锂离子电池生产锂离子电池制造成本分析及未来技术发展电极

锂离子电池已经成为现代社会生活中主要的储能解决方案之一。锂离子电池的应用领域和市场份额快速增长，并继续呈现稳定增长趋势。锂电池材料的研究取得了巨大的成就，许多创新材料在行业中被采用并商业化。然而，关于锂电池制造的研究很少，许多研究人员可能不知道LIB的具体制造方法以及不同工艺对成本、能耗和产量的影响。因此，电池制造的创新主要集中在企业，而高校和科研院所在这方面的研究很少。介绍了目前锂电池的主要制造技术，并根据生产工艺对成本、产量和能耗进行了分析。然后，重点总结了锂电池制造的成本、能耗和工作时间的研究进展以及未来的技术发展趋势。

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锂离子电池的制造工艺
如图1所示，最先进的电池制造工艺包括电极制备、电池组件和电化学活化三个主要部分，制造成本约占锂电池成本的25%。

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图1锂离子电池制造工艺
成本、产量和能耗分析
锂离子电池的制造成本采用阿贡国家实验室的BatPac模型计算，该模型基于67Ah LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2/石墨电池，工厂规模为10万节EV电池/年。制造成本包括设备折旧、人工成本和工厂占地成本。人工成本按美国工厂工人平均工资15美元/小时计算，占地面积成本按每年3000美元/平方米计算。折旧成本按设备投资的16.7%和占地面积成本的5%计算。各工序的详细成本明细、产量和能耗见表1和图2，电极涂层干燥、电池成型和老化占总制造成本的48%。
前三大成本中的制造流程:
1.成型老化:32.61%，耗时长，生产效率低，占地面积大
2.涂布/干燥:14.96%，干燥和溶剂回收能耗高
3.电池包装:12.45%，热封或焊接
表1各工序成本、产量和能耗分析

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图2锂离子电池制造各工序成本及能耗
产量与制造成本高度相关，更高的生产效率可以节省人工成本和场地租金。表1还列出了每个过程所需的生产时间。卷对卷制造工艺的生产效率超过35m/min。然而，由于其严格的水分控制和微观复杂的化学反应，真空干燥和成型/老化的过程非常耗时。
在中试装置中测量了32Ah锰酸锂/石墨电池的能耗，具体数据见表1和图2。由于长时间加热和废气冷却，能耗最高的过程是干燥和溶剂回收。另一个主要的能耗是车间除湿，它消耗了总能量的29%，主要是因为电池组装过程中的低湿度要求必须控制环境湿度。这些高能耗过程会导致大量温室气体排放，降低锂离子电池的环境友好性。因此，我们应该考虑减少溶剂的用量，甚至避免在电池制造中使用溶剂。同时，提高干燥车间的生产效率，降低保持低水分的能耗比例。
锂离子电池制造的研究进展
根据以往的制造成本分析，一些制造工艺对LIB制造的成本、产量和能耗影响很大。制造过程的技术创新对于降低成本、降低能耗、提高产量至关重要。后面将讨论锂离子电池制造过程中的一些研究进展，主要集中在混合、包覆/干燥、溶剂回收、轧制、切割、成型和老化等方面。