锂聚合物电池

锂聚合物电池 随着科学技术的发展及电化学材料及工艺技术的进步人们不断地研究、开发出新型电池材料及新型电池。继镍镉、镍氢可充电电池之后在1991年开发出可充电的锂离子电池1995年又推出性能更好的聚合物锂电池到2002年后新型磷酸铁锂电池又问世。 本文仅介绍目前先进的发展势头迅猛的锂聚合物电池 根据锂离子电池所用电解质材料不同锂离子电池可以分为液态锂离子电池lithium ion battery 简称为LIB和聚合物锂离子电池polymer lithium ion battery 简称为LIP两大类。 一、液态锂离子和聚合物锂离子的不同 聚合物锂离子电池所用的正负极材料与液态锂离子都是相同的电池的工作原理也基本一致。它们的主要区别在于电解质的不同 锂离子电池使用的是液体电解质 而聚合物锂离子电池则以固体聚合物电解质来代替 这种聚合物可以是“干态”的也可以是“胶态”的目前大部分采用聚合物胶体电解质。 二、锂聚合物电池的介绍 锂聚合物电池Li-polymer又称高分子锂电池是电池行业中技术含量最高最新的品种以钴酸锂材料为正极碳材料为负极电解质采用固态或凝胶态有机导电膜组成并采用铝塑膜做外包装的最新一代可充锂离子电池。 它是液态离电池的更新换代产品不仅具有液态锂离子电池的高电压、长循环寿命、放电电压平稳以及清洁无污染等特点而且消除了液态锂离子电池存在的爆炸的安全隐患具有更高的能量密度同时外形更灵活、方便重量轻巧产品性能均达到或超过液态锂离子的技术指标更具有安全性 在形状上锂聚合物电池具有超薄化特征可以配合各种产品的需要制作成任何形状与容量的电池。该类电池可以达到的最小厚度可达0.5mm。 它的标称电压与Li-ion一样也是3.6或3.7V没有记忆效应。 三、锂聚合物电池的原理 相对于锂离子电池锂聚合物电池的特点如下 1. 无电池漏液问题其电池内部不含液态电解液使用胶态的固体。 2. 可制成薄型电池以3.6V400mAh的容量其厚度可薄至0.5mm。 3. 电池可设计成多种形状。 4. 电池可弯曲变形高分子电池最大可弯曲90?左右。 5. 可制成单颗高电压液态电解质的电池仅能以数颗电池串联得到高电压而高分子电池由于本身无液体可在单颗内做成多层组合来达到高电压。 6. 容量将比同样大小的锂离子电池高出一倍。 四、锂聚合物电池的应用 主要有移动电话、笔记本电脑、手持电脑、个人数字助理PDA、 MP3、智能卡、手、耳机、DVD和VCD播放器、Scooters、HEVs等等 五、锂聚合物电池的主要生产企业竞争对手情况 我国锂离子电池产量全球第一生产量占世界总量的三分之一以上100多家锂电生产企业对锂离子电池材料需求殷切不少厂商都在今后两年内把产量大幅提高。目前中国锂电制造企业形成了液态锂电以比亚迪为首聚合物锂电以TCL电池为首的两大巨头。TCL电池完成了聚合物锂离子电芯从技术研发到大规模生产的全过程并且迅速走到了这项技术的最前沿。TCL生产的聚合物锂电芯在电池电化学阻抗、能量密度、高低温放电等方面均已跻身世界一流行列。 由于各个厂商生产工艺的不同目前市场上的聚合物锂电分为卷绕式索尼、东芝为代表、叠片式TCL、ATL为代表两种不同结构但适应于手机需求的规格大都在4mm厚度以下。 公司名 法人 成立时间 规模 ATL新能源科技有限公司 张毓捷博士 1999年10月 广东省高新技术企业 隶属于日本TDK集团总部位于香港 独资子公司 -东莞新能源电子科技有限公司 -东莞新能源科技有限公司 -宁德新能源科技有限公司 目前公司规模超过1万人 TCL金能电池有限公司 1999年 省高新技术企业 TCL集团股份有限公司旗下企业工业园占地面积近十万平方米年产能达6000万只全球第三大聚合物电池生产企业知名通讯设备商华为的供应商。也通过了三星和MOTO的认证 优科能源科技有限公司 吴先生 2004年 省高新技术企业 隶属于万利达控股总部设在香港在福建和广东分别设有工厂。