锂电池的“新质生产力”之路

2024年6月18日，工业和信息化部对《锂离子电池行业规范条件》和《锂离子电池行业规范公告管理办法》进行了修订，此次公告标志着了锂电池的“新质生产力”道路的开始。让我们先来了解一下《规范条件》里修订了哪些具体内容。

生产经营和工艺水平

企业应采用技术先进、节能环保、安全稳定、智能化程度高的生产工艺和设备，并达到以下要求：

1. 单体电池企业应具有电极涂覆后均匀性的监测能力，电极涂覆厚度和长度的控制精度分别达到或优于2μm和1mm；应具有生产过程中含水量的控制能力和适用条件下的电极烘干工艺技术，含水量控制精度达到或优于10ppm。

2. 单体电池企业应具有剪切过程中电极毛刺控制能力，控制精度达到或优于1μm；具有卷绕或叠片过程中电极对齐度控制能力，控制精度达到或优于0.1mm。

3. 单体电池企业应具有注液过程中温湿度和洁净度等环境条件控制能力，露点温度≤-30℃；应具有电池装配后的内部短路高压测试（HI-POT）在线检测能力。

4. 电池组企业应具有单体电池开路电压、内阻等一致性控制能力，控制精度分别达到或优于1mV和1mΩ；应具有电池组保护装置功能在线检测能力和静电防护能力，电池管理系统应具有防止过充、过放、短路等安全保护功能。

5. 正负极材料企业应具有有害杂质的控制能力，控制精度达到或优于10ppb。

产品性能

（一）电池

1. 消费型电池。单体电池能量密度≥260Wh/kg，电池组能量密度≥200Wh/kg，聚合物单体电池体积能量密度≥650Wh/L。单体电池和电池组循环寿命≥800 次且容量保持率≥80%。

2. 动力型电池，分为小动力型电池和大动力型电池。小动力型电池。单体电池能量密度≥140Wh/kg，电池组能量密度≥110Wh/kg。单体电池循环寿命≥1000 次且容量保持率≥70%，电池组循环寿命≥800 次且容量保持率≥70%。大动力型电池，又分为能量型和功率型。其中，使用三元材料的能量型单体电池能量密度≥230Wh/kg，电池组能量密度≥165Wh/kg；使用磷酸铁锂等其他材料的能量型单体电池能量密度≥165Wh/kg，电池组能量密度≥120Wh/kg。功率型单体电池功率密度≥ 1500W/kg ， 电池组功率密度≥1200W/kg。单体电池循环寿命≥1500 次且容量保持率≥80%，电池组循环寿命≥1000 次且容量保持率≥80%。

3. 储能型电池。单体电池能量密度≥155Wh/kg，电池组能量密度≥110Wh/kg。单体电池循环寿命≥6000 次且容量保持率≥80%，电池组循环寿命≥5000 次且容量保持率≥80%。

（二）正极材料

磷酸铁锂比容量≥ 155mAh/g ， 三元材料比容量≥180mAh/g，钴酸锂比容量≥165mAh/g，锰酸锂比容量≥115mAh/g，其他正极材料性能指标可参照上述要求。

（三）负极材料

碳（石墨）比容量≥340mAh/g，无定形碳比容量≥280mAh/g，硅碳比容量≥480mAh/g，其他负极材料性能指标可参照上述要求。

（四）隔膜

1. 干法单向拉伸：纵向拉伸强度≥120MPa，横向拉伸强度≥10MPa，穿刺强度≥0.133N/μm。

2. 干法双向拉伸：纵向拉伸强度≥110MPa，横向拉伸强度≥25MPa，穿刺强度≥0.133N/μm。

3. 湿法双向拉伸：纵向拉伸强度≥110MPa，横向拉伸强度≥90MPa，穿刺强度≥0.204N/μm。

（五）电解液

水含量≤20ppm，氟化氢含量≤50ppm，金属杂质钠含量≤2ppm，其他金属杂质单项含量≤1ppm，硫酸根离子含量≤10ppm，氯离子含量≤5ppm。

从笔者节选的以上内容可以看出，国家对于提升优质产能的心情十分迫切，并且将具体目标拆分到了生产工艺和原材料的使用上，可谓是面面俱到。

那么优质产能离不开优质生产工艺，在谈工艺创新之前，让我们先来了解一些锂电池生产的基本步骤。

图1介绍了当前最先进的电池制造工艺，其中包括三个主要部分：电极制备，电池组装和电池电化学激活。首先，将活性材料(AM)、导电添加剂和粘结剂与溶剂混合，形成均匀的浆料。作为阴极，通常使用N-甲基吡罗烷酮(NMP)来溶解粘合剂聚偏氟乙烯(PVDF)，作为阳极，丁苯橡胶(SBR)粘合剂与羧甲基纤维素(CMC)一起溶解在水中。然后将浆液泵入槽模中，涂在集流体的两侧(阴极为铝箔，阳极为铜箔)，并送到干燥设备以蒸发溶剂。阴极浆料常用的有机溶剂(NMP)是有毒的，有严格的排放规定。因此，在干燥过程中，阴极生产需要溶剂回收过程，回收的NMP可在电池制造中重复使用，损耗为20%-30%。对于水基阳极浆，可以将无害蒸汽直接排放到周围环境中。下面的压延工艺可以帮助调整电极的物理性质(粘合、电导率、密度、孔隙率等)。在所有这些过程之后，完成的电极被冲压和切割到所需的尺寸，以适应电池设计。然后将电极送到抽真空机以除去多余的水。干燥后将检查电极的水分水平，以确保将电池中的副反应和腐蚀降到最低。

电极准备好后，用干燥的隔膜送至干燥室进行电芯生产。电极和隔膜被一层一层地缠绕或堆叠以形成电池的内部结构。铝片和铜片分别焊接在阴极和阳极集流体上。最常见的焊接方法是超声波焊接，一些制造商可能会选择电阻焊接为他们的电池设计。然后将蜂窝堆栈转移到设计的外壳中，目前尚无一致的标准。根据电池的用途，每个制造商都有自己的偏好。在最终密封之前，外壳内充满电解液，完成电池生产。

在将电池交付给最终产品制造商之前，对这些电池进行电化学激活步骤，以确保运行稳定性。稳定的固体电解质界面(SEI)层可以防止电解液的不可逆消耗，并保护阳极在快速充电过程中免受过电位的影响，从而形成锂枝晶。形成和老化过程开始于将电池充电到一个相对较低的电压(例如，1.5V)，以保护铜集流体免受腐蚀，然后休息一段时间，以使电解质湿润。电池在低倍率下充放电，如C/20，然后逐渐增加倍率，以确保阳极表面有稳定的SEI层。出于安全考虑，需要排化成地层过程中产生的气体。在形成周期之后或过程中，电池被储存在老化架上，以完成电解质润湿和SEI稳定。在电池最终密封以备将来使用之前，还要安排另一个脱气步骤。根据地层协议和老化温度的不同，这一步骤通常需要持续数周。

那么在如此成熟的生产过程中如何找到新的突破点，将效率和质量提升的同时，降低成本和能耗，是广大锂电人需要思考的问题。笔者将在接下来的几篇文章里和大家一起探讨锂电池生产工艺的创新可能性，敬请期待。

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