍵技術及設備方面對我國加以限制。因此，加快鋰電池關鍵技術的研究，研發高水平的鋰電池生產裝備，已成為鋰電池裝備產業技術進步的關鍵問題。

本文系統地研究了全球鋰電產業的發展現狀及發展趨勢，對鋰電池生產的關鍵技術及生產裝備的發展現狀系統歸納。

【關鍵詞】 圓柱鋰電池 發展現狀

1研究背景

隨著石油等不可再生能源的日漸枯竭，清潔能源和可再生能源的研發與利用已經引起各國廣泛重視。由于具有能量比高、循環壽命長、自放電率低、無記憶效應和環境污染小等優勢，世界各國普遍認為鋰電池將成為21 世紀的主要候選動力能源之一，紛紛加強了鋰電池關鍵技術研究與推廣應用[1]。

隨著智能手機、筆記本電腦、數碼產品等消費電子產品快速發展，近年來我國加大了政策扶持力度，使我國鋰電產業實現了突飛猛進的發展，給鋰電設備行業帶來巨大的機遇和挑戰：一方面市場需求潛力巨大，前景向好;另一方面，市場競爭日益激烈，關鍵技術及裝備亟待突破。

目前，全球鋰電產業呈現日本、韓國、中國三足鼎立的格局。由于我國鋰電產業并未掌握核心技術，以及企業規模較小，使我國鋰電產業的自動化程度并不高。隨著我國人口福利優勢的日益減弱，以及鋰電生產對設備要求的提高，使得我國鋰電產業迫切要求高性能鋰電生產設備。[2]但國外自動化鋰電生產設備價格昂貴，并且在關鍵技術及設備方面加以限制。因此，加快鋰電池關鍵技術的研究，研發高水平的鋰離子電池生產裝備，已成為鋰電池裝備產業技術進步的關鍵問題，可以很好地促進我國鋰電產業的發展。

2.鋰離子電池技術概述

鋰離子電池最早在1912年提出。1992年，SONY發明了以炭材料為負極、鈷酸鋰作正極的鋰離子電池，充放電過程中，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子。1996年，Padhi等發現具有橄欖石結構的磷酸鹽比傳統的正極材料更具安全性，尤其耐高溫、耐過充電性，成為當前主流的大電流放電的動力鋰電池的正極材料。2015年3月，Sharp與京都大學的田中功教授聯手研發了使用壽命可達70年的鋰離子電池。[3]

鋰電池有鋰金屬電池、液態鋰離子電池和聚合物鋰離子電池三種類型。鋰金屬電池采用金屬鋰為負極，由于金屬鋰的化學特性非常活潑，容易爆炸，使得鋰電池并沒有得到廣泛應用。目前市場上使用的都是液態鋰離子電池和聚合物鋰離子電池，人們俗稱為鋰電池。液態鋰離子電池和聚合物鋰離子電池的工作原理及正、負極材料基本相同，區別在于：液態鋰離子電池采用非水電解質溶液，其包裝多采用不銹鋼、鋁殼的圓柱形剛性包裝，目前大多數筆記本電腦的電池組都采用液態鋰離子電池形式;聚合物鋰離子電池可采用“干態”或“膠態”聚合物電解質，大部分移動設備的電源都采用聚合物鋰離子電池形式。[4]鋰離子電池的生產工藝比較復雜，按照極片裝配方式的不同，通常有疊片和卷繞兩種生產工藝。利用疊片生產工藝將切成小片的正極、負極與隔離膜疊合成小電芯單體，然后將小電芯單體疊放并聯，通過焊接、注液與封裝，形成一個大電芯。鋰電池的卷繞生產的工藝原理是先分別制作正極膜和負極膜，通過卷繞工藝將正極膜、隔離膜、負極膜卷繞成電芯，再通過后續的入殼、滾槽、注液、封口、化成、包裝等工藝，生產出鋰電池。