目前公司拥有生产面积近10万平方米员工6000多人日产大容量聚合物锂电池20万只以上、手机电池50万只以上 深圳市美拜电子有限公司 李万春 1998年 深圳高新技术企业 在职员工1000 人左右设计产能达到500万只/月的各类电芯及成品电池已通过ISO140012004环境体系认证2008年导入金蝶ERP 广州鹏辉电池有限公司 夏信德 2002年 注册资金1000万元鹏辉在广州和珠海建有两个现代化的生产基地珠海公司注册750万元占地总面积超过380000平方米在职员工达4200多名日产量超过10万支 佛山市实达科技有限公司 邝达辉 1997年11月 注册资金300万元厂房建筑面积达28000平方米员工超过1600人锂聚合物电池日产能达到8万只 上海德朗能电池有限公司 吴江锋 2001年10月 上海市高新技术企业 注册资金1500万元2003年4月份正式投产总占地面积3.6万平方米建筑面积1万平方米 江苏赛尔电池有限公司 郭道传 2002年4月 江苏省高新技术企业 江苏省著名商标 注册资金1000万元其前身是1999年6月成立的深圳镍霸电池有限公司在江苏及深圳两地拥有厂房 年龙华厂投入聚合物电池的研究和开发现日产5万PCS即将现有员工1200余名2006 搬厂到东莞塘厦 曙鹏科技深圳有限公司 潘党育 2008年3月 香港豪鹏科技有限公司旗下的全资子公司建筑面积9000平方米注册资金100万美元在职员工700余人通过了ISO90012000、ISO140012004认证 其他一些聚合物生产企业 第一等 索尼福岛工厂优于无锡工厂主要是蓝牙耳机索尼绝对是NO.1 30万/天涂抹式的聚合物 第二等 LGSKC三洋力神。 力神已给MOTOROLA出货SDLGSKC在韩国市三星ATL新能源 场的三巨头给自家的手机配套居多。 第三等 精进英赛尔全友KOKAM吉赛能量威新能锂新 精进在韩国台湾很有名给三星创新科技富光辉等MP3厂出货英赛尔是邦凯的品牌已成为TDI的正式供应商另一家是力神。全友基本上只做美国市场已给苹果I-POD供货。吉赛能主要给科健出货自动化设备量威等三家台湾厂主要做台湾市场自动化设备 第四等 南都万马飞力特宝龙BYD光宇 BYD与光宇在液态锂离子电池市场呼风唤雨可锂聚合物软包装做的是在不怎么样。万马等目前靠价位抢单品质一般 第五等 北京中晟力多威国光等 六、聚合物锂离子的发展趋势展望 表1全球聚合物锂离子电池产量、增长率及市场份额 年份 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 产量颗 500万 1500万 2300万 5800万 9000万 1.2亿 1.6亿 增长率 - 200 53.3 152 55.2 33.3 33.3 市场份额 1.22 2.75 4.01 6.98 7.83 8.45 9.3 表2.日本聚合物锂电池的生产与应用现状 厂家名称 松下电池 索尼公司 日立麦克赛尔 汤浅公司 三洋电机 GS 生产时间 99年1月 99年1月 99年9月 2000年初 2000年中 应用 NTT手机 欧洲手机 夏普笔记本 神户制钢与NTT的音响设备 三洋生产的CDMA 手机及笔记本电脑 电池重量g 15 16 559 11 容量mAh 500 540 1500 175 450 500 标称电压V 3.7 3.7 23.6 2.7 3.7 3.7 生产能力只/月 30万 120万 30万 30万 40万 50万 聚合物锂离子电池在全球技术成熟并商业化已经2年多时间了虽然销量在快速增长但其市场份额尚低于10与液态锂电90的市场份额无法相比大大低于人们的预期。由于各种原因目前市场上聚合物的价格普遍要高于液态锂电但是由于移动电器的竞争模式正在悄悄地发生变化特别是聚合物电池给移动电器带来的设计价值创新如4mm厚度以下的优越性能、大型规格电池聚合物电池正被越来越多的手机、移动DVD等设计人员所认识因而聚合物厂商还是信心十足坚信聚合物的时代一定会到来。 