动力电池开启“头部争雄” 江苏产能国内领先
来源：宝鄂实业
2019-03-19 09:02
点击量：次
2018年中国动力电池市场竞争格局 1834年，世界上第一辆机动车诞生，它就是电动车，也就是新能源汽车，被称为“不用马拉的车”。
百年沉淀，新能源汽车产业变革史同样也是动力电池产业的成长史。自2008年锂离子动力电池应用于电动车的十年间，动力电池产品与技术的不断革新，成为推动新能源汽车产业快速发展的最大引擎。
目前我国是世界上新能源产业发展最为迅速的国家之一，动力电池产业规模全球领先。去年，我国新能源汽车动力电池总装机量为56.89GWh，同比增长56.88%，是日本的2.4倍、韩国的3.6倍，产销占据全球“半壁江山”。
中国汽车技术研究中心汽车技术情报研究所所长程魁玉指出，目前，动力电池行业已进入“淘汰赛”阶段，头部效应明显。
统计显示：国内动力电池企业从2016年顶峰的150家降低至2018年12月的70家。前十企业市场份额由2017年的73.4%上升至2018年12月的83%。
2018年，动力电池“双雄”宁德时代和比亚迪，两家企业市场占有率就达到61%，相比2017年同期提升17个百分点，行业龙头地位凸显。
与国际巨头松下、LG、三星SDI进行对比，国内龙头企业在核心技术、研发实力、制造工艺、客户资源和供应体系等方面差距不断缩小，部分领域已超越日韩龙头。
近年来，江苏动力电池产业异军突起，已集聚了江苏时代（CATL）、中航锂电（江苏）、乐金化学（LG）、苏州力神、力信（江苏）能源、国泰华荣等一批行业优势生产企业，初步形成较为完整的动力电池产业集群。
从产业规模看，江苏省动力电池已建和未来规划总产能约188GWh，远远领先国内其他省份，动力电池产能建成完全释放后将配套近400万辆新能源汽车。
我省动力电池行业已经驶入“快车道”——2月下旬，无锡先导公司与欧洲知名电池厂商签订锂合作协议，标志着江苏作为全国动力电池生产大省，首次将自主研发制造的高端锂电池装备出口到欧美发达国家，打破此前在该领域 “零”的纪录。
居安思危，省内动力电池产业还面临着规划产能过剩实际产能不足、研发与制造不匹配、产业协同效应低、专业人才匮乏等各种“短板”尤待补足。
风正帆悬起新航。江苏提出新目标：到2020年，全省动力电池有效产能达50GWh，产量突破30GWh，产值突破400亿元，并带动产业链上下游产值突破1000亿元，力争成为全球知名的动力电池研发和制造中心。
随着中国市场不断开放，日韩企业将加速进入国内市场，考验着国内企业尤其是龙头企业的应对能力。
随着能量密度要求的不断提高，各个生产商都在着力提高自家产品的参数，主要的沿着两条半路线在努力：一个是加紧研发高比能量的正极材料，另外一个是提高电池单体容量，减小壳体等辅助结构在单体中所占比重。另外半条，是考虑转型软包电池，这从目前主流电池厂积极承接国家软包电池方向科研项目可以窥见一斑。软包电池是不是最合适的动力电池技术路线？今天整理一些软包电池方面内容，一起预测一下动力电池未来技术路线。
软包电池基本结构
图片来自汽车工程师之家
软包电池的基本结构与圆柱和方形是类似的，都是正极、负极、隔膜、绝缘材料、正负极极耳和壳体，只是软包电池的课题是铝塑膜。
铝塑膜结构如上图所示：最外层是尼龙层，中间是铝箔，内层为热封层，每层之间以粘结剂粘合。
铝塑膜被要求具备如下特点：具备极高的阻隔性；具有良好的热封性能；材料耐电解液及强酸腐蚀；具有良好的延展性、柔韧性和机械强度。
软包电池优点
软包电池，铝塑膜变形空间较大，不像钢壳铝壳电芯那样热失控时候会发生爆炸；壳体是一层铝塑膜，重量轻，非活性部分所占比重小，软包电池重量较同等容量的钢壳锂电轻40%，较铝壳电池轻20%；相同尺寸规格相比，容量更大，软包电池较同等规格尺寸的钢壳电池容量高10～15%，较铝壳电池高5～10%；壳体强度低，循环过程中对内部结构产生的机械应力小，对循环寿命有益（当然是在成组设计时没有施加额外的应力的情况下）；极耳位置充裕，充放电过程中，热量分布均匀。
软包电池的缺点
壳体强度低，对成组技术依赖性强；与卷绕生产方式相比，叠片的生产效率相对较低；
软包电池的一般生产流程