3.我國鋰電產業發展概況

自1992年SONY發明以鈷酸鋰作正極的鋰離子電池以來，隨著性能和安全性的改善，鋰電池因其良好特性，應用領域日新月異。傳統鋰電池主要應用于以手機、筆記本電腦、數碼產品等為代表的消費電子產品市場。受益于消費電子產品的旺盛需求，全球鋰離子電池產業近幾年一直保持高速增長的態勢。伴隨著技術進步、成本降低，特別是綠色新能源的強烈需求，應用于電動工具、電動汽車、甚至是儲能需求的鋰電池市場也在快速成長。

鋰離子電池最早由日本企業推向市場，此后長達20多年的時間里，日本一直是全球最大的鋰離子電池產業聚集地，只是優勢在不斷縮小。20世紀末期，韓國企業開始涉足鋰電產業，21世紀逐步崛起，2011年，韓國企業的出貨總量超越日本企業、位居全球第一。[5]

自日本企業成功研制鋰離子電池后，我國的科研院所和高校也相繼開展鋰離子電池研究，我國政府也將鋰離子電池的研發列入“863”計劃及“九五”重點攻關項目。20世紀末期，中國企業開始進入鋰離子電池生產領域。在智能手機、筆記本電腦等消費類電子產品以及電動工具、電動車、工業儲能等穩步增長市場的刺激下，加之近年來國家政策的扶持，我國的科研院所及行業企業積極攻關，在鋰電池的關鍵技術、生產工藝等方面取得突破，材料成本持續降低，我國的鋰電池產業已走出了萌芽期，開始步入成長期，涌現出一批具有國際先進水平的鋰電池企業，如深圳比亞迪、天津力神、深圳比克、東莞新能源、惠州億緯、中航鋰電、哈爾濱光宇等。這些企業不斷開拓創新，開發出高性能的鋰電池，并加強與國外頂尖廠商的協同合作，進一步壯大了公司實力，形成良性循環。

2013年，得益于智能手機產業和移動電源產業的高速發展，中國企業的鋰電池出貨總量超越韓國、位居全球第一。2014年，得益于電動汽車市場，中國企業進一步擴大領先優勢，總出貨量的全球占比超過了40%。目前，全球鋰電池制造行業基本集中在日本、韓國、中國，三國的鋰電產量已超過全球市場的90%。

經過多年的發展，我國鋰電池產業逐步形成了具有一定先進技術水平、科研與市場推廣協調配套的工業體系，鋰電池產量和出口量均位居世界第一，成為名副其實的鋰電池制造大國。但也存在企業規模不占優勢、產品品質與韓日企業巨頭有明顯差距、技術研發采取追隨策略、缺乏技術主導權等問題，我國成為鋰電池研發和產業化強國的路途還比較漫長。

4我國鋰電裝備行業發展現狀

4.1 我國鋰電裝備行業發展概況

全球鋰電產業已呈現日、韓、中三國鼎立的格局。目前，我國鋰電行業優勢主要集中在市場、規模與低廉勞動力方面，鋰電產業總體上尚處于較低水平，鋰電池生產仍以手工、半自動生產為主，并未達到自動化生產的局面，導致我國鋰電池產品的一致性差、性能不穩定、壽命短，無法滿足高端產品的市場需求。[6]

我國的鋰電生產技術與裝備和日韓相比還存在較大差距，而且主要是半自動化設備;在全自動化設備的研制方面，由于未掌握鋰電生產的核心技術，研發設備的生產效率低、生產質量與一致性較差;特別是一些關鍵裝備，如極片制片與卷繞設備等，仍需從國外進口，價格昂貴。從而使得我國鋰電池生產成本較高，限制了我國鋰電產業的快速健康發展。

日本是最早實現鋰電池產業化的國家，眾多大型企業參與到鋰電池生產設備的研究中，始終占據鋰電池生產的世界一流水平，產品涵蓋液態鋰離子電池與聚合物鋰離子電池的生產。日本生產的鋰離子電池自動生產線，其產品的良品率可達95%以上，生產效率、定位精度、成品率、自動化程度都較高。日本研發的極片自動制片與卷繞設備生產效率能達到20個/分鐘以上，而珠海華冠電子科技公司自主研發的全自動卷繞機，最高效率僅能達到12個/分鐘，這還是我國在此類設備的最高水平。

