王苏然
【摘 要】 锂电产业的迅猛发展，给锂电设备行业带来巨大的机遇和挑战。随着人口福利优势的日益减弱，以及锂电生产对设备要求的提高，使得我国锂电产业迫切要求高性能锂电生产设备。由于未掌握核心技术，以及企业规模较小，使得我国锂电生产的自动化程度并不高;但进口设备价格昂贵，并且在关键技术及设备方面对我国加以限制。因此，加快锂电池关键技术的研究，研发高水平的锂电池生产装备，已成为锂电池装备产业技术进步的关键问题。
本文系统地研究了全球锂电产业的发展现状及发展趋势，对锂电池生产的关键技术及生产装备的发展现状系统归纳。
【关键词】 圆柱锂电池 发展现状
1研究背景
随着石油等不可再生能源的日渐枯竭，清洁能源和可再生能源的研发与利用已经引起各国广泛重视。由于具有能量比高、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应和环境污染小等优势，世界各国普遍认为锂电池将成为21 世纪的主要候选动力能源之一，纷纷加强了锂电池关键技术研究与推广应用[1]。
随着智能手机、笔记本电脑、数码产品等消费电子产品快速发展，近年来我国加大了政策扶持力度，使我国锂电产业实现了突飞猛进的发展，给锂电设备行业带来巨大的机遇和挑战：一方面市场需求潜力巨大，前景向好;另一方面，市场竞争日益激烈，关键技术及装备亟待突破。
目前，全球锂电产业呈现日本、韩国、中国三足鼎立的格局。由于我国锂电产业并未掌握核心技术，以及企业规模较小，使我国锂电产业的自动化程度并不高。随着我国人口福利优势的日益减弱，以及锂电生产对设备要求的提高，使得我国锂电产业迫切要求高性能锂电生产设备。[2]但国外自动化锂电生产设备价格昂贵，并且在关键技术及设备方面加以限制。因此，加快锂电池关键技术的研究，研发高水平的锂离子电池生产装备，已成为锂电池装备产业技术进步的关键问题，可以很好地促进我国锂电产业的发展。
2.锂离子电池技术概述
锂离子电池最早在1912年提出。1992年，SONY发明了以炭材料为负极、钴酸锂作正极的锂离子电池，充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子。1996年，Padhi等发现具有橄榄石结构的磷酸盐比传统的正极材料更具安全性，尤其耐高温、耐过充电性，成为当前主流的大电流放电的动力锂电池的正极材料。2015年3月，Sharp与京都大学的田中功教授联手研发了使用寿命可达70年的锂离子电池。[3]
锂电池有锂金属电池、液态锂离子电池和聚合物锂离子电池三种类型。锂金属电池采用金属锂为负极，由于金属锂的化学特性非常活泼，容易爆炸，使得锂电池并没有得到广泛应用。目前市场上使用的都是液态锂离子电池和聚合物锂离子电池，人们俗称为锂电池。液态锂离子电池和聚合物锂离子电池的工作原理及正、负极材料基本相同，区别在于：液態锂离子电池采用非水电解质溶液，其包装多采用不锈钢、铝壳的圆柱形刚性包装，目前大多数笔记本电脑的电池组都采用液态锂离子电池形式;聚合物锂离子电池可采用“干态”或“胶态”聚合物电解质，大部分移动设备的电源都采用聚合物锂离子电池形式。[4]锂离子电池的生产工艺比较复杂，按照极片装配方式的不同，通常有叠片和卷绕两种生产工艺。利用叠片生产工艺将切成小片的正极、负极与隔离膜叠合成小电芯单体，然后将小电芯单体叠放并联，通过焊接、注液与封装，形成一个大电芯。锂电池的卷绕生产的工艺原理是先分别制作正极膜和负极膜，通过卷绕工艺将正极膜、隔离膜、负极膜卷绕成电芯，再通过后续的入壳、滚槽、注液、封口、化成、包装等工艺，生产出锂电池。
3.我国锂电产业发展概况
