鋰離子電池粘結(jié)劑行業(yè)介紹修訂稿

1、,r鋰離子電池粘結(jié)劑行業(yè)介紹KiII *4rjXVlX.WEIHUA SyStem OffiCe room WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-鋰離子電池粘結(jié)劑行業(yè)介紹.鋰離子電池介紹概念鋰離子電池是指分別用二個(gè)能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負(fù)極構(gòu)成的二 次電池。人們將這種靠鋰離子在正負(fù)極之間的轉(zhuǎn)移來完成電池充放電工作的獨(dú)特機(jī)理的鋰 離子電池形象地稱為“搖椅式電池”，俗稱鋰離子電池。鋰離子電池是一種，它主要依靠鋰離子在和之間移動(dòng)來工作。習(xí)慣上，鋰離子進(jìn)入正 極材料的過程叫嵌入，離開的過程叫脫嵌：鋰離子進(jìn)入負(fù)極材料的過程叫插入，離開的過 程叫脫插。鋰離子電池容易與下而

2、兩種電池概念混淆：一是，雖然常常被用作為鋰離子電池的簡(jiǎn) 稱。但嚴(yán)格意義的鋰電池是鋰原電池，存在鋰單質(zhì)：另一個(gè)是，一種用聚合物取代液態(tài)有 機(jī)溶劑的鋰離子電池，英安全性較好。鋰離子電池組成鋰藹子電池主要組成部分包括：正極（Lieoo2鉆酸鋰、LiHno2猛酸鋰、LiFePO2磷酸 亞鐵鋰、三元材料等）、負(fù)極（石墨等）、隔膜紙（單層隔膜、三層隔膜等）、電解液（普 通電解液、功能型電解液等）和外殼（鋼殼、鋁殼、軟包裝等）。3.鋰離子電池基本生產(chǎn)工藝序號(hào)工序名稱簡(jiǎn)單描述1配料將正極和負(fù)極材料分別添加粘結(jié)劑和溶劑，攪拌調(diào)制成漿料2過篩漿料調(diào)好后經(jīng)120目或150目篩過濾3涂布將過篩后的漿料放在涂覆機(jī)上涂覆

3、在集流體上4制片將涂布后的極片按照工藝要求裁切成大片對(duì)極片刮粉。并進(jìn)行烘 烤5對(duì)轆將烘烤好的極片用對(duì)餛機(jī)滾壓至工藝要求的厚度6點(diǎn)焊極耳將餛壓后合格的極片點(diǎn)上極耳7卷繞將隔膜紙按照要求進(jìn)行裁切。用卷繞機(jī)將極片按照負(fù)極/隔膜紙/正 極的順序卷繞成電芯，并用高溫膠紙封口8套殼將電芯逃入鋁殼，并使電芯到達(dá)底部9點(diǎn)焊蓋板將蓋板與套殼后的電芯焊接在一起10激光焊接將蓋板和鋁殼用激光焊接機(jī)焊接在一起11注液前烘烤焊接好的電芯開口向上，在真空烤箱中烘烤。每隔3小時(shí)脫氣一次12注液烘烤結(jié)束的電芯在注液房里，用注液機(jī)進(jìn)行注液。要求濕度符合工 藝要求，注液疑不可過多或過少13陳化注液后的電池靜置16小時(shí)14化成對(duì)電

4、池進(jìn)行小電流充電激活電池。一半使用充電240min,再充電 24Omin15分容對(duì)電池進(jìn)行充放電，記錄其容量。按照產(chǎn)品要求把電池分成A. B、C、D等等級(jí)16低電壓篩選電池放置兩天后.測(cè)量其電壓，低于的為低電壓電池17包裝18入庫(kù)（來源：摩根先進(jìn)材料與技術(shù)公司培訓(xùn)資料）鋰離子電池的應(yīng)用領(lǐng)域鋰離子電池發(fā)展到今天，應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)從最初的手機(jī)、MP3/MP4.筆記本，發(fā)展到藍(lán)牙 耳機(jī)、數(shù)碼產(chǎn)品、GPRS導(dǎo)航儀、電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車、純電動(dòng)汽車、混合電動(dòng)車、電動(dòng) 公交車、航空模具、太陽能及風(fēng)力發(fā)電儲(chǔ)能設(shè)備、軍事工業(yè)領(lǐng)域等等。隨著技術(shù)及產(chǎn)品研究的深入，鋰離子電池的應(yīng)用范用將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，將會(huì)遍及到我 們生