可以从手机的发展看聚合物锂离子电池的发展趋势。目前手机有以下几个发展趋势 1 手机本身向 小型化、超薄化方向发展以方便消费者的携带 2 手机设计的个性化表现在设计理念已经不再是原来方方正正的形状不规则形状、曲线、弧面设计造型成为手机设计美学化的主流 3 使用彩屏、手机功能的不断增加。 为了使手机小型化电池减小、减薄是一个最有效的途径。4mm以下厚度电池有成为薄型只 渲玫闹髁髑魇拼有约郾壤唇舱馐蔷酆衔锏奶爻ぁ,还嬖蛐巫础? 摺??嫔杓圃煨偷氖只 绯亓粝碌挠行Э占浔涑闪瞬还嬖蛐巫础,禾 某し叫筒荒苡行Ю 每占淙萘拷系投 骄酆衔锟梢越 庵植还嬖蚩占渥钣行У乩 闷鹄词谷萘糠糯蟆,罱黅CL金能公司推出的圆弧型电池、梯形电池、背包电池能使手机比使用相应规格的液态电池容量增加50以上。手机功能越来越多导致耗电越来越多。要求电池容量相应地增加。在不增加电池厚度的情况下聚合电池是有明显优势的。与此相似笔记本电脑、蓝牙耳机、小灵通手机、移动DVD等电器都在向移动、便携化方向发展都配上了液晶显示而且功能在不断增多液晶屏幕在不断增大。这些都给聚合物锂离子电池提供了无限的商机。 市场调查公司美国FrostampSullivan预计锂电池的全球市场今后将大幅增长2013年 亿供货量将达到39.9亿块。该公司的调查数据显示目前锂电池的全球供货量约为176块。销售额为58.9亿美元。 FrostampSullivan分析指出锂电池能源密度的提高以及轻量化是今后需求扩大的关键。尤其近年来可进行多重任务处理的普通消费者用“小配件”的市场扩大使得对能源密度高且重量小的锂电池的需求增大。另外配备高能效电池的产业用便携设备的需求增加也将推动锂电池市场的增长。由于认识到在消费类产品中使用锂电池的好处因此预计在产业用设备中的使用量将增加。预计消费类产品用锂电池市场已经成熟而面向产业及车载的市场今后5年7年内还会持续增长。 锂电的安全性 2005年以来发生多起NB及手机电池起火燃烧事件使得Sony、Sanyo、松下及LG等锂电厂商回收动作不断。07及08胩松下及LG又陆续发生锂电池生产线的起火意外使得锂电市场供求更加紧俏。 锂离子电池制造工艺 1、锂离子电池的结构 无论何种锂离子电池锂离子电池的基本结构为正极片、负极片、正负极集流体、隔膜纸、外壳及密封圈、盖板等。 1 正极材料目前使用的正极材料有LiCoO2LiMn2O4LiFePO4以及这几种材料的掺杂改性体系。正极片集流体采用铝箔。 2 负极材料各种型号的石墨。负极片集流体采用铜箔。 3 电解液目前锂盐电解质较好的是LiPF6但价格较贵其它有LiAsF6但毒性大LiClO4具有强氧化性有机溶剂有DECDMCDME等。 4 隔膜纸隔膜采用微孔聚丙烯薄膜或特殊处理的低密度聚乙烯膜。 此外外壳盖帽、密封圈等根据电池的外形变化而有所改变。还要考虑安全装置保护电路等。 2、锂离子电池的制造工艺 锂离子电池的制造工艺技术非常严格。工艺的严格时电池性能一致性和安全性的保证。锂离子电池制造工艺如图所示 锂电池制造工艺流程中的主要工序是配料制浆、制片涂膜、装配和化成。其中正极浆料是由正极活性物质钴酸锂LiCoO2、导电剂碳粉、石墨等和粘结剂PVdFN-二甲基砒咯烷酮组成负极浆料是由负极活性物质碳或石墨和粘结剂PVdFN-二甲基砒咯烷酮组成。正极的基片是铝箔负极的基片是铜箔。注液的电解液是多元的有机物如碳酸乙烯酯EC、碳酸二乙酯DEC、二甲基酸酯DMC、乙基甲基碳酸酯EMC、碳酸丙烯酯PC、二甲基乙二醇DME、四氢呋喃THF等等。由于在涂膜制片工序一般都是采用机械湿式挂浆与干燥所以不易产生粉尘只是在切片及卷绕组装时会有粉尘产生。主要的污染物是干燥工序中产生的有机废气。 