自1992年SONY发明以钴酸锂作正极的锂离子电池以来，随着性能和安全性的改善，锂电池因其良好特性，应用领域日新月异。传统锂电池主要应用于以手机、笔记本电脑、数码产品等为代表的消费电子产品市场。受益于消费电子产品的旺盛需求，全球锂离子电池产业近几年一直保持高速增长的态势。伴随着技术进步、成本降低，特别是绿色新能源的强烈需求，应用于电动工具、电动汽车、甚至是储能需求的锂电池市场也在快速成长。
锂离子电池最早由日本企业推向市场，此后长达20多年的时间里，日本一直是全球最大的锂离子电池产业聚集地，只是优势在不断缩小。20世纪末期，韩国企业开始涉足锂电产业，21世纪逐步崛起，2011年，韩国企业的出货总量超越日本企业、位居全球第一。[5]
自日本企业成功研制锂离子电池后，我国的科研院所和高校也相继开展锂离子电池研究，我国政府也将锂离子电池的研发列入“863”计划及“九五”重点攻关项目。20世纪末期，中国企业开始进入锂离子电池生产领域。在智能手机、笔记本电脑等消费类电子产品以及电动工具、电动车、工业储能等稳步增长市场的刺激下，加之近年来国家政策的扶持，我国的科研院所及行业企业积极攻关，在锂电池的关键技术、生产工艺等方面取得突破，材料成本持续降低，我国的锂电池产业已走出了萌芽期，开始步入成长期，涌现出一批具有国际先进水平的锂电池企业，如深圳比亚迪、天津力神、深圳比克、东莞新能源、惠州亿纬、中航锂电、哈尔滨光宇等。这些企业不断开拓创新，开发出高性能的锂电池，并加强与国外顶尖厂商的协同合作，进一步壮大了公司实力，形成良性循环。
2013年，得益于智能手机产业和移动电源产业的高速发展，中国企业的锂电池出货总量超越韩国、位居全球第一。2014年，得益于电动汽车市场，中国企业进一步扩大领先优势，总出货量的全球占比超过了40%。目前，全球锂电池制造行业基本集中在日本、韩国、中国，三国的锂电产量已超过全球市场的90%。
经过多年的发展，我国锂电池产业逐步形成了具有一定先进技术水平、科研与市场推广协调配套的工业体系，锂电池产量和出口量均位居世界第一，成为名副其实的锂电池制造大国。但也存在企业规模不占优势、产品品质与韩日企业巨头有明显差距、技术研发采取追随策略、缺乏技术主导权等问题，我国成为锂电池研发和产业化强国的路途还比较漫长。
4我国锂电装备行业发展现状
4.1 我国锂电装备行业发展概况
全球锂电产业已呈现日、韩、中三国鼎立的格局。目前，我国锂电行业优势主要集中在市场、规模与低廉劳动力方面，锂电产业总体上尚处于较低水平，锂电池生产仍以手工、半自动生产为主，并未达到自动化生产的局面，导致我国锂电池产品的一致性差、性能不稳定、寿命短，无法满足高端产品的市场需求。[6]
我国的锂电生产技术与装备和日韩相比还存在较大差距，而且主要是半自动化设备;在全自动化设备的研制方面，由于未掌握锂电生产的核心技术，研发设备的生产效率低、生产质量与一致性较差;特别是一些关键装备，如极片制片与卷绕设备等，仍需从国外进口，价格昂贵。从而使得我国锂电池生产成本较高，限制了我国锂电产业的快速健康发展。
日本是最早实现锂电池产业化的国家，众多大型企业参与到锂电池生产设备的研究中，始终占据锂电池生产的世界一流水平，产品涵盖液态锂离子电池与聚合物锂离子电池的生产。日本生产的锂离子电池自动生产线，其产品的良品率可达95%以上，生产效率、定位精度、成品率、自动化程度都较高。日本研发的极片自动制片与卷绕设备生产效率能达到20个/分钟以上，而珠海华冠电子科技公司自主研发的全自动卷绕机，最高效率仅能达到12个/分钟，这还是我国在此类设备的最高水平。