5、活中的各個(gè)領(lǐng)域。鋰離子電池的發(fā)展現(xiàn)狀鋰離子電池的生產(chǎn)主要集中于中日韓三國(guó)，其中韓國(guó)生產(chǎn)商近幾年發(fā)展迅猛。據(jù)日本 市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)TSR數(shù)據(jù)顯示，2011年韓國(guó)企業(yè)在全球鋰離子電池市場(chǎng)占有率達(dá)到39$,首 次超過日本（35%）成為全球最大鋰離子電池生產(chǎn)國(guó)。韓國(guó)企業(yè)中，三星SDl在全球鋰離子電 池市場(chǎng)占有率為23%, LG化學(xué)為16%；日本企業(yè)中，松下為24%,索尼為號(hào)。韓國(guó)鋰電池 生產(chǎn)商對(duì)日本企業(yè)產(chǎn)生了沖擊，2012年11月公開信息顯示，索尼正在討論出售其電池業(yè) 務(wù)。2012年中國(guó)鋰離子電池總產(chǎn)量約為40億只，比上年增長(zhǎng)約33虬以中國(guó)為生產(chǎn)基地的 生產(chǎn)商，排劣靠前的包括力神、ATL、比亞迪和比克等。

6、2012年，全球和中國(guó)鋰離子電池 需求繼續(xù)保持增長(zhǎng)。6鋰離子電池的發(fā)展趨勢(shì)根據(jù)亞化咨詢預(yù)計(jì)，未來幾年內(nèi)中國(guó)鋰電池市場(chǎng)仍將保持30%的增幅，市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力主 要來自消費(fèi)類電子產(chǎn)品和小型動(dòng)力電池，包括筆記本電腦（含平板）、智能手機(jī)、電動(dòng)自 行車（主要在中國(guó)）等。近幾年內(nèi)，鋰離子電池在大規(guī)模儲(chǔ)能和電動(dòng)汽車的應(yīng)用難以快速 增長(zhǎng)，相關(guān)上市企業(yè)仍將而臨發(fā)展困境。此外，受環(huán)境因素制約，部分鉛酸電池企業(yè)將向 鋰電池業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型也將成為發(fā)展趨勢(shì)。此外，由于預(yù)期短期內(nèi)大型動(dòng)力鋰離子電池需求受限，電池和材料生產(chǎn)商放慢了產(chǎn)能 擴(kuò)張的步伐。2012年10月，LG化學(xué)稱其在美國(guó)密歇根州的車用鋰離子電池工廠將推遲開 工。該工廠總投

7、資億美元，其中億美元來自美國(guó)能源部，年產(chǎn)5-20萬套鋰離子電池組，原 計(jì)劃于2012年投入運(yùn)營(yíng)。2012年12月消息，三菱化學(xué)將凍結(jié)苴對(duì)鋰離子電池材料投資 300億日元的增產(chǎn)計(jì)劃，至少將推遲到1-2年后實(shí)施，10月剛建成的中國(guó)電解液裝置也將 停工?？偟膩碚f，雖然3-5年內(nèi)儲(chǔ)能應(yīng)用和電動(dòng)汽車難有突破性進(jìn)展，但受消費(fèi)類電子產(chǎn)品 和小型動(dòng)力電池的驅(qū)動(dòng)，鋰離子電池的市場(chǎng)仍有較好增長(zhǎng)的空間。此外，受環(huán)境因素制 約，部分鉛酸電池企業(yè)將向鋰電池業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型也將成為發(fā)展趨勢(shì)。二-鋰離子電池粘結(jié)劑介紹1概述粘結(jié)劑是鋰離子電池正負(fù)極的重要組成部分。鋰離子電池是通過分別在鋁箔和銅箔的 集流體上涂正/負(fù)極活性物質(zhì)并干燥而

