作为除了新能源汽车、光伏之外的“外贸新三样”之一的锂离子电池，不是第一次出现在我们的文章中了。今天这篇文章想从原理、生产的基本工艺、生产设备和未来新技术等角度为各位做一个简单的科普。咱别光顾着看车，一起来【讲堂】涨涨知识！

  在科技浪潮中，有一种小巧却强大的能源储存装置一直默默地支撑着我们的生活——锂离子电池。它小巧玲珑，却蕴藏着巨大的能量，为我们的手机、电动汽车、可穿戴设备提供源源不断的动力。它的工作原理是怎样的？又是如何被制造出来？决定它性能的指标有哪些？制造锂电池要使用到什么设备？未来锂电池技术方向有哪些？带着这些疑问，咱们开始今天的讲解！

  锂离子电池，顾名思义，是一种依靠锂离子在正负极之间迁移来储存和释放能量的电池。它的“心脏”由正极、负极、电解液和隔膜构成。正极材料通常是富含锂的化合物，如钴酸锂、磷酸铁锂等。负极则是能够接纳锂离子的材料，如石墨。电解液就像血液，负责传递锂离子。而隔膜则扮演着守门员的角色，允许锂离子通过，同时阻止电子直接通过，确保电池的安全运行。

  当电池充电时，正极的锂离子通过电解液游到负极，嵌入到负极材料的结构中。这样的一个过程需要消耗电能，将电能转化为化学能储存起来。放电时，锂离子则从负极脱出，通过电解液回到正极，同时释放出储存的能量，供个人会使用。这种可逆的化学反应让锂离子电池能够反复充放电，是我们生活中不可或缺的能源伙伴。

  评价一款锂离子电池的优劣，离不开四大核心指标：单位体积内的包含的能量、功率密度、循环寿命和安全性。

  能量密度是指单位重量或体积的电池所储存的能量。它直接决定了设备的续航能力。手机、电动车的续航能力特别大程度上取决于锂离子电池的单位体积内的包含的能量。功率密度则反映了电池在单位时间内释放能量的能力，影响着设备的动力性能。对需要瞬间大电流放电的应用场景，如电动汽车的加速、智能手机的快充等，功率密度至关重要。

  循环寿命是指电池在反复充放电过程中的性能衰减程度。一个优秀的锂离子电池应该在经过数百甚至数千次充放电后，仍能保持比较高的性能。安全性则是电池使用的底线。锂离子电池在过充、过放、短路等异常情况下可能会产生高温、起火甚至爆炸等危险。因此，确保电池的安全性是研发和使用的过程中的首要任务。

  锂离子电池家族成员众多，常见的有钴酸锂电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池和三元电池等。它们各有千秋，在单位体积内的包含的能量、安全性、成本等方面各有优势。例如，钴酸锂电池单位体积内的包含的能量高，但安全性相比来说较低；磷酸铁锂电池虽然单位体积内的包含的能量逊于三元电池，但热稳定性更好，成本更低，因此大范围的应用于新能源汽车等领域。结合2023年国内动力电池装机情况，近七成的电动汽车搭载的是磷酸铁锂电池。

  生产工艺流程方面，锂离子电池的制作的完整过程可谓精益求精。从原料准备到浆料制备，再到涂布、干燥、辊压、卷绕/叠片、装配、注液、化成、检测和包装等环节，每一步都严格把控，确保电池的品质和性能。其中，涂布和卷绕/叠片是锂离子电池制造中的关键环节，直接影响着电池的性能和一致性。

  锂电池的生产的基本工艺最重要的包含浆料制备、极片制备、电芯装配、干燥注液、化成分容等关键步骤。

  1. 浆料制备：将正负极活性物质、导电剂、粘结剂等按特殊的比例混合，形成均匀的浆料。这一步骤对浆料的均匀性和稳定能力要求比较高，直接影响到后续极片的性能。

  2. 极片制备：将浆料均匀涂布在金属箔（如铝箔或铜箔）上，经过干燥、辊压等工序，形成正负极极片。极片的厚度、平整度等参数对电池性能有重要影响。

  3. 电芯装配：将正负极极片、隔膜等通过卷绕或层叠方式组装成电芯。电芯的结构和尺寸决定了电池的单位体积内的包含的能量和功率密度。在这个环节，目前主要分叠片工艺和卷绕工艺。像比亚迪的刀片电池，主要是由叠片工艺制成。而像宁德时代供应的方壳电池以及目前热度比较高的4680大圆柱电池（电芯直径46mm，高度80mm）或者早期以18650（电芯直径18mm，高度65mm，0代表圆柱）为代表的小圆柱电池，都是靠卷绕工艺制成。

