锂离子电池是采用可嵌入锂的材料作负极,含锂的化合物作正极,聚丙烯/聚乙烯多孔膜作隔离层,锂盐溶于剂作电解液的锂二次电池。锂化合物正极活性材料、碳黑等材料与粘接剂混和制浆,涂覆在集流体铝箔上,经烘干、辊压制成正极片;石墨等碳负极材料涂覆在铜箔上,采用与正极相同的方法制成负极片;正、负极片之间插入微孔聚丙烯等薄隔膜作为隔离层,卷绕或叠片成圆柱形或矩形,装入电池壳,经焊接引出电池正负极,再加入电解质溶液,化成、封口,即成为单体电池。
锂离子动力电池单体的形状有圆柱、矩形金属壳(铝/钢)和矩形软包散装,圆柱电池包括主要用于笔记本电脑的现在特斯拉汽车公司选用的18650圆柱电池和直径及长度更大的圆柱电池,电芯通过卷绕方式制作。矩形电池一般容量较大,电芯通过卷绕、Z形叠片、卷绕+叠片、正极包膜叠片、叠片+卷绕等方式制作。软包电池电芯的制作方式与矩形金属壳电池相同。
圆柱型电芯技术最成熟,制造成本较低,但大型圆柱电池的散热能力较差,故一般选用小圆柱电池。车用电池组容量大,电池数量多,管理系统较为复杂和昂贵。矩形电池中卷绕结构电池制作工艺较简单,但主要适合于软极片电池,采用磷酸铁锂和三元材料的电池均可用此方法。但尖晶石正极材料电池因极片硬而不能采用此方式制作。叠片式电池适应于各种材料体系,可靠性高,寿命比同型号卷绕电池长,通用Volt插电式混合动力汽车和日产Leaf纯电动汽车的电池均采用叠片工艺制造。电动袋式叠片电池结构见图8。叠片工艺制造的电池过程复杂一些,但寿命比用相同材料体系扁形卷绕的电池长
全球锂电池隔膜产量速增长,湿法隔膜占据主导地位。在锂电池下游市场不断扩张的带动下,全球锂电池隔膜增速不断提。根据相关数据统计,2015 年全球锂电池隔膜 产量为 12.9 亿平方米,同比增长 31.5%。2010-2015 年,锂电池隔膜产量年均复合增速达 20.87%。未来行业有望继续保持较增速,工锂电预计 2016 年整体产量增速 达到 29%。从产量结构来看,2015 年全球湿法隔膜占比为 65%,相较于 2014 年同比 上升 4 个百分点。这表明湿法工艺在全球锂电池隔膜产业的主导地位十分稳固。
近年来,中国和韩国企业逐步掌握干法隔膜制备工艺并持续扩大产能,行业的市场格局有所变化。2016 年日本、韩国、美国等5 家隔膜企业的市场占有率为 62%,相较于 2015 年的 68%下降 6 个百分点,行业集中度有所分散。
中国锂电池隔膜崛起,湿法占比低于全球水平。由于行业的巨大需求,国内涉足隔膜产业的企业不断增加,生产技术也取得长足进步,加快了中国隔膜国产化进程。据工锂电统计,2015 年中国锂电隔膜销量达到 6.28 亿平方米,同比增长 49.5%,预计 2016 年将达到8.15 亿平方米,同比增长 29.8%。2010-2015 年,我国锂电池隔膜销量年均复合增速达 62.7%。
同期,我国锂电池隔膜市场规模年均复合增速为 38.4%。在产能结构上,我国锂电池隔膜仍以干法工艺为主,2015 年湿法隔膜占比为 38%,虽较 2014 年同比上升 6个百分点,但仍远低于全球 68%的平均水平。目前我国锂电池隔膜生产企业纷纷加码湿法工艺,预计未来我国湿法隔膜产能占比将大幅提升。
机为例,使用过一段时间的手机,可以很明显的感觉到手机电池“不耐用”了,刚开始可能一天只充一次,后面可能需要一天充电两次,这就是电池寿命不断衰减的体现。
锂离子电池的寿命分为循环寿命和日历寿命两个参数。循环寿命一般以次数为单位,表征电池可以循环充放电的次数。当然这里也是有条件的,一般是在理想的温湿度下,以额定的充放电电流进行深度的充放电(100% DOD或者80%DOD),计算电池容量衰减到额定容量的80%时,所经历的循环次数。
日历寿命的定义则比较复杂,电池不可能一直在充放电,有存储和搁置,也不可能一直处于理想环境条件,会经历各种温湿度条件,充放电的倍率也是时刻在变化的,所以实际的使用寿命就需要模拟和测试。简单的说,日历寿命就是电池在使用环境条件下,经过特定的使用工况,达到寿命终止条件(比如容量衰减到80%)的时间跨度。日历寿命与具体的使用要求是紧密结合的,通常需要规定具体的使用工况,环境条件,存储间隔等。
日历寿命比循环寿命更具有实际意义,但由于日历寿命的测算非常复杂,而且耗时太长,所以一般电池厂家只给出循环寿命的数据。如需要获得日历寿命的数据,通常要额外付费,且要等待很长时间。