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“膜”法缔造神奇,这一材料国产化替代空间大

时间:2024-10-31 来源:小编 点击:

“膜”法缔造神奇,这一材料国产化替代空间大 10月28日,有投资者向泰和新材(002254)提问, 董秘您好:在2024世界动力电池大会上柳邵辉介绍

“膜”法缔造神奇,这一材料国产化替代空间大

       10月28日,有投资者向泰和新材(002254)提问, 董秘您好:在2024世界动力电池大会上柳邵辉介绍GB38031《电动汽车用动力蓄电池安全要求》已于5月形成修订征求意见稿。近期,根据行业意见反馈情况进行了完善,预计9月审查,10月报批。其中,动力电池安全强标修订计划进一步提升热扩散安全要求,新增底部撞击测试和快充循环后安全测试。请问公司是否关注此事?新安全要求发布后公司研发的芳纶涂覆膜能否快速投入市场?预计带来多大市场规模?同行竞争情况?

       公司回答表示,《电动汽车用动力蓄电池安全要求》由工信部于5月27日发布征求意见,对于动力电池安全要求大幅提升,测试方法也更为严苛,引起行业的广泛关注。公司根据征求意见的内容,结合芳纶隔膜在针刺、挤压、快充以及热蔓延方面的优势,对动力电池领域的客户进行了重点推广,取得了较好进展。该标准的颁布,对于推动锂离子电池朝着安全方向的发展意义深远,有利于安全、高性能电池材料的快速应用。目前芳纶隔膜已成为锂电隔膜的主要发展趋势之一,公司欢迎相关同行加入芳纶隔膜赛道,众人拾柴火焰高,共同推动芳纶隔膜的批量化市场应用。当然公司对于自己产品的核心竞争力很有信心。

 泰和新材 

       泰和新材主要从事氨纶、芳纶等高性能纤维及其衍生品的研发、生产及销售。公司是第一家氨纶生产企业,建成国内首条氨纶生产线,拥有约10万吨的氨纶产能,分布于烟台和宁东两个园区,其中烟台园区产能占比15%,宁东园区产能占比85%。

       同时,公司也是国内首家实现芳纶通用产品全系列、规模化生产的企业,其芳纶产品在国内市场占有率约50-60%,间位芳纶产能居全球第二位,对位芳纶产能居全球第三位。

       泰和新材经过多年科研攻关,形成具有完整知识产权、达到国际先进水平的芳纶产业化技术。2004年,泰和新材实现了国产间位芳纶的产业化;2019年,实现了千吨级对位芳纶生产线的连续、稳定运行。2023年,千万平方米级的芳纶涂覆生产线也实现连续、稳定运转。

       2023年11月,泰和新材表示公司芳纶涂覆隔膜项目已于今年3月投产,并已给几十家客户送样检测,目前已有小批量订单完成交付,与泰和新材料合作的企业有恩捷股份、星源材质等。

 芳纶隔膜 

       芳纶是我国战略性新兴产业中重点发展的材料之一,国家政策和地方政府积极鼓励对位芳纶产品的开发及产业化。

       芳纶是一种高性能合成纤维,具有优良的力学性能、热稳定性、阻燃性、电绝缘性和抗辐射性等特性。它是由芳香族化合物经缩聚纺丝制得的高科技合成纤维,全称为芳香族聚酰胺纤维。

       相比于主流的陶瓷+PVDF涂覆方案,芳纶用于隔膜涂覆的浸润性、耐热性和抗穿刺性更优,受制于成本是陶瓷涂覆的3-4倍,未得到大规模应用。
性能优势

       隔膜的性能对于锂离子电池的内阻、容量、循环性能、充放电流密度以及安全性等关键指标有重要的影响。芳纶是目前最轻薄且唯一可单独涂覆的涂覆材料,是锂电池隔膜市场极具发展潜力的新产品之一。

       芳纶全称“芳香族聚酰胺纤维”,高度规整的分子链以及大量的苯环棒状分子结构赋予其优异的力学性能和稳定的化学性能,与碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维、玄武岩纤维一起被列为我国重点发展的四大高性能纤维。

