鋁塑膜作為鋰電池行業(yè)的最后一座金礦，是鋰動(dòng)力電池從硬殼到軟包技術(shù)路線的關(guān)鍵因素。本文將描述鋁塑膜的下游應(yīng)用——軟包電池將如何推動(dòng)鋁塑膜行業(yè)的發(fā)展。

 

軟包電池技術(shù)路線的選擇

鋰離子電池根據(jù)其形狀和包裝材料可分為三種類型：圓柱形、方形和軟包。由于政治因素、成本高和研發(fā)周期長(zhǎng)，圓柱形和方形電池是我國(guó)動(dòng)力電池的主流。

與此同時(shí)，大量的電動(dòng)車自燃事件給公眾造成了或多或少的心理陰影。以圓柱形電池為例，因?yàn)殡姵氐闹饕獰嵩次挥诮泳€片中。

鋪設(shè)在電池組下方的冷卻回路很難平衡電池上方和下方的溫差，因此圓柱形電池組固有地具有難以管理BMS的熱管理的缺點(diǎn)。

再加上電池使用多年后的老化，電池的隔膜在鋰枝晶的影響下被刺破，導(dǎo)致內(nèi)部短路，容易發(fā)生多米諾骨牌式的熱失控，引起電池組的連鎖反應(yīng)。

 

現(xiàn)在，為了確保電池組的能量密度，電池之間的排列也非常緊密，這再次增加了熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。由此我們知道，除了單個(gè)電池的安全性外，電池和電池之間的安全措施，也就是整個(gè)電池組的安全措施也尤為重要。

由于方形和圓柱形電池被封裝在一個(gè)密封的硬殼中，積聚的熱量無(wú)法釋放。一旦電池內(nèi)部的壓力過(guò)大，就會(huì)很快引起爆炸。

軟包電池封裝在鋁塑膜中，如果電池能量發(fā)生熱失控，軟包電池會(huì)放氣形成電池凸起，降低內(nèi)部壓力，防止電池爆炸。

 

 

除了高安全性外，軟包鋰離子電池在能量密度、循環(huán)壽命和靈活性方面具有綜合優(yōu)勢(shì)：

低內(nèi)阻、高循環(huán)壽命：袋式電池的層壓過(guò)程相當(dāng)于多極片的并聯(lián)，內(nèi)阻顯著低于其他形狀的電池，可以顯著降低電池的自耗。

并使電池具有良好的循環(huán)壽命和倍率特性。與鋁殼方形電池相比，軟包電池每100次循環(huán)的衰變率降低了4%-7%。

電池容量大：軟包鋰電池使用鋁塑膜減少了結(jié)構(gòu)部件的應(yīng)用，因此與鋼殼鋰電池相比，重量減輕了約40%。在相同尺寸下，軟包電池的容量比鋼殼電池高10%-15%，比鋁殼電池高5%-10%。

設(shè)計(jì)靈活性高：可根據(jù)客戶需求定制厚度、形狀等。軟包電池在一致性和組效率方面存在不足，但這些不足正在逐漸被填補(bǔ)。

 

軟包電池沒有剛性外殼保護(hù)，外部壓力很容易影響其電化學(xué)狀態(tài)，導(dǎo)致一致性差。由于鋁塑膜強(qiáng)度低，需要添加一定的保護(hù)層，這使得分組效率低于方形電池。

近年來(lái)，軟包單體電池的容量增加和輕質(zhì)材料的應(yīng)用進(jìn)一步提高了軟包電池的分組效率。根據(jù)奇瑞新能源的數(shù)據(jù)，其效率預(yù)計(jì)將達(dá)到80%左右。

 

消費(fèi)電子產(chǎn)品用建筑鋁塑膜的基本要求

鋁塑膜的市場(chǎng)需求與鋰電池的需求直接相關(guān)。主要下游應(yīng)用包括3C消費(fèi)品、新能源汽車動(dòng)力電池和儲(chǔ)能。

