向400Wh/kg進發(fā)！鋰電材料新“變”
新能源乘用車市場上，雖然現(xiàn)階段插電式混合動力(含增程)車型的增速遠超純電車型，但業(yè)界也有相當一部分人認為，雖然當前混動車型呈現(xiàn)快速崛起之勢，但最終還是要靠純電車型。因為純電車才是替代燃油車，實現(xiàn)乘用車電動化的終極利器。
而要想真正引領(lǐng)這場“替代燃油車”的顛覆性革新，純電車型仍需在高安全性、長續(xù)航、低成本、快速補能等方面同時提升。以增加整車續(xù)航里程為例，隨著新款蔚來ET7、智己L6、極氪001等新車上市交付，中國純電乘用車已領(lǐng)先于全球進入“千公里續(xù)航時代”。
需要提及的是，支撐1000公里以上續(xù)航的背后，超360Wh/kg能量密度的電芯研發(fā)和應(yīng)用，已成為頭部電池企業(yè)對于“下一代”電芯的布局重點。
實際上，包括寧德時代、比亞迪(弗迪電池)、億緯鋰能、正力新能、國軒高科、孚能科技、欣旺達、瑞浦蘭鈞、力神電池、蜂巢能源、太藍新能源、清陶能源等在內(nèi)的中國主流電池企業(yè)，都在聚焦高能量密度電芯的研發(fā)布局。
值得注意的是，新材料的應(yīng)用是研發(fā)“下一代”高比能電芯的一大關(guān)鍵要素。在提高電芯能量密度的同時，怎樣保障電池的高安全性?如何升級材料生產(chǎn)工藝，以提高電芯良品率和生產(chǎn)效率?如何進行材料降本，從而增強搭載高比能電池的純電車型的市場競爭力?這些問題不僅受到頭部電池企業(yè)的高度關(guān)注，而且催生出新材料的應(yīng)用機會。
業(yè)內(nèi)人士表示，在目前可量產(chǎn)的電池新材料中，復(fù)合集流體(包括復(fù)合鋁箔、復(fù)合銅箔)被業(yè)界視為是能夠全面提升電芯性能的新材料之一。它的應(yīng)用將助力電池企業(yè)進一步提高電芯能量密度，并提高電池安全性、生產(chǎn)效率，降低材料成本。
據(jù)市場消息，2023年問世的廣汽埃安彈匣電池2.0、寧德時代麒麟電池，都采用了復(fù)合集流體技術(shù)，并有相關(guān)裝車消息透露，由此，復(fù)合集流體開始邁入“市場導(dǎo)入”階段。
機構(gòu)預(yù)測，到2027年，全球市場對復(fù)合銅箔的需求量將達到87.4萬噸，即為139.9億平方米，五年復(fù)合增長率為105.8%;復(fù)合鋁箔市場需求量將達到2.1萬噸，即為6.2億平方米，五年復(fù)合增長率為68%，未來復(fù)合集流體市場規(guī)模將超千億。
△圖為安邁特科技(北京)有限公司董事長李永偉演講
“復(fù)合集流體是順應(yīng)電池技術(shù)發(fā)展趨勢應(yīng)運而生的新材料，類似‘三明治’的結(jié)構(gòu)，不同于傳統(tǒng)的銅箔和鋁箔?！苯冢凇暗谖鍖眯履茉雌嚰皠恿﹄姵?CIBF2024重慶)國際交流會”上，安邁特科技(北京)有限公司董事長李永偉，向與會代表分享了復(fù)合集流體的前沿技術(shù)和安邁特的研發(fā)成果。
01
復(fù)合集流體優(yōu)勢明顯
業(yè)界人士分析認為，當前可量產(chǎn)的動力電池電芯能量密度最高超360Wh/kg，并向400Wh/kg進軍，在此過程中，保障并提高電池的高安全性越來越難。
與此同時，在新能源汽車、儲能等應(yīng)用場景，由于電池熱失控所帶來的問題依然比較突出，其中，電池內(nèi)短路是主要原因之一。
而安邁特科技研發(fā)的復(fù)合集流體技術(shù)，有望從根本上解決上述行業(yè)痛點，搶占鋰電新材料市場高地。
據(jù)介紹，基于金屬高分子界面改性技術(shù)、沉積層結(jié)晶組織調(diào)控技術(shù)、高效真空蒸發(fā)沉積技術(shù)、大規(guī)模制造適配技術(shù)、面向應(yīng)用場景產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計這五大創(chuàng)新技術(shù)，安邁特科技的復(fù)合集流體產(chǎn)品相較傳統(tǒng)集流體，具備以下優(yōu)勢：
第一，高安全性
