众所周知,按照电芯封装方式,锂离子电池通常分为圆柱、方形和软包三种。圆柱和方形锂离子电池的外壳均为金属硬壳,软包锂离子电池的外壳则为铝塑膜
在3C消费电子领域,软包可谓一枝独秀。而在新能源汽车领域,锂离子电池目前还是以方壳与圆柱为主,全球范围内动力电池中软包占比只有***之二十左右,国内仅有10%不到,然而随着未来固态电池的发展,软包将会***扭转这一趋势。
目前固态电池按电解质化学组成主要分为氧化物、硫化物,聚合物三类,其中聚合物固态电池在生产设备上与目前电池存在一定兼容性,但在电导率、机械强度等各类指标上均弱于氧化物和硫化物电池,只能作为添加材料与氧化物和硫化物做复合类电解质。无机物(氧化物+硫化物)固态电池具备更大的开发潜力。
无机物(氧化物+硫化物)固态电池更适用软包封装,也是目前企业主流选择。与传统液态锂离子电池相比,固态锂电池去掉了PE/PP隔膜等柔性膜,极组整体硬脆且缺乏弹性。由于氧化物及硫化物电解质柔韧性较弱,若采用圆柱或方形这类金属硬质外壳的封装方式,在入壳工序制程中,或是充放电时极组体积涨缩,又或是使用环境中发生振动和撞击时,硬壳与固态极组之间容易挤压、碰撞而导***组碎裂,须采用叠片方式,圆柱卷绕式不具有可行性,而相对于方形铝壳电池,软包电池在能量密度上具有更大的优势。铝塑膜软包作为能量密度的封装方式,跟固态锂电芯高能量密度的特点***契合。从目前各企业研发布局来看,各企业均选择软包作为封装形式。
综上,铝塑膜作为软包理想的封装材料,将助力固态锂电池加速实现商业化。
接下来讲一下铝塑膜
多层次结构,材料性能要求高。铝塑膜主要成分为尼龙层、铝箔和流延聚丙烯层(CPP),各层通过胶粘剂相连,铝塑膜性能要求包括高冲深性能、耐电解液及强酸腐蚀性、高阻隔性、高热封性、高延展性与机械强度等等。
根据生产工艺与材料不同,铝塑膜分为干法和热法:
干法:将铝箔和CPP用粘结剂直接压合而成,冲深成型性能好(即铝塑膜用于包装前冲坑成型工序),但其中胶粘剂耐电解液性较差,影响电池使用寿命。
热法:将铝箔和CPP用MPP粘结,缓慢升温升压后热压合而成,可提高铝箔和CPP层间的粘附力,提升内表层防电解液溶胀脱落能力,但冲深性能较差、美观性较弱。
铝塑膜核心壁垒在于生产工艺的know-how,同时原材料和设备方面国内外存在较大差距,最终体现在产品端的冲深深度、耐电解液性能、阻隔性能等存在差异。
生产工艺:铝塑膜生产工艺壁垒较高,各个环节均存在较强的know-how,如:1)铝箔的水处理工艺,易产生“氢脆”导致耐折度低、冲深深度差。2)涂覆时需保持产品的一致性、可靠性、冲深强度等。
原材料:国内外铝箔在延伸率及断裂率上存在一定差别,CPP与粘结剂配方也存在较大差距,影响产品粘合与热封性能。
设备:铝塑膜设备大多为通用型设备,但如铝箔涂覆机等环节,国内外设备在幅宽、速度与精度上存在一定差距,国产单线产能低于1500万平,进口线则可达3000万平+。
由于技术壁垒高,2020年日韩厂商占据全球70%以上的铝塑膜市场份额,国产厂商份额低于30%,且由于动力领域对安全性要求更高、验证周期***,目前国内厂商销售普遍集中于中低端消费电子领域,动力领域仍有待国产突破
上图为2020年铝塑膜全球市场份额
铝塑膜的成本占整个软包电池总成本的10%左右,目前1gw动力电池需求120万平米的铝塑膜。
由于固态电池的在能量密度与安全性能上的优势,按长远来看,锂离子电化学储能与锂离子新能源汽车将会全部采用固态电池。
固态电池的发展将会大幅提高铝塑膜的需求
作者:倾琉
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来源:雪球
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