锂电池按封装形式,可划分为方形、圆柱和软包三种形态。其中,方形电池通常采用金属材质作为其封装材料,如铝壳;圆柱形电池则特指外壳为圆柱形状的金属封装;软包则是采用铝塑膜作为外壳,较前两种属于软性包装。
不同于圆柱形和方形电池所使用的硬质外壳,软包电池采用铝塑膜封装。相较钢壳、铝制等电池壳体材料,软包铝塑膜具有重量轻、高能量密度、内阻小、安全性高等优点。铝塑膜是由多种塑料铝箔和粘合剂组成的高强度、高阻隔多层复合物,是软包电池的封装材料。 软包电池是以铝塑膜封装的锂离子动力电池,较方形电池、圆柱电池(按照电池的封装方式和形状分)而言:
优点:高能量密度和高安全性能。较同等规格尺寸的钢壳电池容量高 10-15%,较铝壳电池高 5-10%,发生安全问题时,铝塑膜一般会鼓气裂开,由于机械性能不强,不会爆炸。
软包锂电池用铝塑膜按结构可分为三层:外层尼龙层、中间铝箔层和内层聚丙烯薄膜层。尼龙层与铝箔层之间采用胶水粘接,根据铝箔与聚丙烯薄膜之间的粘合方法不同,铝塑膜的生产技术可以分为干法和热法两种类型。

1)成本:占软包电池总成本的 6-8%。软包电池的主要材料包括正极、隔膜、铝塑膜、负极和电解液,其中铝塑膜占到软包电池总成本的 6-8%。
2)性能要求严苛:良好的耐穿刺性、冷冲压成型性、耐电解液性、柔韧性和机械强度及阻隔性等,对各层结构性能要求较高。
3)规格:动力常用规格为 152μm,3C数码领域常用规格为 86、88、111、113μm。
从技术成熟度、成本及生产效率等方面考虑,软包叠片或为最适合固态电池的装配工艺。
1、固态电池电解质为氧化物或硫化物,其柔韧性不如液态电解质,软包叠片的设计能够有效解决柔韧性问题,减少电池在受到内部压力或发生形变时破裂的风险;
2、与液态电池生产相比,固态电池的制造过程无需电解液注入和化学成型步骤,因此,采用软包封装的叠片工艺可以简化生产流程,减少对传统液态电池工艺的依赖;
3、软包叠片技术与全固态电池的固-固界面处理相兼容,有助于精确控制和优化固态电解质与电极之间的接触面。
在铝塑膜产业链中,上游主要涉及尼龙、压延铝箔、CPP薄膜、粘合剂以及制膜设备等原材料和设备;中游涉及铝塑膜的生产企业,目前国际市场主要有日本DNP、昭和电工,国内市场主要包括紫江新材、新纶新材、明冠新材、璞泰来、道明光学等;下游则是各大电池企业。 干法工艺最早由昭和电工与日本索尼公司共同研发,采用PP(聚丙烯)和阻透层中间加胶粘剂直接复合,无需高温处理。干法的优势在于冲深性能好、防短路性能优、外观较好,同时生产工艺简单,缺点是耐电解液和抗水性能不及热法。日本索尼公司的软包锂电池电芯采用聚合物电解质,对铝塑膜耐电解液性能要求较低,但是早期的干法工艺铝塑膜应用于含电解液锂电池电芯,就存在铝塑膜层间剥离力迅速降低的风险,从而缩短锂电池使用寿命。 热法工艺最早是由日本DNP和日本尼桑公司为生产汽车动力用软包锂电池,在共同开发铝塑膜产品过程中实现的先进工艺,主要将阻透层和PP层之间用MPP(改性聚丙烯)熔融挤出并在一定温度下压合合成。热法优势在于耐电解液和抗水性能优异,缺点是工艺复杂且稳定性控制要求高。

固态电池成为未来发展方向,软包电池更适合固态电池技术路径。固态电池不含易燃易爆、易挥发等成分,可彻底消除因漏液引发的冒烟、起火,以及在充放电过程中生成锂枝晶造成的安全隐患,被认为是更为安全的电池体系。从技术路径看,软包电池与固态电池更加适配。 ①相较于圆柱或方形电池采用的卷绕工艺,由于无机固态电解质膜柔韧性较差,无法卷绕,只能采用软包叠片工艺; ②铝塑膜的高延展性更能够适应锂离子在迁徙过程中形成的整体胀缩; ③固态电池和软包都具备高能量密度特点,两者匹配可进一步强化续航优势。随着未来固态电池技术的成熟,软包电池需求有望进一步增长。 日韩垄断全球铝塑膜七成市场。铝塑膜工艺难度较高,大部分技术与专利掌握在日韩企业手中。根据相关数据显示:全球来看,铝塑膜在3C数码中渗透率90%左右;动力与储能方面不足25%,国内更低。
四大锂电原材基本实现国产化,未来随着铝塑膜技术不断成熟、成本降低、国内软包电池渗透率提升,铝塑膜国产化率有极大提升空间。铝塑膜产品获下游动力电池厂商认可,爆发增长在即,成长性充足。产业投资者纷纷入局,彰显产业链下游对公司铝塑膜产品实现国产替代的信心。
在核心原料铝箔、CPP、PA 等实现国产化,国产原料较进口原料采购价格优势显著。如紫江新材的胶粘剂采购从上海东洋的进口胶粘剂转向上海维凯的国产胶粘剂,从历史采购价来看,上海维凯胶粘剂采购价格仅为上海东洋的 70%左右;海外产能扩张保守,进口铝塑膜产能基本被韩国软包龙头承包,国内厂商大幅扩产,迎国产替代良机。 国产铝塑膜较海外性价比凸显。国产铝塑膜通过收购国外铝塑膜企业获取技术(如新纶新材收购日本凸版 T&T)、自主研发获取技术(如紫江新材、明冠新材等)。 固态电池是锂电池未来的发展方向,而软包是固态电池确定性的包装技术。同时,随着动力电池和储能领域的电池出货量的快速增长,软包锂电池的出货量也在迅速增加。根据中金公司的预测,受3C、动力电池、储能电池等领域渗透率提升的驱动,预计到2025年,铝塑膜的需求量将增至8.7亿平,市场规模将超过150亿元,复合年增长率达到36.5%。
文章来源:网络、高性能膜材料编辑整理