走進鋰電 了解行業(yè)發(fā)展趨勢
什么是鋰離子電池?
鋰離子電池(LithiumIonBattery,縮寫為LIB),又稱鋰電池。是指電化學體系中含有鋰(包括金屬鋰、鋰合金和鋰離子、鋰聚合物)的電池。一般鋰電池分為液態(tài)鋰離子電池(LIB)和聚合物鋰離子電池(PLB)2類。
鋰離子促進電動助力車具有以下幾個因素:比能量高、循環(huán)壽命長、具有較寬的充電功率范圍、倍率放電性能好。
鋰電池發(fā)展概述
自1970年代埃克森的M.S.Whittingham采用硫化鈦作為正極材料,金屬鋰作為負極材料,制成首個鋰電池。直至商業(yè)化以來,鋰離子電池不斷攻城略地,已在便攜式電器如手提電腦、攝像機、移動通訊中得到普遍應用。目前關于鋰電池電解液主要用于手機、數碼相機、手提電腦等電子產品以及礦燈,約占鋰離子全部使用量的90%;已經獨霸手機和手提電腦等高端市場,成為各類電子產品的主力電源。電子產品、礦燈等用鋰電池的需求將保持每年10%的穩(wěn)定增長。
鋰電池技術原理

鋰離子電池的工作原理其實就是指其充放電原理。
液態(tài)鋰離子電池是指Li+嵌入化合物為正、負極的二次電池。電池正極采用鋰化合物LiCoO2或LiMn2O4,負極采用鋰-碳層間化合物。電池運用的反應方程式為:Li+MnO2=LiMnO2該反應為氧化還原反應,放電。(如右圖)
當對電池進行充電時,電池的正極上有鋰離子生成,生成的鋰離子經過電解液運動到負極。而作為負極的碳呈層狀結構,它有很多微孔,到達負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中,嵌入的鋰離子越多,充電容量越高。化學反應為:
同樣道理,當對電池進行放電時(即我們使用電池的過程),嵌在負極碳層中的鋰離子脫出,又運動回到正極。回到正極的鋰離子越多,放電容量越高。我們通常所說的電池容量指的就是放電容量。此時負極發(fā)生的化學反應為:
鋰電池結構組成

電池的主要由正負極、電解質、隔膜以及外殼組成
正極---采用能吸藏鋰離子的碳極,放電時,鋰變成鋰離子,脫離電池陽極,到達鋰離子電池陰極。
負極----材料則選擇電位盡可能接近鋰電位的可嵌入鋰化合物,如各種碳材料包括天然石墨、合成石墨、碳纖維、中間相小球碳素等和金屬氧化物。
電解質---采用LiPF6的乙烯碳酸脂、丙烯碳酸脂和低粘度二乙基碳酸脂等烷基碳酸脂搭配的混合溶劑體系。
隔膜---采用聚烯微多孔膜如PE、PP或它們復合膜,尤其是PP/PE/PP三層隔膜不僅熔點較低,而且具有較高的抗穿刺強度,起到了熱保險作用。
外殼---采用鋼或鋁材料,蓋體組件具有防爆斷電的功能。
鋰電池產品分類
鋰電池大致可分為兩類:鋰金屬電池和鋰離子電池。
鋰金屬電池:鋰金屬電池一般是使用二氧化錳為正極材料、金屬鋰或其合金金屬為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。
鋰離子電池:鋰離子電池一般是使用鋰合金金屬氧化物為正極材料、石墨為負極材料、使用非水電解質的電池。


鋰電池行業(yè)市場分析
受下游新能源汽車及儲能電池需求增長的帶動,全球及中國鋰電池產業(yè)近幾年取得了快速增長。
根據中國傳動網研究并統(tǒng)計,2016年全球及中國鋰電池產值分別為1850億元和1182億元預計2020年產值分別將達到3436億元和2165億元。尤其是中國新能源汽車的快速發(fā)展,帶動了動力鋰電池的旺盛需求。
2016年中國動力鋰電池市場規(guī)模達到780億元相比2015年增長78.9%。預計2020年中國動力鋰電池產業(yè)規(guī)模有望突破1600億元。在此背景下,曾經的鉛酸電池企業(yè)紛紛轉向,開始加大在鋰電動力電池領域的市場布局,目前,國內主要電池企業(yè)紛紛開展鋰電領域的布局,有的甚至直接轉向新能源汽車的開發(fā)。
全球鋰電池市場規(guī)模分析

