铝塑膜在锂电池产业链上游材料中起着封装作用,可以说是软包装电池的核心材料,占总材料成本的10-20%。铝塑膜生产技术比隔膜、电解质、正极材料困难得多,并且是一种尚未在锂电池中完全本地化的材料。
近年来,随着相关企业技术的进步和生产能力的提高,铝塑膜逐渐走上了国产化的道路。
根据包装形式的不同,锂离子电池可分为3类。
不锈钢包装的圆柱形锂电池、铝合金包装的方形锂电池和铝塑膜包装的软包锂电池。
由于形状和尺寸的灵活性,软包锂电池可以满足更高能量密度的要求,并适应电池“更薄”和“更小”的发展趋势。
近年来,中国3C市场蓬勃发展,新能源汽车市场下游需求强劲,导致锂电池产量和销量不断增加,尤其是软包锂电池需求持续增加,作为软包锂蓄电池包装材料的铝塑膜开始受到越来越多的关注。
这为中国铝塑膜企业提供了巨大的发展机遇,相应的技术研发也成为蓬勃发展的趋势。
铝塑膜结构组成
铝塑膜柔性包装可分为三层,各层通过粘合剂相互结合。
内层-多功能层(厚度40μm~80μm)
内层是为锂离子电池中的电解质设计的,在化学稳定性方面具有相对良好的作用。作为稳定的复合层和热密封层,更多地使用聚丙烯、聚乙烯、乙烯-丙烯酸共聚物、聚丙烯或离子交联聚合物树脂等薄膜材料,可以提高包装材料的耐电解质性,确保最终电池的性能和更长的使用寿命。
中间层-阻挡层(厚度35μm~40μm)
碳涂层铝箔的中间层是阻挡层,主要功能是阻挡水进入电池和电解质从内部渗出,它需要具有良好的阻挡性能。
外层-保护层(厚度15μm~25μm)
外层之所以被称为保护层,是因为所使用的外层材料具有良好的耐热性(160°C±15°C)、耐磨性、抗穿刺性和抗弯曲性,因此对阻挡层具有良好的保护作用。
此外,对可打印性也有一定的要求。考虑到外层材料的成本,我们通常选择聚酯和尼龙有色金属加工薄膜材料。
铝塑膜生产工艺
在生产中,铝塑膜的主要工艺有干燥和热处理。干燥工艺是用粘合剂将铝和聚丙烯粘合,然后在干燥压力下合成;热处理是将铝和聚丙烯与聚丙烯多孔泡沫结合,然后在缓慢的温度、压力上升和热压下合成。干法铝塑膜的主要优点是深冲成型性能好、耐短路性能好、表面缺陷少、制造速度快、工艺简单、成本低。但是,它的剥离力较小,需要通过添加特殊的粘合剂来确保其耐电解质和耐水性。
通过热工艺生产的铝塑膜在铝层和聚丙烯层之间具有较大的结合力,并且其防止电解质溶解和内表面层剥离的能力得到提高。然而,这种经过特殊处理的粘合剂需要在更高的温度下熔化,才能起到粘合剂的作用。由于每种材料的收缩系数不同,它在冷却过程中倾向于向内卷曲,外观和切割性能较差。此外,加热使材料变脆,其短路电阻较差,并且制备过程相对复杂。
综上所述,干式层压工艺在铝塑膜制备工艺中较为常见,应用也较为广泛,如手机电池等需要高能量重量的电池、电动汽车等大倍率、大容量动力电池;热层压通常仅用于3C和其他不需要高电池容量的领域。
铝塑膜竞争市场
锂电池用铝塑复合膜的技术壁垒很高,我国企业在铝塑膜尼龙、CPP、压延铝箔、粘结剂等原材料的上游自给自足,即使近年来高端尼龙技术已经突破,但CPP成本较高,铝箔仍依赖进口,这也是中国市场长期被国际企业占领的关键原因。DNP、Showadenko等日本和韩国公司占据了全球70%以上的市场份额,在全球范围内形成了生产和技术垄断。目前,国内铝塑膜主要应用于低端3C消费电子领域,高端3C消费电子铝塑膜和动力软包电池铝塑膜为国际企业提供原材料,高端产品高度依赖进口。
新能源汽车的发展将成为铝膜行业繁荣的重要推动力,铝膜国产替代空间巨大。其中一个原因是,日本和韩国公司现有铝塑膜产能有限,且扩张速度缓慢,产能无法跟上全球柔性包装行业的快速发展;与此同时,日本和韩国公司与中国客户的合作程度较低,中国制造商在供应链安全方面具有优势,因为他们更合作。目前,越来越多的中国公司开始布局铝塑膜行业,并在铝塑膜技术方面逐步取得进展和突破。
据了解, 明冠新材、璞泰来等多家公司都在验证过程中,在巨大的成本降低压力下,软包电池制造商开始尝试拥有更大的价格优势的国产铝塑膜产品。研究数据显示,2023年中国锂电池用铝塑膜需求预计将超过2亿平方米,同比增长超过40%。与此同时,铝塑膜的国产化率正在逐步提高,20223年中国国产化率预计将超过60%,而2020年中国铝塑膜国产化率不到30%。