據(jù)李永偉介紹，“復(fù)合集流體采用的是‘三明治’結(jié)構(gòu)，是以高分子材料作為中間基材，上下兩層沉積金屬制成的新型鋰電集流體材料。因此，復(fù)合集流體具備主動安全機制，當其遭受針刺等情況開裂時，由于極薄的導(dǎo)電層大電流熔斷以及中間層高分子基材結(jié)構(gòu)失效，可以在很短時間內(nèi)快速阻斷正負極短路，從而從根本上解決熱失控導(dǎo)致的起火爆炸問題。”
第二，減少金屬使用量
傳統(tǒng)集流體一般為6μm金屬銅/鋁箔，安邁特科技的復(fù)合集流體為1μm金屬銅/鋁箔+4~8μm高分子基材+1μm金屬銅/鋁箔，金屬材料的使用明顯減少。對于復(fù)合銅箔市場，安邁特科技預(yù)計到2030年將可以減少約百萬噸金屬銅的使用量。
第三，提高電芯能量密度
通過材料革新，實現(xiàn)集流體的輕量化，例如PET復(fù)合銅箔，其PET基材密度不到銅密度的1/6，進而可提升電芯能量密度5%-6%。
第四，降低成本
據(jù)介紹，以PET復(fù)合銅箔為例，其金屬用量減少2/3，PET基材單位體積成本是銅的2%，采用PET復(fù)合銅箔替代傳統(tǒng)銅箔的降本效果顯著。同時，當復(fù)合集流體良品率達到95%時，其生產(chǎn)成本預(yù)估可以降低約70%。
第五，對電池的功能適應(yīng)性較好
采用安邁特科技復(fù)合集流體技術(shù)，極片無毛刺，具有高工藝適應(yīng)性。
新能源汽車市場有一種說法“安全性是乘用車最高級的‘豪華’體現(xiàn)”，在電池中國看來，在頭部電池企業(yè)向400Wh/kg進發(fā)的同時，首先，復(fù)合集流體能夠通過其主動安全機制，大幅提高高比能電池的安全性，這是復(fù)合集流體替代傳統(tǒng)集流體的核心價值之一;其次，在動力電芯進入“0.3元/Wh時代”趨勢下，復(fù)合集流體為電池企業(yè)提供了材料大幅降本的路徑;再者，安邁特科技采用的“全干法一次真空蒸鍍成膜技術(shù)”，可一次性在基膜上最大沉積超過2000納米的功能層，也符合鋰電極限制造的要求，具有廣闊的應(yīng)用潛力。
02
全干法一次真空蒸鍍成膜技術(shù)
面向鋰電行業(yè)TWh時代的極限制造，要求新材料賦予電芯更高性能和更快的制造效率。
據(jù)李永偉介紹，安邁特科技在行業(yè)率先開發(fā)出“全干法一次真空蒸鍍成膜技術(shù)”。相較目前業(yè)界大部分采用的“多次鍍”技術(shù)，安邁特科技能夠一次真空蒸鍍、沉積1000納米金屬層。
以復(fù)合鋁箔為例，相較傳統(tǒng)鋁箔的壓延工藝需要8-9道工序，且車間粉塵大，異物難以控制;而采用全干法一次真空蒸鍍成膜技術(shù)，復(fù)合鋁箔制造過程僅需2-3道工序，且真空腔體構(gòu)成密閉環(huán)境，使產(chǎn)品更潔凈。
從材料性能來看，這種復(fù)合鋁箔在導(dǎo)電能力、延展力、抗拉強度、結(jié)合力、抗拉強度、表面張力等關(guān)鍵指標上，都具有突出的優(yōu)勢，可以提高極片的性能，并助力提高鋰電池的能量密度、充放電倍率、循環(huán)壽命等核心指標。
復(fù)合銅箔方面，安邁特科技采用“磁控濺射+真空蒸鍍”的方式在基材表面形成金屬鍍膜。材料性能上，其在機械強度、電阻率、結(jié)合力、生產(chǎn)能力等方面，優(yōu)勢明顯。
李永偉指出，對于電池行業(yè)來說，采用復(fù)合集流體要考慮其與電池生產(chǎn)及性能適配性，安邁特科技把復(fù)合集流體主要面臨的問題，以及需要考慮的影響因素都做了綜合分析，并可以對復(fù)合集流體的表面進行改性處理，包括對導(dǎo)電層的設(shè)計、增加安全涂層，以及針對固態(tài)電池的相關(guān)設(shè)計等，使其技術(shù)應(yīng)用和拓展性增強。
目前，復(fù)合集流體還處于起步階段，面向動力電池的迭代發(fā)展，在提高能量密度、快充能力、電池壽命、安全性、降低成本等方面，都可以發(fā)揮重要作用。李永偉表示，安邁特科技還將對復(fù)合集流體產(chǎn)品不斷進行改進和創(chuàng)新，以進一步拓展其應(yīng)用范圍。
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