韩国在20世纪末期开始涉足锂电产业，主要采取大型电子公司切入的方式，如三星SDI、LG化学，利用公司在消费和移动电子领域的产业优势，通过对日本锂电技术与装备的引进、吸收与创新，取得突出成绩，成为日本锂电装备行业的有力竞争者。
我国锂电池产业化始于1997年，国内锂电池设备企业则在2000年后才逐步出现，许多主要的锂电池设备制造企业都在2005年前后进入。2008年，中国提出新能源政策及其发展规划后，我国的锂电池装备行业进入迅猛发展阶段。通过激烈的市场竞争，我国涌现了一批具有一定技术水平和规模的锂离子电池生产设备的制造企业，如深圳市赢合科技股份有限公司、深圳吉阳智云科技有限公司、无锡先导智能装备股份有限公司、珠海华冠电子科技有限公司、惠州卓特电源自动化设备有限公司、东莞市华创自动化设备有限公司等。目前，国内涉及锂电池生产设备领域的企业有278家，但是具有一定技术核心、规模较大的企业数量很少，年产值超过3亿元的企业还没有出现，而产值在1～3亿元之间的企业只有13家，而其他265家锂电池设备企业营收均不超过1亿元。
4.2 國内锂电装备行业发展趋势
基于国内外大力推进新能源策略的背景，在消费电子产品、电动工具、电动车等市场驱动下，我国的锂电产业实现突飞猛进的发展，给我国的锂电设备行业带来巨大的机遇和挑战。锂电池技术的发展，对锂电池生产设备的技术性能不断提出更高的要求，锂电装备行业的发展必须适应锂电技术和锂电产业发展的变化趋势。[7]
（1）引进、消化、吸收国外先进技术，建立一批锂电装备骨干企业。这是缩短我国锂电装备技术水平与世界先进水平差距的有效途径，以满足高精度、高自动化程度的单机或机组生产的需要，加快锂电装备国产化的速度。
（2）引入和发展高新技术，研发集成一体化的高精度全自动化锂电设备。锂电池的安全性取决于生产工艺，高精度的全自动锂电池生产设备将在保证锂电池生产工艺的基础上，使生产出的锂电池具有良好的一致性，保证生产出的锂电池具有高可靠的安全性能。同时，锂电池技术的不断发展，对锂电设备的性能提出更高要求，高精度的全自动设备是未来发展方向。
（3）研发高稳定性的专用设备。锂电生产设备行业要快速发展，设备研发必须满足锂电池的新工艺、新技术和新发展的变化，将锂电池制造的工艺细节、工艺参数融入到设备的设计和制造中，使设备真正成为保障电池生产独特工艺技术的专用设备。
（4）重点研发动力锂电池设备。随着锂电技术的不断发展和技术瓶颈的突破，预计在2020 年混合动力车（HEV）将汽车生产总数的50%，动力锂电池在未来锂电产业发展中将占据很大的市场份额，将使动力锂电池设备进入新的发展时期。由于动力锂电池对安全性的更高要求，动力锂电池设备将在使用稳定性和精度方面面临更高的要求。
【参考文献】
[1] 屈伟平.锂电池的发展概述[J].城市车辆.2009（5）：51～54
[2] 苏金然.我国锂离子电池发展概述[J].中国电池行业20年发展历程.71～78
[3] 曹金亮，陈修强，张春光，李虹.锂电池最新研究进展[J].电源技术.2013（08）1460～1463
[4] 郎鹏，任剑.发展我国锂离子动力电池关键工艺设备思考[J].电子工业专业设备.2009（11）25～26
[5] 杨振宇，何佳兵，桂祖平.国内锂电装备行业发展现状和趋势[J].电子工业用设备.2010（07）29～31
[6] 北京七星华创电子股份有限公司.我国锂离子电池制造装备发展概述[J].中国电池行业20年发展历程.91～93
[7] 胡玥红.基于机器视觉的锂电池极片缺陷检测研究[D].哈尔滨工业大学.2015
[8] 王晓霞.中国动力锂电池产业化运行机制研究[D].北京交通大学.2011
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