鋰離子電池的工作原理其實就是指其充放電原理。
隨著數碼類電子產品和新能源動力類產品的得到廣泛應用和普及,鋰離子電池產業(yè)取得了快速發(fā)展,已經形成專業(yè)化程度高、分工明確的產業(yè)鏈體系,經過十多年的發(fā)展,全球鋰離子電池市場快速發(fā)展壯大。
中國傳動網調研統(tǒng)計數據顯示,2016年全球鋰電池電芯產值達到1850億元,同比2014年增長17.80/。預計到2020年全球鋰電池電芯產值將達到3436億元。
近兩年,全球3C鋰電池市場日趨成熟,動力鋰電池市場已經成為全球鋰電池市場快速增長的最大引擎,而就區(qū)域市場來看,中國已成為全球鋰電池發(fā)展最活躍的地區(qū)。
自2010年以來,全球鋰電池總產量年均增長速度在25%以上,2016年全球鋰電池總出貨量達到115.4GWH,較上年同比增長21.1%。預計2020年,全球鋰電池 出貨量將達到265.7GWH,是2016年的2.5倍。(如右圖表2)
其中應用于電動汽車、三輪車、電動自行車、獨輪車等交通工具類的動力電池的出貨量達到 30.02GWH,占鋰電池總 出貨量的三成左右。 2016 年,全球鋰電池出貨量達到 115.38GWH,其中動力鋰電池 出貨量將達到 45.33GWH,占比達到四成。(如右圖表3)
在三種形狀的鋰電池電芯中,2015年,軟包電芯與方型電芯產量相當,出貨量均在34Gw日左右,均超過圓柱電芯,而圓柱電芯的需求量則為26.68GW日,占比約為280/。 隨著新能源汽車市場的發(fā)展,未來對方型電芯的需求量將進一步擴大,預計2016年方型電芯將占據市場的四成左右。(如右圖表4)
全球鋰電池市場規(guī)模分析

新能源汽車的快速發(fā)展,帶來了動力鋰電池的旺盛需求,而在新能源汽車發(fā)展最迅速的地區(qū),越來越多的中國鋰電池企業(yè)開始躋身于全球鋰電池前列。就鋰電池企業(yè)市場規(guī)模來看, 2015 年全球鋰電池前10家市場規(guī)模達到 1045.2 億元,占全球鋰電池市場的68%。從全球鋰電池市場集中度來看,2016年TOP10集中度為 72%,相比2015 年的 68%提升 4 個百分點。 從企業(yè)來看,沃特瑪取代AESC進入TOP10,寧德時代和比亞迪份額上升比較明顯。
總體而言,全球鋰離子電池產業(yè)經過十幾年的發(fā)展,基本形成了中日韓三分天下的格局。中國、韓國、日本在鋰離子電池市場的競爭中可以說是各具特色,三分天下的格局將維持相當一段時期。
作為全球鋰電池技術的領導者,日本企業(yè)總體上將工作重心放在了下一代鋰電池技術的開發(fā)上,日本企業(yè)認為,開發(fā)出能量密度達 600mAh/g 的有機化合物正極材料(目前能 量密度較高的鈷酸鋰材料也不過 150 mAh/g 左右)技術,還是不難辦到的。如果能開發(fā)出離子電導率達 10-2S/cm 的固態(tài)電解質技術,也可以使鋰電池的能量密度大幅度提高。
而近年來,韓國鋰電產業(yè)由于發(fā)展定位不清晰,前幾年發(fā)展出現反復,總體來看幾乎停滯,在三國企業(yè)的“演義”中,迷失了方向,以至于本土的鋰電市場都讓日本企業(yè)占據著60%的市場份額。而最近幾年,韓國鋰電產業(yè)的發(fā)展目標已經明確了,那就是走中高端路線,和日本企業(yè)展開競爭。
相比韓國和日本,中國的優(yōu)勢可以歸納為三個方面:
首先,制造成本低。中國有價格低廉和豐富的勞動力資源,可以使用人力為主的半自動化生產線,從而采取低成本的競爭策略。可以說除了規(guī)模的擴張外,世界鋰離子電池市場近年來價格的快速下降,基本來自于中國企業(yè)的拉動。
其次,中國有世界最大的消費市場。第三,中國已經形成鋰離子電池相對完整的產業(yè)鏈,在鋰離子電池材料的配套方面占有一定的優(yōu)勢。劣勢方面,中國企業(yè)明顯不足的是在核心技術開發(fā)方面,要想不受制于人和遭受侵權指控,技術上的創(chuàng)新仍是中國企業(yè)需要不斷努力的。此外,中國企業(yè)普遍規(guī)模較小并缺乏國際化發(fā)展經驗。
動力鋰電池行業(yè)分析總結