智能手機(jī)是3C電池的主要發(fā)展方向之一。結(jié)合全球手機(jī)銷量和單機(jī)電池容量，手機(jī)領(lǐng)域的電池約為30Gwh。隨著智能手機(jī)滲透率的穩(wěn)定，該領(lǐng)域?qū)︿X塑膜的需求穩(wěn)步增長(zhǎng)。

5G時(shí)代推動(dòng)了智能可穿戴設(shè)備和各種智能終端產(chǎn)品的發(fā)展。TWS、平板電腦、筆記本電腦和智能揚(yáng)聲器等產(chǎn)品已成為3C電池增長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力。此外，電動(dòng)工具、小家電和電動(dòng)兩輪車等產(chǎn)品進(jìn)一步增加了市場(chǎng)需求。

 

隨著手機(jī)、筆記本電腦等產(chǎn)品功能的擴(kuò)展、性能的提高和便攜性的要求，下游客戶對(duì)電池容量、靈活性和循環(huán)壽命提出了更高的要求，pouchs憑借其性能優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)了滲透率的快速提升。

2020年，在手機(jī)/筆記本電腦/平板電腦的鋰電池中，軟包電池的滲透率已達(dá)到87.5%/88.2%/99.6%。根據(jù)EV Tank的數(shù)據(jù)，2020年全球小軟包鋰離子電池出貨量為55.2億，同比增長(zhǎng)19%。

 

我們預(yù)計(jì)，未來(lái)對(duì)便攜性、輕薄性和高容量的需求將提高袋式電池的滲透率，進(jìn)而推動(dòng)鋁塑膜需求的增長(zhǎng)。根據(jù)EVTank等人出版的《中國(guó)小型軟包鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書（2021）》。

預(yù)計(jì)到2025年，全球小軟包鋰離子電池出貨量將達(dá)到96億只，年復(fù)合增長(zhǎng)率為11.70%。2025年鋁塑膜需求量可能達(dá)到2.4億平方米，年均復(fù)合增長(zhǎng)率6%。

展望2025年，EVTank預(yù)測(cè)，全球小軟包鋰離子電池出貨量將超過(guò)96億只。從市場(chǎng)規(guī)模來(lái)看，2020年，小軟包鋰離子電池全球市場(chǎng)規(guī)模首次突破1000億元，達(dá)到1060.3億元

 

 

 

軟包動(dòng)力電池是鋁塑膜行業(yè)的核心驅(qū)動(dòng)力

新能源汽車的發(fā)展將成為鋁塑膜行業(yè)繁榮程度提高的重要驅(qū)動(dòng)力。據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2021上半年，新能源汽車產(chǎn)銷分別為121.5萬(wàn)輛和120.6萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)2倍。

其中，純電動(dòng)汽車產(chǎn)銷102.2萬(wàn)輛和100.5萬(wàn)輛，同比分別增長(zhǎng)2.3倍和2.2倍，插電式混合動(dòng)力汽車產(chǎn)銷19.2萬(wàn)輛和20萬(wàn)輛，分別增長(zhǎng)1倍和1.3倍。

此外，新能源汽車的全球銷量也出現(xiàn)了快速增長(zhǎng)。根據(jù)EVTank發(fā)布的行業(yè)數(shù)據(jù)，2020年全球新能源汽車銷量約為331萬(wàn)輛，歐洲已成為全球新能源車銷量的重要增長(zhǎng)點(diǎn)。展望2025年，EVTank預(yù)測(cè)，全球新能源汽車銷量預(yù)計(jì)將達(dá)到1640萬(wàn)輛，與2020年相比同比增長(zhǎng)395.5%。

 

 

目前，每輛車的新能源汽車電池裝機(jī)容量從50GWh到75GWh不等。結(jié)合新能源汽車的整車裝機(jī)容量和全球銷量，2020年全球新能源汽車動(dòng)力電池出貨量約為158.2 GWh。

展望2025年，全球動(dòng)力電池出貨量預(yù)計(jì)將達(dá)到919.4Gwh。2020年中國(guó)動(dòng)力電池出貨約為80Gwh，中國(guó)出貨量占全球出貨量的50.57%。

 

 