8、成的。在此工藝中，為了將集流體與活性物質(zhì)粘在一 起，要使用粘合劑。在電極中，粘結(jié)劑的主要作用是粘結(jié)活性物質(zhì)、增強(qiáng)電極活性材料與導(dǎo)電劑以及活性 材料與集流體之間的電子接觸，以及穩(wěn)定極片的結(jié)構(gòu)。粘結(jié)劑還對(duì)鋰離子電池正負(fù)極充放 電過程中體枳膨脹/收縮起到重要的緩沖作用，因此合適的粘結(jié)劑是鋰離子動(dòng)力電池成功與 否的關(guān)鍵點(diǎn)之一。電池中常用的粘結(jié)劑有：PVA(聚乙烯醇)，PVA是一種親水性髙聚物白色粉末。PVA可與英他水溶性髙聚物 混溶，如與淀粉、CMC、海藻鈉等都有較好的混溶性。聚四氟乙烯(PTFE),俗稱“塑料王”,是一種白色粉末。PTFE電絕緣性能好， 耐酸，耐堿，耐氧化。常用60%的PTFE乳液作

9、電極粘結(jié)劑?？⒓谆w維素鈉(CMC),為白色粉末，易溶于水，并形成透明的溶液，具有良好 的分散能力和結(jié)合力，并有吸水和保持水分的能力。聚烯炷類(PP, PE以及英他的共聚物)。(PVDF / NMP)或其他的溶劑體系。粘接性能良好的改性SBR橡膠。氟化橡膠。聚胺酯。粘結(jié)劑的性能要求對(duì)粘接劑的性能要求主要有：（1）在干燥和除水過程中加熱到13018（TC情況下能 保持熱穩(wěn)立性。（2）能被有機(jī)電解液所潤(rùn)濕。（3）具有良好的加工性能。（4）不易燃 燒。（5）對(duì)電解液中的I. iCIQ, I. iPP、6等以及副產(chǎn)物I. iOH,2C03等穩(wěn)左。（6）具有比較高的電子離子導(dǎo)電性。（7）用量少，價(jià)格低廉

10、以往的線鎘、鐮氫電池，使用的電解液是水溶液體系，粘接劑可以使用PVA, CHC等水 溶性高分子材料，或PTFE的水分散乳液。鋰離子電池電解液是極性大（因此溶解能力和溶 脹能力高）的碳酸酯類有機(jī)溶劑體系，粘接劑必須能耐碳酸酯（至少是不溶解），而且必須滿 足上述的幾點(diǎn)要求，特別是必須滿足在電化學(xué)環(huán)境中的穩(wěn)定性，在負(fù)極中處于鋰的負(fù)電位 下不被還原，在正極中發(fā)生過充電等有氧產(chǎn)生的情況下不發(fā)生氧化。鋰離子電池中的特點(diǎn)是伴隨充放電過程，鋰在活性物質(zhì)中的嵌入一脫岀引起活性物質(zhì) 的膨脹一收縮（如石墨的層間距變化達(dá)到10%-H%）,要求粘接劑對(duì)此能夠起到緩沖作用。 鋰離子電池的電極在干燥過程中加熱溫度最髙可以達(dá)

11、到200C,粘接劑必須能夠耐受這樣 高的溫度。由此可見，粘接劑性能好壞對(duì)電池性能的影響很大，鋰離子電池電極制備是采 用涂布工藝，一般采用刮刀或轆涂布的方式，通過刀口間隙調(diào)W活性物質(zhì)層的厚度。鋰離 子電池活性物質(zhì)層的厚度很小，因此涂布刀口的間隙也很小，這樣就要求在漿料中不能有 大的團(tuán)聚顆粒存在。制作電極需要經(jīng)過偲壓、分切、卷繞等一系列過程才能進(jìn)入到電池殼 體中，在這些過程中要求沒有活性物質(zhì)粉末脫落或片的脫落。鋰離子電池正負(fù)極材料的密度有很大的差別，不同粘接劑必須根拯各種活性物質(zhì)的密 度、松裝密度進(jìn)行粘度調(diào)整（稀釋或增稠），以保證活性物質(zhì)在漿料中能穩(wěn)左懸浮。鋰離子 電極活性物質(zhì)的密度及英浸液的視密