鋰電池應用技術有哪些
PC系列PLC
傳感器
機器人
臺達AH500
醫(yī)療設備
兼容快充
儲能優(yōu)勢
監(jiān)測系統(tǒng)
威科達
涂布機技術革新

PC系列PLC在鋰電池全自動制片機的應用
全自動制片機分為兩種:全自動負極制片機和全自動正極制片機。本文以全自動負極制片機為例。經涂布分切制成的一定寬度規(guī)格的整卷負極片要經過下列工序成為鋰電池負極片成品。每道工序都需要一個伺服控制,因此PLC控制系統(tǒng)需要提供5路伺服控制。此設備方案是PC2MU-64MT+PCM-20PG+2個16EYR。主機PC2MU-64MT自帶3路100K高速脈沖輸出,能夠控制3個伺服;定位模塊PCM-20PG帶2路100K高速脈沖輸出,能夠控制2個伺服。便捷的定...

從機靈的“糾偏專家”談起——堡盟邊沿檢測傳感器家屬在鋰電池制作裝備上的應用
堡盟的ParConZADM034邊沿檢測傳感器在東莞某電子廠的電池卷繞機上完成了完美的把持,憑仗其高精度和不亂的把持表現成了鋰電池極片放卷工序中的“糾偏專家”。
憑借著高電壓、高容量、壽命長、安全性高級優(yōu)勢,鋰電池已成為了今日大部分電子數碼產品使用的干流儲能裝置,市場對其數量和品格的必要也在不斷提升。
機器人在鋰電池行業(yè)內的應用
在鋰電池生產中的生產過程中,要把成品從生產線上自動取下來,送到檢測處通過智能圖像處理系統(tǒng)進行外觀檢驗,然后把合格產品送入特定的包裝容器內,把不合格的產品送入另一容器內需完成以下四個步驟。
一供料機構的組成及工作過程
二機器人型號及參數
三視覺系統(tǒng)簡介

臺達AH500動力鋰電池激光焊接生產線解決方案:
臺達中型PLCAH500系列應用于動力鋰電池激光焊接生產線。AH500系列采用DevicetNet遠程I/O,并提供專用線纜和接線板,大大減輕了I/O配線的工作,并兼容眾多廠家儀器、儀表,使I/O信號傳送更加可靠;采用DMCNET總線型運動控制,通信速率達10Mbps,通信距離達15m,高效通信和簡潔配線的同時,也能完成直線/圓弧插補、G代碼、電子凸輪等運動控制,輕松實現鋰電池焊接所需的各種軌跡運行;通過Ethernet網絡將多臺視覺及所需HMI和編程PC連至PLC,實現高效、長距離的通信與監(jiān)控。

鋰離子電池為便攜式醫(yī)療設備供能的優(yōu)勢
鋰離子電池的工作電壓比其它充電電池更高,通常約為3.7V,而NiCd或NiMH電池為1.2V。這意味著需要使用多節(jié)其它電池時,僅需一節(jié)鋰離子電池即可滿足使用要求。便攜式儀器設計中使用的電池能量密度越高,其產品的體積越小,便攜性也越好。電池組體積的縮小表示工程師可以利用多余空間,在同一產品中增添更多新功能。便攜式醫(yī)療設備鋰離子電池具有以下幾個優(yōu)勢:

鋰電池能兼容各種快速充電嗎?
1.驗證快充手機/充電頭的兼容性;
2.非原裝充電器充iPhone6s的速度表現。
總結:①某些非原裝充電頭對iPhone進行充電會更快充滿;②支持快充的手機需要使用到對應快充協議的充電器。

鋰離子電池在儲能領域的優(yōu)勢
物理儲能,抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等。相比化學儲能來說,物理儲能更加環(huán)保、綠色,利用天然的資源來實現.抽水蓄能、壓縮空氣儲能具有規(guī)模大、循環(huán)壽命長和運行費用低等優(yōu)點,但是需要特殊的地理條件和場地,建設的局限性較大,且一次性投資費用較高,不適合較小功率的離網發(fā)電系。