根據(jù)我國(guó)《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020）》、《節(jié)能與新型能源汽車技術(shù)路線圖》等政策對(duì)動(dòng)力電池各階段的規(guī)劃要求。主要分為三個(gè)階段：

1） 2020年，應(yīng)能滿足300公里以上純電動(dòng)汽車的需求：?jiǎn)螜C(jī)能量密度達(dá)到350Wh/kg和650Wh/L，單機(jī)比功率達(dá)到1000W/kg，單位成本降至0.6元/Wh，循環(huán)壽命2000次。

2） 到2025年，應(yīng)能滿足400公里以上純電動(dòng)汽車的需求：?jiǎn)螜C(jī)能量密度達(dá)到400Wh/kg和800Wh/L，單機(jī)比功率達(dá)到1000W/kg，單位成本降至0.5元/Wh，循環(huán)壽命達(dá)到2000次。

3） 2030年，應(yīng)滿足500公里以上純電動(dòng)汽車的需求：?jiǎn)螜C(jī)能量密度達(dá)到500Wh/kg和1000Wh/L，單位成本降至0.4元/Wh，循環(huán)壽命為3000次。

從??提高電池容量密度、研究開發(fā)和選擇新材料是重要的方法。作為降低電池整體質(zhì)量的材料選擇，鋁塑膜有望在未來(lái)的袋式電池技術(shù)路線中繼續(xù)提高滲透率。鋁塑膜是電池制造商生產(chǎn)袋裝電池不可或缺的環(huán)節(jié)。

 

軟包工藝是最佳匹配解決方案

目前，行業(yè)主流的兩條路線是磷酸鐵鋰和三元電池，但都逃不過(guò)安全性和續(xù)航里程這兩個(gè)問(wèn)題。面對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題，固態(tài)電池是最新的方法。

具體而言，一方面，液體電池的安全性能一直是業(yè)界關(guān)注的一大焦點(diǎn)。在傳統(tǒng)的液體電池領(lǐng)域，由于泄漏缺陷和系統(tǒng)級(jí)能量密度優(yōu)勢(shì)不明顯等因素，軟包尚未得到大規(guī)模應(yīng)用。然而，在固態(tài)電池系統(tǒng)中，軟包的缺陷將逐漸消失。原因如下：

① 絕大多數(shù)圓柱形或方形電池都使用卷繞工藝。由于固體電解質(zhì)的柔韌性和機(jī)械財(cái)產(chǎn)較差，不能使用繞組，但只能使用疊片形式。軟包在極片的堆疊形式上具有優(yōu)點(diǎn)。

② 鋰電池在充放電過(guò)程中總是伴隨著體積的變化，鋁塑膜的柔韌性更好，這與軟包路線相吻合。

③ 與方形外殼和圓柱體相比，鋁塑膜的重量更輕，固態(tài)電池的能量密度優(yōu)勢(shì)將進(jìn)一步放大。

④ 半固態(tài)和全固態(tài)電池中的電解質(zhì)含量非常低，使用軟包時(shí)無(wú)需擔(dān)心泄漏。

 

另一方面，工信部的《中國(guó)制造2025》提出，到2025/2030年，我國(guó)動(dòng)力電池的能量密度需要分別達(dá)到400Wh/kg和500Wh/kg。

然而，即使是使用硅基負(fù)極來(lái)大幅提高能量密度的液體電池，也很難跨過(guò)500Wh/kg的“門檻”。固態(tài)電池可以提供約300-400Wh/kg的能量密度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)電池的能量密度。

從這個(gè)角度來(lái)看，軟包是固態(tài)電池的必然選擇。

目前，在汽車行業(yè)，大量電動(dòng)汽車公司繼續(xù)押注固態(tài)電池技術(shù)。

梅賽德斯-奔馳宣布，將對(duì)美國(guó)固態(tài)電池初創(chuàng)公司FactorialEnergy進(jìn)行戰(zhàn)略投資，金額“高達(dá)10多億美元”，這項(xiàng)投資旨在加快其在固態(tài)電池領(lǐng)域的發(fā)展。

 

“我們計(jì)劃最早在明年測(cè)試原型電池，并在未來(lái)五年內(nèi)將固態(tài)電池技術(shù)集成到一定數(shù)量的車輛中。”