由于外壳是铝塑膜，其生产工艺在一些方面与其它两类商用电池不同。比如铝塑膜的封装工艺，比如化成过程中的整形工艺等。
软包电池封装工序
铝塑膜成型工序，软包电芯可以根据客户的需求设计成不同的尺寸，当外形尺寸设计好后，就需要开具相应的模具，使铝塑膜成型。成型工序也叫作冲坑，顾名思义，就是用成型模具在加热的情况下，在铝塑膜上冲出一个能够装卷芯的坑，具体的见下图。
铝塑膜冲好并裁剪成型后，一般称为Pocket袋，见下图所示。一般在电芯较薄的时候选择冲单坑（下图左），在电芯较厚的时候选择冲双坑（下图右），因为一边的变形量太大会突破铝塑膜的变形极限而导致破裂。
有时候根据设计的需要，会在气袋的位置再冲一个小坑，以扩大气袋的体积。
顶侧封工序，顶侧封工序是软包锂离子电芯的第一道封装工序。顶侧封实际包含了两个工序，顶封与侧封。首先要把卷绕好的卷芯放到冲好的坑里，然后沿虚线位置将包装膜对折，如下图所示。
下面这种图是铝塑膜装入卷芯后，需要封装的几个位置，包括顶封区、侧封区、一封区与二封区。下面分别进行介绍。
把卷芯放到坑中之后，就把整个铝塑膜可以放到夹具中，在顶侧封机里进行顶封与侧封了。顶侧封机是这样子的：
图中这种型号的顶侧封机带四个夹具，左边那个工位是顶封，右边那个工位是侧封。那两块黄色的金属是上封头，下面还有一个下封头，封装的时候两个封头带有一定的温度（一般在180℃左右），合拢时压在铝塑膜上，铝塑膜的PP层就熔化然后黏结在一起了，这样就封装OK了。
还是主要来说说顶封，顶封区域的示意图如下图所示。顶封是要封住极耳的，极耳是金属（正极铝，负极镍），怎么跟PP封装到一起呢？这就要靠极耳上的一个小部件—极耳胶来完成了。极耳胶具体的结构我不是很清楚，希望有懂行的人来补充。我只知道它也有PP的成本，也就是说在加热时能够熔化黏结。在极耳位的封装见下图中圆圈部分所示。封装时，极耳胶中的PP与铝塑膜的PP层熔化黏结，形成了有效的封装结构。
注液、预封工序，软包电芯在顶侧封之后，需要做X-ray检查其卷芯的平行度，然后就进干燥房除水气去了。在干燥房静置若干时间时候，就进入了注液与预封工序。
通过上面的介绍我们知道，电芯在顶侧封完成之后，就只剩下气袋那边的一个开口，这个开口就是用来注液的。在注液完成之后，需要马上进行气袋边的预封，也叫作一封。一封封装完成后，电芯从理论上来说，内部就是完全与外部环境隔绝了。一封的封装原理与顶侧封相同，这里就不赘述了。
静置、化成、夹具整形工序，在注液与一封完成后，首先需要将电芯进行静置，根据工艺的不同会分为高温静置与常温静置，静置的目的是让注入的电解液充分浸润极片。然后电芯就可以拿去做化成了。
上图是软包电芯的化成柜，其实就是一个充放电的装置，我找了好久没有找到带电芯的图片，大家想想一下电芯夹在上面的画面就OK了。化成就是对电芯的首次充电，但不会充到使用的最高电压，充电的电流也非常小。
化成的目的是让电极表面形成稳定的SEI膜，也就是相当于一个把电芯“激活”的过程。在这个过程中，会产生一定量的气体，这也就是为什么铝塑膜要预留一个气袋。有些工厂的工艺会使用夹具化成，即把电芯夹在夹具里（有时候图简便就用玻璃板，然后上钢夹子）再上柜化成，这样产生的气体会被充分地挤到旁边的气袋中去，同时化成后的电极界面也更佳。
在化成后有些电芯，尤其是厚电芯，由于内部应力较大，可能会产生一定的变形。所以某些工厂会在化成后设置一个夹具整形的工序，也叫作夹具烘烤。
二封工序，刚才说了化成过程中会产生气体，所以我们要将气体抽出然后再进行第二次封装。在这里有些公司成为两个工序：排气与二封，还有后面一个剪气袋的工序，这里我就一起笼统的都称为二封了。
二封时，首先由铡刀将气袋刺破，同时抽真空，这样气袋中的气体与一小部分电解液就会被抽出。然后马上二封封头在二封区进行封装，保证电芯的气密性。最后把封装完的电芯剪去气袋，一个软包电芯就基本成型了。二封是锂离子电池的最后一个封装工序，其原理还是跟前面的热封装一样，不再赘述。
化成过程中的加压工艺
由于软包装电池采用铝塑封装结构，其外型结构决定了极片不能紧密排列，极片之间容易产生空隙，在电池化成过程中产生的气体也容易在极片之间残留，在之后的封口中气体不能完全排出，从而影响电池性能，所以考虑采取在化成两次充电之间采用滚压工艺将极片之间的气体排除。