12、度，各種粘結(jié)劑溶液的粘度，粘結(jié)劑的不燃性反應(yīng)出 粘結(jié)劑的安全性能，一般不燃性用氧化指數(shù)表示。鋰離子電池粘結(jié)劑分類鋰離子電池用粘結(jié)劑主要分為兩類：（1）有機(jī)溶劑型粘結(jié)劑，采用有機(jī)溶劑N-甲基 毗咯烷酮（NMP）作為分散劑：（2）水性粘結(jié)劑，采用水作為分散劑。有機(jī)溶劑型粘結(jié)劑方而，目前普遍采用聚偏氟乙烯（PVDF）作為粘結(jié)劑，PVDF是良 好的粘結(jié)劑，但北電子和藹子導(dǎo)電性差，而且采用PTDF作粘結(jié)劑的極片涂布工藝要求嚴(yán)格 密封，能耗大。另外PVDF中含有氟，易與嵌鋰石墨發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致電池性能下降。且 PVDF的離子和電子的絕緣性增加電池內(nèi)阻，影響其性能發(fā)揮。此外，與PVDF冋時(shí)使用的 分散劑一般為

13、有機(jī)溶劑N-甲基毗咯烷酮（NMP） O NMP具有分散性好的特點(diǎn)，但易揮發(fā)、毒 性大，且易燃易爆。毒性有機(jī)溶劑的揮發(fā)嚴(yán)重污染環(huán)境，嚴(yán)重影響車間工作人員的身體健 康。而且NMP成本高，回收費(fèi)用大。水性粘結(jié)劑方而，與有機(jī)溶劑型粘合劑相比，水性粘合劑具備只揮發(fā)水汽、生產(chǎn)環(huán)境 綠色、成本低、非易燃等優(yōu)點(diǎn)，成為鋰電關(guān)鍵材料的重要發(fā)展方向。粘結(jié)劑市場(chǎng)趨勢(shì)預(yù)計(jì)由于粘結(jié)劑是鋰離子電池生產(chǎn)中不可或缺的重要部分，因此其未來的市場(chǎng)前景主要受 鋰離子電池市場(chǎng)需求情況的影響。根據(jù)亞化咨詢預(yù)汁，未來幾年內(nèi)中國(guó)鋰電池市場(chǎng)仍將保 持30%的增幅，市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力主要來自消費(fèi)類電子產(chǎn)品和小型動(dòng)力電池，包括筆記本電腦（含平板）、智能手

14、機(jī)、電動(dòng)自行車（主要在中國(guó)）等。因此，預(yù)計(jì)未來3-5年內(nèi)國(guó)內(nèi)粘 結(jié)劑市場(chǎng)需求量將保持上漲趨勢(shì)。另據(jù)日本富士研究所預(yù)汁，未來幾年全球粘結(jié)劑的年需 求量增長(zhǎng)速率都將超過15%, 10年后預(yù)計(jì)市場(chǎng)總額將增長(zhǎng)5倍，約合100億人民幣，而屆 時(shí)國(guó)內(nèi)鋰電池粘結(jié)劑需求呈:約占全球70%以上。三鋰離子電池隔膜介紹隔膜簡(jiǎn)介在鋰離子電池中，隔膜是關(guān)鍵的內(nèi)層組件之一，隔膜是鋰電材料中技術(shù)壁壘最高的一 種高附加值材料，約占鋰電池成本的15%。隔膜的作用主要有兩個(gè)方面：一方而起到分隔正、負(fù)極，防止短路的作用：另一方而，隔膜能夠讓鋰離子通過，形成充放電回路。隔膜性能的優(yōu)劣直接影響著電池內(nèi)阻、放電容量、循環(huán)使用壽命以及安全