锂电材料供应商 正极材料 1、中信国安盟固利 在锂离子二次电池正极材料方面国安公司所属的中信国安盟固利电源 技术有限公司以下简称盟固利公司通过成立盟固利电源技术研究院与北京大学开展“新能源材料与技术合作”取得了可喜成果。其中盟固利公司“锂离子二次电池正极材料钴酸锂的合成”技术被评为2004年度“国家科学技术进步二等奖”。盟固利公司生产的锂离子二次电池正极材料钴酸锂产品的市场覆盖率、市场占有率、产销量一直保持国内领先地位钴酸锂产销量占据国内40市场。 2005年盟固利公司在世界上首家实现了锂离子电池正极材料锰酸锂的规模化生产公司承担的北京市重点科技项目“锂离子电池正极材料锰酸锂的产业化技术开发”和“大容量锰酸锂动力电池研究”项目已通过北京市科委组织的项目验收被认定为重大科技成果转换项目荣获“北京2005年科技进步一等奖”。使用盟固利公司100Ah大容量安全型锰酸锂动力电池的电动公交车最高行驶速度120公里/小时一次充电行驶里程为210公里已完成示范运营1.2万公里通过了北京理工大学电动车辆工程技术中心的运行测试。 最近 2008年北京奥组委决定奥运会期间投入50部纯电动豪华公交车 在奥运村、媒体村、北部赛区开通三条内部环线24小时不间断提供服务 其中 纯电动车的锂离子电池全部由中信国安盟固利公司提供无疑这将为建设绿色奥运和科技奥运起到积极的推动作用。在锂离子二次电池及正极材料业务领域盟固利公司已经形成了具有自主知识产权的核心技术体系并向国家专利局申请了10项技术专利 其中锂离子二次电池生产专利4项、正极材料生产专利2项、其它生产专利4项。 2、咸阳博远金属新材料有限公司 咸阳博远金属新材料有限公司属于民营股份制高新技术产业占地面积18000平米主要从事锂电电池材料及锂电电池材料前驱体的生产、研发、销售。拥有年生产四氧化三钴300吨磷酸铁锂及磷酸铁锂专用草酸亚铁3000吨的生产能力和自主知识产权。 3、北京有色金属研究总院 锂离子电池电极材料氢化锂、锂离子电池电极材料、金属锂 4、天津斯特兰能源科技有限公司 天津斯特兰能源科技有限公司是一家专注于高端新能源材料的研发及应用的高新技术产业是目前国际上少数几家专业生产磷酸盐系列锂电正极材料的公司之一。斯特兰能源致力于新型高安全性磷酸盐体系锂离子电池正极材料的研究开发、生产销售及相关技术咨询和服务公司遵循“科技创造未来”的发展理念秉承“诚信、创新、责任”的企业宗旨以高技术产品作为切入点为人类现代生活提供安全、绿色环保的新一代储能材料。 5、深圳市源源新材料科技有限公司 深圳市源源新材料科技有限公司成立于2001年8月是深圳市留学人员创业园内的高科技新材料企业。专业从事锂离子电池正极材料的研发、生产及销售主导产品是锰酸锂系锂离子电池正极材料性能指标达到国际先进水平 锰酸锂LiMn2O4正极材料其性能与目前广泛使用的钴酸锂LiCoO2相比具有热稳定性好、安全性高、对环境无毒性、价格低廉等优点 6、湖南瑞祥 湖南瑞翔新材料有限公司是设立在长沙国家新材料开发基地的高科技新材料企业 专门从事锂离子电池正极材料的开发和生产. 国内最大钴酸锂供应商。主导产品钴酸锂LiCoO2、锰酸锂。公司生产工艺先进 设备精良 采用高精度自控监测系统 检测手段和设备完善 质量保证体系和管理体系健全 2003年5月通过了ISO9001: 2000质量体系认证 2005年1月通过了ISO14001: 1996环境管理体系认证. 产品具有良好的稳定性和一致性 性能指标达到国际领先水平 目前生产能力己达到年产2000吨规模 锰酸锂年产300吨 2006年将达到年产4000吨规模. 瑞翔公司市场占有率稳步提高已经成为国内最大的钴酸锂供应商之一并成为国内高端锂离子电池生产商的首选供应商。目前公司主要客户有深圳比克、华粤宝、邦凯、惠州TCL、东莞新能源ATL、精进能源、东莞迈科、中兴弘德、武汉力兴、 杭州万马、杭州菱日、无锡桑达、南都瑞宝、山东齐星、湖南继善、上海德朗能、宁波维科、珠海高密、天津力神、佛山实达等八十多家国内客户。 