韓國在20世紀末期開始涉足鋰電產業，主要采取大型電子公司切入的方式，如三星SDI、LG化學，利用公司在消費和移動電子領域的產業優勢，通過對日本鋰電技術與裝備的引進、吸收與創新，取得突出成績，成為日本鋰電裝備行業的有力競爭者。

我國鋰電池產業化始于1997年，國內鋰電池設備企業則在2000年后才逐步出現，許多主要的鋰電池設備制造企業都在2005年前后進入。2008年，中國提出新能源政策及其發展規劃后，我國的鋰電池裝備行業進入迅猛發展階段。通過激烈的市場競爭，我國涌現了一批具有一定技術水平和規模的鋰離子電池生產設備的制造企業，如深圳市贏合科技股份有限公司、深圳吉陽智云科技有限公司、無錫先導智能裝備股份有限公司、珠海華冠電子科技有限公司、惠州卓特電源自動化設備有限公司、東莞市華創自動化設備有限公司等。目前，國內涉及鋰電池生產設備領域的企業有278家，但是具有一定技術核心、規模較大的企業數量很少，年產值超過3億元的企業還沒有出現，而產值在1～3億元之間的企業只有13家，而其他265家鋰電池設備企業營收均不超過1億元。

4.2 國內鋰電裝備行業發展趨勢

基于國內外大力推進新能源策略的背景，在消費電子產品、電動工具、電動車等市場驅動下，我國的鋰電產業實現突飛猛進的發展，給我國的鋰電設備行業帶來巨大的機遇和挑戰。鋰電池技術的發展，對鋰電池生產設備的技術性能不斷提出更高的要求，鋰電裝備行業的發展必須適應鋰電技術和鋰電產業發展的變化趨勢。[7]

（1）引進、消化、吸收國外先進技術，建立一批鋰電裝備骨干企業。這是縮短我國鋰電裝備技術水平與世界先進水平差距的有效途徑，以滿足高精度、高自動化程度的單機或機組生產的需要，加快鋰電裝備國產化的速度。

（2）引入和發展高新技術，研發集成一體化的高精度全自動化鋰電設備。鋰電池的安全性取決于生產工藝，高精度的全自動鋰電池生產設備將在保證鋰電池生產工藝的基礎上，使生產出的鋰電池具有良好的一致性，保證生產出的鋰電池具有高可靠的安全性能。同時，鋰電池技術的不斷發展，對鋰電設備的性能提出更高要求，高精度的全自動設備是未來發展方向。

（3）研發高穩定性的專用設備。鋰電生產設備行業要快速發展，設備研發必須滿足鋰電池的新工藝、新技術和新發展的變化，將鋰電池制造的工藝細節、工藝參數融入到設備的設計和制造中，使設備真正成為保障電池生產獨特工藝技術的專用設備。

（4）重點研發動力鋰電池設備。隨著鋰電技術的不斷發展和技術瓶頸的突破，預計在2020 年混合動力車（HEV）將汽車生產總數的50%，動力鋰電池在未來鋰電產業發展中將占據很大的市場份額，將使動力鋰電池設備進入新的發展時期。由于動力鋰電池對安全性的更高要求，動力鋰電池設備將在使用穩定性和精度方面面臨更高的要求。

【參考文獻】

[1] 屈偉平.鋰電池的發展概述[J].城市車輛.2009（5）：51～54

[2] 蘇金然.我國鋰離子電池發展概述[J].中國電池行業20年發展歷程.71～78

[3] 曹金亮，陳修強，張春光，李虹.鋰電池最新研究進展[J].電源技術.2013（08）1460～1463

[4] 郎鵬，任劍.發展我國鋰離子動力電池關鍵工藝設備思考[J].電子工業專業設備.2009（11）25～26

[5] 楊振宇，何佳兵，桂祖平.國內鋰電裝備行業發展現狀和趨勢[J].電子工業用設備.2010（07）29～31

[6] 北京七星華創電子股份有限公司.我國鋰離子電池制造裝備發展概述[J].中國電池行業20年發展歷程.91～93

[7] 胡玥紅.基于機器視覺的鋰電池極片缺陷檢測研究[D].哈爾濱工業大學.2015

[8] 王曉霞.中國動力鋰電池產業化運行機制研究[D].北京交通大學.2011