  叠片工艺是将正负极片裁成需求尺寸的大小，随后将正极片、隔膜、负极片叠合成小电芯单体，然后将小电芯单体叠放并联成电池模组。这种工艺能够充分地利用电池空间，提高电池的体积利用率。

  卷绕工艺则是经过控制极片的速度、张力、尺寸等要素，将分条后的正极极片、隔膜、负极极片按照顺序卷绕成圆柱形或方形等形状的电芯。卷绕过程中，极片会发生弯曲和变形，因此就需要对极片的张力、对齐度等进行精确控制。

  叠片工艺制成的电池产品具有更高的单位体积内的包含的能量、更稳定的内部结构、更高的安全性以及更长的循环寿命。由于叠片工艺能够充分的利用电池空间，因此在一样体积的电芯设计下，单位体积内的包含的能量也相应提高。此外，叠片电池的每层膨胀力相近，可保持界面平整，减少电池在使用的过程中产生的应力，来提升电池的安全性和循环寿命。

  卷绕工艺制成的电池产品则具有较低的内阻和较高的倍率性能。由于卷绕过程中极片之间的接触面积较大，因此电子传输距离较短，内阻较小。此外，卷绕电池的极耳数量较少，能够大大减少生产的全部过程中的材料浪费和重量。

  4. 电芯装配完之后，下一道工序就是干燥注液：将电芯在真空或惰性气体中进行干燥处理，以去除水分和杂质。然后注入电解液，使电芯内部形成离子传导通道。

  5. 最后一道工序是化成分容：对电芯进行化成处理，激活正负极活性物质，使电池具有放电能力。然后通过分容工序，对电池进行充放电测试，按容量分类。

  锂电池生产设备种类非常之多，涵盖了从原料处理到最终产品检验测试的全过程。主要设备包括：

  搅拌机：用于浆料制备过程中的混合搅拌。涂布机：将浆料均匀涂布在金属箔上，形成极片。辊压机：对涂布后的极片进行碾压，提高极片的密度和平整度。卷绕机/叠片机：将正负极极片和隔膜组装成电芯。干燥设备：用于极片和电芯的干燥处理。注液机：将电解液注入电芯内部。化成设备：对电芯进行化成处理，激活正负极活性物质。分容设备：对电池进行充放电测试，按容量分类。

  目前市场上有很多锂电池生产设备厂家，值得一提的是，伴随国内新能源发展的东风，国内快速涌现出一大批优秀的设备制造厂商。其中，国内厂家：先导智能、赢合科技、科恒股份、联赢激光等。这些厂家在国内市场上具有较高的知名度和市场占有率，产品覆盖锂电池生产的全线设备。国际厂家：日本的CKD、韩国的PNE等。这些国际厂家在技术上具有较高的水平，产品稳定性很高可靠，但价格相对较高。

  当然，不同厂家生产的设备在性能、价格、售后服务等方面存在一定的差异，随着锂电池技术的持续不断的发展和市场需求的变化，设备厂家也在不停地改进革新和升级产品，以实现用户的需求。

  有上述设备的加持，生产线上源源不断的锂电池大批量下线。除了应用到储能和数码领域以外，超过80%的锂电池都被应用到新能源汽车上。据统计，2023年全球新能源汽车销量达到1465.3万辆，同比增长35.4%。其中，中国新能源汽车销量达到949.5万辆，占全球销量的64.8%。2023年全球动力电池装机量，预计将达到749GWh。这一数据相较于2022年全年71.8%的高增长率会降低，但仍保持了稳定的增长态势。如果大家对GWh这个单位没有概念，能这样简单折算，按照单车平均50Kwh，也就是50度电的带电量来看的线万台新能源车。

  根据早前EVTank发布的数据，到2023年6月底，全球46家主要的电池企业的实际产能已达到2383.6GWh，其中78.8%的产能来自中国国内，海外动力电池产能仅占21.2%，大多数来源于欧洲和美国，而这些海外产能又主要由日韩电池企业贡献。相较于749GWh的装机，这产能过剩着实堪忧！如果用一个字来形容电池行业，那就是“卷”!

  锂离子电池市场风起云涌，国际巨头和国内新锐同台竞技。松下、LG化学等国外品牌在研发技术和市场布局方面具有先发优势，长期占据市场主导地位。然而，近年来国内电池企业异军突起，宁德时代、比亚迪等领军企业凭借技术创新和成本控制能力，逐渐在国际市场上崭露头角。下面为各位粗略地介绍下目前主要电池厂及新能源汽车配套情况。同时，根据最新的市场梳理，也为各位梳理了全球各主要电池厂商动力电池装机排名（2023 vs 2022），供各位参考（图中的数据单位为MWh，1000MWh=1GWh）。