7、北大先行科技产业有限公司 北大先行科技产业有限公司成立于1999年12月位于北京市中关村科技园昌平园。公司由东圣投资有限公司和北京大学合作创建注册资金为3000万元是北京市的高新技术企业。公司以北京大学雄厚科研力量和东圣投资公司的充足资金和管理优势为依托在锂离子电池材料方面在国内处于领先地位成功地研制出具有国际先进水平的正负极材料.经国家电池工业协会指定权威部门的检测及相关用户的使用其多项指标已达到或超过目前市场上销售的进口同类产品。优质稳定的产品质量吸引了国内外很多优秀电池厂家形成了稳定的客户群产品远销韩国、台湾等地区。根据公司的战略发展规划现设有六个职能部门和三个项目部具有为广大客户提供一系列的优质的锂离子电池正极材料的能力。公司钴酸锂产能1500吨/年、锰酸锂产能50吨/年、磷酸亚铁锂产能100吨/年、三元素200吨/年。 8、余姚金和 宁波金和新材料有限公司是一家集研发、生产、销售高性能电池材料为一体的高新技术企业。公司位于经济发达的长江三角洲经济区经济环境优良离海运、航空、铁路等运输港车程均不足1小时交通非常便捷。 公司为满足市场不断发展的需要和实现企业永续经营的目标整合公司内外强大的研发力量陆续推出镍氢、镍镉电池正极材料球形氢氧化镍和锂离子电池正极材料钴酸锂其良好的性能可靠的质量赢得了海内外用户的一致好评。2003年9月公司月产135吨钴酸锂生产线已投入正常运行。 9、北京当升 北 年至今已发展壮大成为一个拥有两个工厂、深圳分京当升材料科技有限公司由1992 公司现有员工400多人的企业。公司的主要产品为钴酸锂、氧化钴、氧化铋、氧化亚镍、氧化硅、氧化锑、碳酸锰等产品远销日本、韩国及台湾等地区。在锂离子电池材料行业产品质量与生产规模居于国内前列。 10、淄博启明星新材料有限公司 钴酸锂、 11、深圳市兴磁新材料有限公司 公司在锂离子电池材料核心技术进行了多年的研发目前拥有多项关于这方面的技术专利陆续开发了锰酸锂、磷酸亚铁锂、隔膜、高容量负极等。所生产的锰酸锂材料和磷酸铁锂材料具有良好的稳定性和一致性 性能指标均达到国际领先水平 锂离子电池负极材料 1、杉杉科技 2001年起杉杉股份就开始通过上海杉杉科技公司从事锂电池材料如今已经成为世界级的锂电池负极材料供应商。杉杉项目的核心是中间相碳微球CMS技术是目前锂离子电池负极材料中性能最好的。目前国内低成本是将石墨颗粒整形成微球形状上与CMS相近虽然容量是相近了但循环性非常不好。如果采用CMS材料可能循环1000次而用石墨微球材料也就只有能够循环100次左右。这意味着使用CMS制成的锂电池寿命比石墨颗粒制成的锂电池寿命要长10倍。也正因为如此这项国家“863”计划项目在2002年被国家计委列为上海市唯一入选的国家高技术产业化示范工程项目。如今杉杉科技在锂电池经国内权威机构测试性能达国际领先水平材料颗粒尺寸已达到纳米水平。目前该材料的国际第一提供商是日本的大阪煤气公司年产量为1200吨。杉杉年产800吨的新项目将在2004年投产届时年产量将达到1100吨成为世界第二。同时杉杉科技也提供锂电正极材料和电解液 2、深圳市斯诺实业发展有限公司 深圳市斯诺特殊碳材料公司成立于二零零一年初总部设在深圳市南山区是一家按现代企业#管理#建立的致力于新型碳材料领域的研究和开发、销售一体的高科技民营企业。石墨 3、中磊实业有限公司 江苏省张家港市中磊实业有限公司生产的球形石墨采用优质的石墨原料自主研发的球化设备、分选设备以及独特的加工工艺。生产的产品结晶配向良 好粒度分度集中质量稳定。其制成品首次放电容量可达360mAh/g以上充放电效率达86以上。通过调正工艺及设备参数可满足不同客户的需求。 球形石墨是理想的锂电负极原材料。 4、天津铁成 中间相炭微球 5、贝特瑞 公司是深圳市高新技术企业国家863项目实施企业专业致力于碳素、石墨等材料的深加工研发和生产、销售。已开发有1、锂离子电池用石墨负极材料和LMO正极.