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铝塑膜技术壁垒高 核心技术仍被日本垄断

发表于:2019-03-01作者: 唐俊
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  摘要:根据工信部、发改委、科技部联合印发《汽车产业中长期发展规划》的要求,到2025年,新能源汽车占汽车产销量20%以上,动力电池系统比能量达到350瓦时/公斤。在当前电池材料技术体系下,软包凭借外包装材料的轻量化,是最有希望达到国家动力电池能力密度要求的产品体系之一,软包动力电池是提高能量密度的优选道路。软包动力电池又称为“聚合物电池”,聚合物锂离子电池外包装采用铝塑包装膜。本文将对软包装膜的技术难点、国内外技术现状进行整理与分析,为我国软包装膜产业的发展提供参考。

  铝塑复合膜(简称“铝塑膜”)软包装锂电池封装的关键材料之一,起到保护内部电芯材料的作用,由外层尼龙层、粘合剂、中间层铝箔、粘合剂、内层热封层等五层组成,每层功能要求都比较高,是目前工人的锂电池材料领域技术难度较高的环节,也是我国动力电池领域实现国产化的关键材料。

  软包装膜的生产存在较高技术壁垒

  由于在阻隔性、冷冲压性、耐穿刺性、化学稳定性和绝缘性方面有严格要求,铝塑膜的生产技术壁垒很高,其技术难度超过正极、负极、隔膜、电解液,被称为锂电行业三大技术难题之一。

  (1)对软包装材料的生产技术具有较高的要求

  聚合物锂离子电池要求软包装材料具有较高的阻隔性,为普通铝塑复合材料1000倍以上,普通的复合技术和复合材料难以实现该级别的阻隔性。一般需要采用4-7层结构的复合材料和极厚的铝箔,且生产过程中的对软包装材料的生产技术要求较高,需要综合应用各种复合技术,对同一个材料同时采取挤复法、连续挤复法、干复法、三合一挤出发、流涎复合法或热复法、多层共挤法。

  (2)复合内层热封材料的选择难度较高

  聚合物锂离子电池采用的有机电解液由多种酯组成,在存在水分的情况下,电解质会发生水解,产生酸性极强的物质。而多数热封性材料与酯类有机物具有可溶胀性,寻找兼具足够强的耐酸性能且不与电解液发生反应的低熔点热封性材料难度较高。

  (3)包装材料的设计复杂程度较高

  软包装材料的设计,要满足热封合性较好、热封性材料不与电镀液起反应、具有权高的阻水阻氧性能、具有高的柔韧性和机械强度以及具有良好的耐电解液浸泡能力;同时,又要兼顾软包材料对聚合物锂离子电池的影响程度和实现软包装材料的生产;此外,还需要根据聚合物锂离子电池的发展提前开发所需要的软包装材料。表1为聚合物锂离子电池对软包装材料的一般要求。

  表1 聚合物锂离子电池对软包装材料的一般要求

  聚合物锂离子电池对软包装材料的一般要求

  (资料来源:软包装)

  (4)软包装材料质量判定周期偏长

  判定软包装材料是否合格的试验周期偏长。包装领域测试仪的最小精度低于聚合物锂离子电池所要求的阻氧、阻水性能,因此无法实现对所开发的软包材料的定量测试。目前一般采用实际包装电池的最后判定法,即根据软包材料对电池的影响速率及影响程度和电池的检验特性进行判断,软包装材料的质量判定周期一般超过三个月。

  核心技术仍未实现自主化 高端市场被日韩企业垄断

  现阶段铝塑膜的核心技术掌握在日本企业手中,同时,全球约90%的市场份额被大日本印刷株式会社、日本昭和电工、日本凸版因数株式会社和韩国栗村化学占据,其中,前两者占据了全球市场的70%。目前,从日本进口的铝塑膜在国内的市场份额超过90%,我国自主研发生产的铝塑膜市场竞争力较弱。

  近年来,国产铝塑膜在设备、技术工业、材料等方面都在持续更新和完善,产品一致性、质量和耐电解液性能都取得了较大发展。凭借本土化生产,国内铝塑膜价格优势明显,比国外产品低20%-30%,已经成功进入低端消费类市场,并逐渐向中高端市场渗透。但在储能领域及新能源汽车领域,铝塑膜技术和产品依旧处于被日本企业垄断的状态。

  这一现状的实质是国内产品关键技术与国外先进水平存在着较大的差距。现阶段,国内铝塑膜厂家仅有部分指标可以与大日本印刷的规格持平,但冲深性能不过关的短板较为明显,国外的冲深在8-12mm,国内的仅为5mm左右;此外,国内产品还存在耐电解液性能不过关的缺点。除了技术,设备、原材料、生产工艺等也阻碍着国内铝塑膜技术的发展,国内铝塑膜难以进入动力电池领域与高端消费类应用领域。

  结语

  由于在阻隔性、冷冲压性、耐穿刺性、化学稳定性和绝缘性方面有严格要求,铝塑膜的生产技术壁垒很高。现阶段铝塑膜的核心技术掌握在日本企业手中。尽管近年来,国产铝塑膜在设备、技术工艺、材料等方面都在持续更新和完善,产品一致性、质量和耐电解液性能都取得了较大发展,但在储能领域及新能源汽车领域,市场依旧处于被日本企业垄断的状态。

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