       芳纶可分为邻位芳纶、对位芳纶和间位芳纶三种,目前实现工业化的产品主要有间位芳纶和对位芳纶两种。在隔膜涂覆材料方面,间位芳纶生产更成熟,且制备隔膜耐温性较好。

       以芳纶为主要材料制成的芳纶涂覆隔膜继承了芳纶纤维的优点,相较于勃姆石、陶瓷粉体等无机材料与PVDF,芳纶涂覆的隔膜耐高温性、抗穿刺性、抗氧化性、综合寿命和性能都得到了大幅提升。其优势在于:

       1、基本性能好

       比重小:芳纶涂覆隔膜的涂覆层重量比陶瓷隔膜减小

       强度大:芳纶涂层对基膜具有增强作用

       绝缘好:芳纶隔膜击穿电压强度比陶瓷隔膜高

       2、热力学性能佳

       热收缩率小:与陶瓷隔膜的热收缩率相差较小,对位芳纶隔膜优势明显

       破膜温度高:芳纶涂覆隔膜破膜温度显著提升至250~400°C

       抗穿刺性好:芳纶涂覆隔膜高温抗穿刺性能优异,300°C缩而不破

       3、电解液浸润性好

       芳纶涂覆隔膜耐电解液稳定性好,电池注液效率高,吸液快、保液率高。

       这就使得采用芳纶隔膜的电池具有以下优势:

       1、制造效率高

       芳纶涂覆隔膜的吸液快、保液率高特点提升电池制造效率;隔膜电解液浸润性好,缩短电池制备周期;

       2、电性能好

       芳纶涂覆隔膜的热力学稳定性和高离子导电率,为电池在极端工况下提供坚实的使用基础和离子传输高效率;

       3、高安全性能

       芳纶涂覆隔膜机械强度大,结构稳定,能够降低电芯挤压变形造成的失控风险,提高安全测试通过率;

       4、综合成本优势

       芳纶涂层减少电芯与电芯、模组与模组之间相关安全配件的使用,节约电池制造综合成本 5%以上;

       5、适用于半固态/固态电池领域

       芳纶涂覆隔膜孔隙率可调、结构稳定、强度大的优势改善了半固态电池循环稳定性、延长寿命。

       然而受制于一些原因,芳纶隔膜难以大规模发展,如:成本较高、耐碱性较差、加工性能较差、回收困难。其中成本偏高是制约发展的主要原因,如何降低芳纶隔膜的成本以实现大规模、商业化推广,是资本市场和产业界关注的重点。

市场布局

        除了泰和新材以外 ,仍有不少企业在积极研发布局隔膜用芳纶材料。

        恩捷股份——

        2024年5月27日,恩捷公司开发的高安全芳纶涂布膜是在PE基膜上涂覆间位芳纶材料制成的。具备出色的热收缩性能和极高的破膜温度;采用特殊的低闭孔基膜,降低了闭孔温度;电解液浸润性优异等特点。


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       该款高安全芳纶涂布膜由恩捷与某国际伙伴联合开发,产品从配方设计开发,涂布工艺确定,产品落地生产,前后历经5年,克服了诸多难题。这些特性有效提高了锂电池在高温环境下的安全性,并可提升电池的循环和倍率性能。目前,该产品已取得海外客户的量产许可,成功应用于某客户的圆柱电池上。

       恩捷的该款高安全隔膜,是国内首次成功开发的芳纶涂布隔膜产品,目前已获得持续稳定的海外客户订单。该款产品的成功研发,将为锂电池厂商持续赋能,为行业企业开发更多高安全性的锂电池贡献恩捷力量。

       星源材质——

       另一个值得关注的例子是星源材质和泰和新材联合发布的SAFEBM®芳纶系列隔膜产品。相较于现在主流的陶瓷或PVDF涂覆,SAFEBM®芳纶涂覆隔膜具有更优的热性能、吸液、保液性能、更轻的比重,能为电池带来电性能、安全性、以及制造效率的提高。