15、性能。隔膜 越薄，孔隙率越高，電池內(nèi)阻越小，高倍率放電性能越好，性能優(yōu)異的隔膜對(duì)提高電池的 綜合性能具有重要的作用。鋰離子電池對(duì)隔膜的要求（1）具有電子絕緣性，保證正負(fù)極的機(jī)械隔離：（2）有一左的孔徑和孔隙率，保證低的電阻和髙的離子電導(dǎo)率，對(duì)鋰離子有很好的透 過性：（3）耐電解液腐蝕，電化學(xué)穩(wěn)立性好；（4）對(duì)電解液的浸潤(rùn)性好并具有足夠的吸液保濕能力：（5）具有足夠的力學(xué)性能，包括穿刺強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度等；（6）空間穩(wěn)左性和平整性好；(7)熱穩(wěn)左性和自動(dòng)關(guān)斷保護(hù)性能好。鋰電池隔膜基體材料鋰電池隔膜基體材料主要包括聚丙烯、聚乙烯材料和添加劑。隔膜所采用基體材料對(duì) 隔膜力學(xué)性能以及與電解液的浸潤(rùn)度有直接

16、的聯(lián)系。國(guó)內(nèi)鋰電池廠家所采用的基體材料基 本都是通過外購(gòu)，自身研發(fā)實(shí)力不強(qiáng)。鋰電池隔膜行業(yè)進(jìn)入壁壘隔膜是鋰電材料中技術(shù)壁壘最髙的一種髙附加值材料，約占鋰電池成本的15%英技 術(shù)難點(diǎn)在于造孔的工程技術(shù)、基體材料以及制造設(shè)備。苴中造孔的工程技術(shù)包括隔膜造孔 工藝、生產(chǎn)設(shè)備以及產(chǎn)品穩(wěn)疋性?；w材料包括聚丙烯、聚乙烯材料和添加劑。髙端產(chǎn)品特別是動(dòng)力電池對(duì)隔膜的一致性要求極高。除了厚度、面密度、力學(xué)性能這 些基本要求之外，對(duì)隔膜微孔的尺寸和分布的均一性也有很高的要求。因?yàn)槲⒖椎某叽绾?分布直接影響到隔膜的孔隙率、透氣性、吸液率。就國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的隔膜生產(chǎn)技術(shù)，隔膜的厚 度、強(qiáng)度、孔隙率不能得到整體兼顧，量產(chǎn)批

17、次穩(wěn)泄性較差。隔膜項(xiàng)目投資金額大、周期長(zhǎng)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)高?，F(xiàn)在國(guó)產(chǎn)隔膜的市場(chǎng)主要集中在中、低 端小型鋰電池領(lǐng)域。隔膜價(jià)格居高不下的主要原因是一些制作隔膜的關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備被日 本和美國(guó)所壟斷，國(guó)產(chǎn)隔膜特別是髙端隔膜的指標(biāo)還未達(dá)到國(guó)外產(chǎn)品的水平。國(guó)內(nèi)隔膜市場(chǎng)的現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)隔膜的總體水平落后，國(guó)內(nèi)由于多方面技術(shù)上的綜合差距，不能達(dá)到國(guó)外一 樣的精密控制。產(chǎn)品差距主要在于厚度、強(qiáng)度、孔隙率等指標(biāo)不能得到整體兼顧，且疑產(chǎn) 批次穩(wěn)左性較差。因此研究開發(fā)低成本、制作工藝簡(jiǎn)單、孔徑尺寸適當(dāng)、空隙率高、機(jī)械強(qiáng)度能滿足要 求的微孔聚介物隔膜對(duì)于提髙電池性能和降低電池成本具有重要的實(shí)際意義。據(jù)證券時(shí)報(bào)報(bào)道，作為鋰電池關(guān)鍵組件和最具投資價(jià)值的隔膜產(chǎn)業(yè)正呈現(xiàn)大躍進(jìn)態(tài) 勢(shì)，但品質(zhì)立位仍集中在中低端，滿足市場(chǎng)需求的高品質(zhì)隔膜領(lǐng)域還是一片藍(lán)海。證券時(shí)報(bào)統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)已有近50家企業(yè)在建和計(jì)劃投資上馬鋰電池隔膜項(xiàng)目，預(yù)計(jì) 新增產(chǎn)能超過6億平方米。從行業(yè)整體來看，涉及鋰電池隔膜業(yè)務(wù)的近50家企業(yè)中，已經(jīng) 建