在由上海期货交易所和SMM共同举办的“2021(第十六届)中国国际铝加工峰会”上,鼎胜新材集团董事、副总经理、杭州五星铝业有限公司总经理边慧娟介绍了锂离子电池集流体用铝箔的发展趋势。
锂电池概述
集流体:顾名思义就是指汇集电流的结构或零件,是锂电池中不可或缺的组成部件之一。而铝箔常被用作锂电池中正极集流体。
锂电池中正极材料、极耳、铝塑包装膜、铝壳、盖帽均用到铝箔产品。
锂电池结构图:
锂电池产品分类——按形状分圆柱电池:18650,26650等等;方形电池:大多是聚合物电池,因为这种聚合物延展性很好,可以做出很多造型,长宽高都可以随意调整;软包电池:软包锂电池只是液态锂离子电池套上一层聚合物外壳。在结构上采用铝塑膜包装,在发生安全隐患的情况下软包电池最多只会鼓气裂开。
按用途分:3C数码电池:日常用的手机,平板,移动电源等等,这些都是属于数码类电池;EV动力电池:新能源电动汽车,还有无人机等产品用的电池;储能电池:主要是指使用于太阳能发电设备和风力发电设备以及可再生能源储蓄能源用的蓄电池。
按制造工艺分:叠片工艺:将正极片、负极切成小片,与隔膜叠合成小电芯单体,然后将小电芯单体叠放并联起来组成一个大电芯。靠的是叠,如z字形叠片;卷绕工艺:按负极、隔膜、正极、隔膜的顺序叠在一起,通过卷绕法直接卷成,再放在金属外壳内。叠片工艺和卷绕工艺,两者主要是极片装配方式的不同。
叠片工艺主要工序流程图:
卷绕工艺主要工序流程图:
锂电池用铝箔技术指标
与传统铝箔对比:
锂电池用铝箔技术要求发展历程:
摸索阶段:按国标GB/T31198标准控制;抗拉强度≥140Mpa,无延伸率要求;针孔按普通级进行控制,15μm针孔不大于50个/㎡;无表面润湿张力(达因值)要求;表面端面无特殊要求。
准备阶段:电池箔生产工艺不断完善和提升;2016年参与电池箔国家标准制定;表面润湿张力要求不低于31达因;13µm要求针孔不大于10个/㎡;端面毛刺、铝屑、异物质要求开始量化。
初步认知:初步了解该类产品的特殊要求,并进行工艺设计与开发。抗拉强度≥180Mpa,延伸率≥1.5%;表面润湿张力要求30达因以上;15µm要求针孔不大于30个/㎡。
成熟阶段:以杭州五星为代表铝厂形成了完善的电池箔工艺体系;最薄厚度8µm双面光;性能强度≥280Mpa,延伸率≥4%;特别客户达因值要求33以上;表面端面质量、表面残油量等指标提出了更高的要求;13µm要求针孔6个/㎡以内。
锂电池用铝箔技术要求:目前运用于电芯生产的锂电池正极集流体铝箔厚度在9~20µm。高导电率、高强度、高柔韧性和超薄的集流体是未来集流体的发展趋势。
厚度减薄:锂电池用铝箔的厚度将会越来越薄。9µm双光铝箔在2020年已经实现量产,在减薄的技术上,处于世界领先地位。
性能提升:自2017年至2020年,强度由180-200MPA提高到的260-280MPA。延伸率由1.5-2.5%提高到的4-5%。
达因要求:2018年达因值要求30;现阶段达因值要求31以上,特殊要求33以上。
其他要求:尺寸精度的要求严格:厚差≤±3%;宽差±0.5mm;表面端面质量的要求极高;毛刺、缺口长度不得超过200um;不允许有严重起棱、起鼓、压陷或碰伤等缺陷。异物质控制,表面残油量等要求非常高。
锂电池市场分析
随着新能汽车市场的快速发展,中国新能源汽车产销量已从2015年产量37.9万辆、销量33.1万辆,提高到2020年产量136.6万辆、销量136.7万辆。预计到2025年,产量将到达400万辆、销量400万辆,增长率也将从2021年的13%大增到193%。
伴随着新能源汽车产销量的增加,动力电池装机量也呈上涨趋势,2020年为64.1GWh,随着全球大多数国家疫情逐渐得到控制,产业得以恢复,预计2021年装机量将大增至150GWh,增速为134%。