在與Factorial Energy達(dá)成戰(zhàn)略合作后，梅賽德斯-奔馳正式表示，通過(guò)此次合作，公司正在將有前景的固態(tài)電池領(lǐng)域的研發(fā)提升到一個(gè)新的水平?！?/p>

除了奔馳，北汽藍(lán)谷、東風(fēng)、蔚來(lái)等車企也發(fā)布了相關(guān)的半固態(tài)電池車載計(jì)劃。

2021 12月13日，北汽藍(lán)谷在互動(dòng)平臺(tái)上表示，公司現(xiàn)已完成第二代固態(tài)電池芯的開發(fā)、電池系統(tǒng)臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證和車輛（ARCFOXαT）安裝驗(yàn)證。

計(jì)劃中的第三代固態(tài)電池技術(shù)計(jì)劃與極狐品牌的新車型相匹配，開發(fā)一種高安全性（無(wú)火災(zāi)）和高能量密度（電池能量密度為360Wh/kg）的固態(tài)電池，目前正在進(jìn)行型號(hào)項(xiàng)目審批。

搭載贛鋒鋰業(yè)半固態(tài)電池的東風(fēng)E70預(yù)計(jì)將于春節(jié)前交付，搭載半固態(tài)電池組的新NIO車型ET7也將于明年亮相。

 

此外，比亞迪、上汽、一汽、長(zhǎng)城汽車等都在開發(fā)固態(tài)電池技術(shù)。豐田、本田、現(xiàn)代、寶馬和大眾等跨國(guó)公司也以各種方式參與了固態(tài)電池技術(shù)的研發(fā)。

從電池公司的角度來(lái)看，一些公司已經(jīng)進(jìn)入固態(tài)鋰離子電池（半固態(tài)電池）的試點(diǎn)階段，正在開發(fā)全固態(tài)電池。

例如，CATL表示，公司一直密切關(guān)注并開展無(wú)鈷電池、全固態(tài)電池、稀有金屬無(wú)電池等下一代電池和行業(yè)新興技術(shù)的技術(shù)布局。

國(guó)軒高科目前正在進(jìn)行固態(tài)電池的技術(shù)研究，計(jì)劃在兩年內(nèi)引進(jìn)相關(guān)技術(shù)，并逐步實(shí)現(xiàn)迭代升級(jí)，生產(chǎn)高安全性的固態(tài)電池。蜂巢計(jì)劃在2030年底前生產(chǎn)第四代全固態(tài)電解質(zhì)電池。

 

目前，主要電池制造商已經(jīng)部署了固態(tài)電池?，F(xiàn)在有越來(lái)越多的固態(tài)電池公司。目前，從已知的固態(tài)電池研發(fā)公司公布的產(chǎn)品或樣品來(lái)看，幾乎都使用了軟包形式。

 

 

我們計(jì)算了各大公司公開信息中披露的軟包電池的產(chǎn)能，并根據(jù)軟包電池產(chǎn)能占各大電池制造商總產(chǎn)能的20%這一事實(shí)進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)各制造商2021的生產(chǎn)能力，軟包電池的總生產(chǎn)能力可達(dá)135.6GWh。

由于單個(gè)GWh軟包動(dòng)力電池對(duì)鋁塑膜的需求約為120萬(wàn)平方米，按目前產(chǎn)能計(jì)算，對(duì)鋁塑膜需求約為16272萬(wàn)平方米。

根據(jù)2021國(guó)內(nèi)鋁塑薄膜公司的生產(chǎn)能力，提供給便攜式動(dòng)力電池的鋁塑薄膜總生產(chǎn)能力為1.5億平方米。遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足軟包動(dòng)力電池對(duì)鋁塑膜的需求。

隨著未來(lái)電池制造商的不斷擴(kuò)張，軟包電池的技術(shù)路線逐漸得到新能源汽車公司的認(rèn)可，固態(tài)電池將在2025年至2030年大規(guī)模生產(chǎn)。因此，在未來(lái)五年內(nèi)，對(duì)鋁塑膜的需求將激增。