鋰離子動力電池組的監(jiān)測系統(tǒng)設計與實現
設計了基于TMS320LF2407A的監(jiān)測系統(tǒng),提出了分散數據采集與集中數據處理的方案,給出了電池監(jiān)測系統(tǒng)電壓、電流、溫度采集的軟硬件方案,搭建了單體電池數目可達8節(jié)的電池監(jiān)測系統(tǒng)底層采集模塊框架...
威科達鋰電制片機張力伺服控制系統(tǒng)
系統(tǒng)組成:HMI+PLC放卷軸專用伺服驅動器+主牽引伺服
系統(tǒng)優(yōu)勢:
1、加減速或急停急起時,張力擺幅小。
2、用伺服的專用算法計算卷徑,系統(tǒng)簡捷高效。
3、效率較傳統(tǒng)控制方法提高1倍。

鋰電涂布機技術革新——伺服間歇閥的應用
擠壓式涂布機的核心部件之一是間歇控制閥。擠壓式涂布機實現間歇涂布的功能,完全靠間歇閥的控制實現,而間歇涂布的尺寸精度、涂布厚度的縱向一致性控制,也都靠間歇閥的控制、調節(jié)精度來保證。
鋰電池生產設備市場分析
鋰電池設備市場情況
目前,我國在鋰電設備中后端制造生產方面技術領先,已接近國際先進水平,價格方面優(yōu)勢明顯,但中后端設備技術壁壘較低,工藝簡單,前端設備則相對技術要求高,對整條生產線質量有舉足輕重的作用。前端設備的國產化進程正逐步加快,高壓電容器卷繞機國產化率或達到70%。
1、未來鋰電設備行業(yè)將受動力鋰電池行業(yè)增長及國產化率提升拉動。
2、補貼退坡有利于行業(yè)洗牌,傳導到鋰電設備行業(yè)將利好一體化及高端化的企業(yè)。
鋰電池設備行業(yè)的技術特點
(1)將鋰離子電池的生產工藝技術、參數融入到設備的設計和制造之中,使設備成為有能力實現電池廠商獨特工藝、技術的專用設備;
(2)國內鋰電設備精度低于國外先進設備,部分設備穩(wěn)定性有待進一步提高;
(3)根據客戶訂單及技術參數安排生產,批量生產可能性較小;
(4)行業(yè)內鋰電設備行業(yè)標準以及相關的技術體系實施不完善;
(5)行業(yè)內部分企業(yè)缺乏知識產權保護意識,存在一些仿制現象,部分企業(yè)缺乏自主研發(fā)能力。
中國鋰電池生產設備行業(yè)環(huán)境分析
攪拌機市場
涂布機市場
卷繞機市場
疊片機市場
組裝設備市場
電化學市場

前段-攪拌機市場
2015-2016年增速較快的主要原因是:
1)各大動力電池廠在擴產如,沃特瑪、CATL、國軒、力神、億緯、 南都等;
2)新進入動力電池企業(yè)增多,需要采購新設備如,駱駝、湖南三迅、橫店東磁等;
3)動力電池性能要求較高,對攪拌機需要更高速穩(wěn)定密封型(真空攪拌機),因此一些企業(yè)對設備進行更新換代如,比亞迪、南都、微宏等。
由于動力電池的產量較大,更趨向于購買容積偏大的攪拌機,從而提高生產效率。大容量攪拌機(如500L以上)使用的核心源器件較小容積的攪拌機要求更高,因此價格也高出很多。

前段-涂布機市場
涂覆隔膜發(fā)展迅速。涂覆隔膜是指通過涂布機把陶瓷膠料或PVDF涂覆在隔膜上的一種隔膜,它具有更高的耐溫性能、韌性,在加工涂覆隔膜時需要應用涂布機。
涂布機將依靠動力電池的迅速擴張而實現出貨量的快速增長,同時精度更高、速度更快的擠壓式涂布機的占比會越來越大。新能源汽車終端對動力電池的需求越來越高,因此對設備、工藝提出了新的需求。

中段-卷繞機市場
全自動卷繞機的價格遠高于半自動,早期由于技術發(fā)展較晚,國內老的卷繞機設備以半自動為主,近年來隨著電池廠商擴產,及對加工工藝要求提升,全自動市場份額逐年上升,2016年全自動卷繞機出貨量占比達60%以上。