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       SAFEBM®芳纶锂电隔膜热学性能优异,能够有效避免电池内部短路等潜在安全隐患。实验结果表明,陶瓷隔膜在达到167℃时发生了破裂;SAFEBM®间位芳纶隔膜则在300℃的温度范围内保持了结构的完整性,325℃发生破裂;SAFEBM®对位芳纶隔膜,受限于温感器的最高量程400℃,在该温度范围内(具体至384℃)未观察到隔膜破裂。

       与此同时 ,SAFEBM®芳纶锂电隔膜通过针刺测试。芳纶锂电隔膜所属电芯在钢针刺穿后形态稳定,未发生起火、爆炸,且在静止1小时后仍保持稳定电压和室温温度,证明电池处于电化学稳定状态,芳纶锂电隔膜能够有效提高电池的安全系数。

       在全固态与半固态电池方面,SAFEBM®芳纶系列产品具备优异的浸润性,其保液量比陶瓷隔膜高70%以上。优异的浸润性能够帮助半固态电池改善界面性能,提高锂离子的传输效率,提升电池的循环性能。与此同时,SAFEBM®芳纶系列产品的高耐温特性和高物理强度,也赋予了半固态电池更高的可靠性。

       未来随着国内外主流隔膜厂商、芳纶厂商均加速布局,SAFEBM®芳纶涂覆隔膜具备进一步降本空间,同时凭借优异的性能,SAFEBM®芳纶涂覆隔膜有望在涂覆材料中渗透率快速提升。

       璞泰来——

       另外,电池材料企业璞泰来也在探索芳纶涂覆隔膜的产业化之路,璞泰来的技术路线是类芳纶替代物。2023年2月,璞泰来与安徽利科新材料科技有限公司共同发起设立浙江利科,有利于结合双方在锂电池材料领域和生物基领域的产业优势和研发优势,共同推动生物基芳纶涂布工艺和生产工艺的产业化和规模化应用,布局研发新型芳纶涂覆工艺和产品。

       生物基芳纶涂覆性能与传统芳纶涂覆性能类似,都可以提升涂覆隔膜产品的热稳定性和改善锂电池电解液的浸润性能,主要应用于大型锂电池等下游锂电池产品中。使用生物基芳纶进行涂覆加工,可以降低芳纶涂覆类隔膜产品的生产成本,同时减少使用有机溶剂对环境的影响。


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图源: 先进电池材料

       2024年7月,安徽利科新材料科技有限公司高瑛副总经理公开表示,生物基芳纶原料十分有利,同时具有普通芳纶涂布隔膜常见的性能,包括高热箱通过率、高热针的通过率。另外,生物基芳纶隔膜的电解液浸润性让DCR有所降低,并且在高倍率充放的时候,电池温升也更低,并提升锂离子电池、锂金属的循环寿命。

       同时,生物基材料浸润性好,电池的低温容量保持率得以提升。还解决了大圆柱系列的浸润问题,包括在高锰电池里面改善锰离子析出,提高高温容量保持率和低温容量保持率,在锂金属专用隔膜上循环性能可以提升30%。

       高瑛还表示,目前经过多数客户的测试,生物基芳纶隔膜有提高电池循环寿命、提升电池高低温容量保持率,同时有高耐热,提高电池安全性等优势。

 综 述 

       我国对芳纶制品技术的突破已逾十年,以泰和新材、中化国际、上海兰邦为首的企业凭借先发优势迅速占领国内市场。泰和新材是国产化芳纶替代领军者,双重壁垒构筑产业护城河。全球芳纶行业的市场容量超过12万吨,其中间位芳纶和对位芳纶均可在锂电隔膜中使用。据泰和新材公告,目前间位芳纶国产化替代已基本完成,对位芳纶正在进行中,现有产能分别是11000吨和6000吨,产量最大且长期居于国内龙头地位。

       然而目前在隔膜涂覆拉动下,间位芳纶预计供不应求。有行业研究分析认为,当前在国内芳纶市场国产化进程提速以及芳纶涂覆隔膜优势不断凸显背景下,国内厂商正加快推进芳纶涂覆隔膜产业化进程。在国内芳纶涂覆隔膜生产项目加速落地背景下,预计未来3-5年内,芳纶涂覆隔膜市场将进入产能释放期,国产替代化进程将不断加快。


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文章来源:新能源创新材料编辑整理