中段-疊片機市場
2013-2016年上半年,普通型疊片機產值增長有限,而全自動疊片機產值增長較快,主要是隨著新能源汽車市場的爆發(fā),終端市場對動力電池的續(xù)航、安全性要求越來越高,而全自動疊片機在生產過程中對產品的穩(wěn)定性、一致性等性能有很大的提升。

中段-組裝設備市場
鋰電池組裝環(huán)節(jié)所有的設備是在傳統(tǒng)產品的基礎,根據鋰電池行業(yè)的特 性進行改造、定制,屬于非標產品。
由于鋰電池組裝設備市場容量小、對精度要求高、產品的通用性差、對下游電池廠商依賴性大,傳統(tǒng)設備廠商 較少進入組裝環(huán)節(jié)。
專門生產焊接機、注液機等設備的企業(yè)較少,通常是其他環(huán)節(jié)的設備企業(yè)在業(yè)務開拓時進入組裝環(huán)節(jié),如吉陽自動化生產部分注液機、新嘉拓自動化生產部分極耳焊接機。
后段-電化學市場
在鋰電池生產后段電化學設備市場中,化成柜的售價高、需求量大,化成柜的投入占鋰電池生產線的27%以上,是投入最大的設備環(huán)節(jié)。 目前對電芯企業(yè)提出免費安裝實驗室檢測的要求。鋰電池檢測設備的購買群體主要有:鋰電池生產企業(yè)、充電 站、鋰電池使用企業(yè)(如電動汽車整車廠商)。
國內外重要供應商
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德國博世(鋰電池)
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三星SDI(棱柱電池)
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LG化學(三元鋰離子電池)
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松下(鋰電池)
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AESC(鋰電池)
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江森-薩福特JohnsonControls-Saft(鋰離子電池)
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比亞迪
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力神
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國軒高科
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沃特瑪
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寧德時代
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光宇
新能源動力鋰電池趨勢與發(fā)展
新能鋰電池產業(yè)鏈上游為鋰礦產資源,中游為鋰電池材料、電芯生產、電芯生產裝備、鋰電池檢測系統(tǒng)提供商和鋰電池組裝企業(yè),下游主要是鋰電池配套應用領域,包括3C產品、電動工具、電動自行車、新能源汽車、儲能等行業(yè)。

伴隨著我國新能源汽車產銷爆發(fā)式增長,與新能源汽車“休戚相關”的鋰電池迎來了“黃金時代”。但也不能免除新能源動力電池高端供應不足導致產能過剩。
根據中國汽車工業(yè)協會數據顯示,2016年新能源汽車銷售50.7萬輛,同比增長53%。由于新能源汽車市場的持續(xù)高增長,動力電池產能一直存在缺口,供應不足,甚至一度出現“新能源整車企業(yè)銷量由電池企業(yè)的產量決定”的現象。從3月開始,各企業(yè)就已經開始放量生產,7月產量超過1萬輛,環(huán)比6月大幅上漲,同比暴增140%之多;1-7月累計產量突破了2.2萬輛,遠超歷史水平,新能源專用車的累計產銷分別完成22960輛和12468輛。預計今年新能源專用車產量達到8-10萬輛的可能性比較大。
到2020年,新能源動力電池行業(yè)總產能將超過100G瓦時,形成產銷規(guī)模在40G瓦時以上、具有國際競爭力的龍頭企業(yè)。關于能量密度,工信部要求:新型鋰離子動力電池單體比能量超過300瓦時/公斤;系統(tǒng)比能量力爭達到260瓦時/公斤、成本降至1元/瓦時以下,使用環(huán)境達-30℃到55℃,可具備3C充電能力。到2025年,新體系動力電池技術取得突破性進展,單體比能量達500瓦時/公斤。2017年三元電池將是技術主流和發(fā)展趨勢,特別是在乘用車應用領域。
鋰電池檢測系統(tǒng)未來市場需求將高速增長。2014年全球鋰電池檢測系統(tǒng)市場需求為44億元人民幣,我國市場需求約為26億元人民幣。預計2018年全球鋰電池檢測系統(tǒng)市場需求為120億元人民幣,我國市場需求約為65億元人民幣。鋰電池應用領域的不斷拓展和行業(yè)技術的進步,鋰電池檢測系統(tǒng)向節(jié)能、高效率、高性能、高精度、智能化方向發(fā)展。