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向400Wh/kg进发!锂电材料新“变”
发布时间:2024-05-10 13:44:00
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  新能源乘用车市场上,虽然现阶段插电式混合动力(含增程)车型的增速远超纯电车型,但业界也有相当一部分人认为,虽然当前混动车型呈现快速崛起之势,但最终还是要靠纯电车型。因为纯电车才是替代燃油车,实现乘用车电动化的终极利器。

  而要想真正引领这场“替代燃油车”的颠覆性革新,纯电车型仍需在高安全性、长续航、低成本、快速补能等方面同时提升。以增加整车续航里程为例,随着新款蔚来ET7、智己L6、极氪001等新车上市交付,中国纯电乘用车已领先于全球进入“千公里续航时代”

  需要提及的是,支撑1000公里以上续航的背后,超360Wh/kg能量密度的电芯研发和应用,已成为头部电池企业对于“下一代”电芯的布局重点。

  实际上,包括宁德时代、比亚迪(弗迪电池)、亿纬锂能、正力新能、国轩高科、孚能科技、欣旺达、瑞浦兰钧、力神电池、蜂巢能源、太蓝新能源、清陶能源等在内的中国主流电池企业,都在聚焦高能量密度电芯的研发布局。

  值得注意的是,新材料的应用是研发“下一代”高比能电芯的一大关键要素。在提高电芯能量密度的同时,怎样保障电池的高安全性?如何升级材料生产工艺,以提高电芯良品率和生产效率?如何进行材料降本,从而增强搭载高比能电池的纯电车型的市场竞争力?这些问题不仅受到头部电池企业的高度关注,而且催生出新材料的应用机会。

  业内人士表示,在目前可量产的电池新材料中,复合集流体(包括复合铝箔、复合铜箔)被业界视为是能够全面提升电芯性能的新材料之一。它的应用将助力电池企业进一步提高电芯能量密度,并提高电池安全性、生产效率,降低材料成本。

  据市场消息,2023年问世的广汽埃安弹匣电池2.0、宁德时代麒麟电池,都采用了复合集流体技术,并有相关装车消息透露,由此,复合集流体开始迈入“市场导入”阶段。

  机构预测,到2027年,全球市场对复合铜箔的需求量将达到87.4万吨,即为139.9亿平方米,五年复合增长率为105.8%;复合铝箔市场需求量将达到2.1万吨,即为6.2亿平方米,五年复合增长率为68%,未来复合集流体市场规模将超千亿。

向400Wh/kg进发!锂电材料新“变”

△图为安迈特科技(北京)有限公司董事长李永伟演讲

  “复合集流体是顺应电池技术发展趋势应运而生的新材料,类似‘三明治’的结构,不同于传统的铜箔和铝箔。”近期,在“第五届新能源汽车及动力电池(CIBF2024重庆)国际交流会”上,安迈特科技(北京)有限公司董事长李永伟,向与会代表分享了复合集流体的前沿技术和安迈特的研发成果。

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复合集流体优势明显

  业界人士分析认为,当前可量产的动力电池电芯能量密度最高超360Wh/kg,并向400Wh/kg进军,在此过程中,保障并提高电池的高安全性越来越难。

  与此同时,在新能源汽车、储能等应用场景,由于电池热失控所带来的问题依然比较突出,其中,电池内短路是主要原因之一。

  而安迈特科技研发的复合集流体技术,有望从根本上解决上述行业痛点,抢占锂电新材料市场高地。

  据介绍,基于金属高分子界面改性技术、沉积层结晶组织调控技术、高效真空蒸发沉积技术、大规模制造适配技术、面向应用场景产品结构设计这五大创新技术,安迈特科技的复合集流体产品相较传统集流体,具备以下优势:

  第一,高安全性

  据李永伟介绍,“复合集流体采用的是‘三明治’结构,是以高分子材料作为中间基材,上下两层沉积金属制成的新型锂电集流体材料。因此,复合集流体具备主动安全机制,当其遭受针刺等情况开裂时,由于极薄的导电层大电流熔断以及中间层高分子基材结构失效,可以在很短时间内快速阻断正负极短路,从而从根本上解决热失控导致的起火爆炸问题。”

  第二,减少金属使用量

  传统集流体一般为6μm金属铜/铝箔,安迈特科技的复合集流体为1μm金属铜/铝箔+4~8μm高分子基材+1μm金属铜/铝箔,金属材料的使用明显减少。对于复合铜箔市场,安迈特科技预计到2030年将可以减少约百万吨金属铜的使用量。

  第三,提高电芯能量密度

  通过材料革新,实现集流体的轻量化,例如PET复合铜箔,其PET基材密度不到铜密度的1/6,进而可提升电芯能量密度5%-6%。

  第四,降低成本

  据介绍,以PET复合铜箔为例,其金属用量减少2/3,PET基材单位体积成本是铜的2%,采用PET复合铜箔替代传统铜箔的降本效果显著。同时,当复合集流体良品率达到95%时,其生产成本预估可以降低约70%。

  第五,对电池的功能适应性较好

  采用安迈特科技复合集流体技术,极片无毛刺,具有高工艺适应性。

  新能源汽车市场有一种说法“安全性是乘用车最高级的‘豪华’体现”,在电池中国看来,在头部电池企业向400Wh/kg进发的同时,首先,复合集流体能够通过其主动安全机制,大幅提高高比能电池的安全性,这是复合集流体替代传统集流体的核心价值之一;其次,在动力电芯进入“0.3元/Wh时代”趋势下,复合集流体为电池企业提供了材料大幅降本的路径;再者,安迈特科技采用的“全干法一次真空蒸镀成膜技术”,可一次性在基膜上最大沉积超过2000纳米的功能层,也符合锂电极限制造的要求,具有广阔的应用潜力。

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全干法一次真空蒸镀成膜技术

  面向锂电行业TWh时代的极限制造,要求新材料赋予电芯更高性能和更快的制造效率。

  据李永伟介绍,安迈特科技在行业率先开发出“全干法一次真空蒸镀成膜技术”。相较目前业界大部分采用的“多次镀”技术,安迈特科技能够一次真空蒸镀、沉积1000纳米金属层。

  以复合铝箔为例,相较传统铝箔的压延工艺需要8-9道工序,且车间粉尘大,异物难以控制;而采用全干法一次真空蒸镀成膜技术,复合铝箔制造过程仅需2-3道工序,且真空腔体构成密闭环境,使产品更洁净。

  从材料性能来看,这种复合铝箔在导电能力、延展力、抗拉强度、结合力、抗拉强度、表面张力等关键指标上,都具有突出的优势,可以提高极片的性能,并助力提高的能量密度、充放电倍率、循环寿命等核心指标。

  复合铜箔方面,安迈特科技采用“磁控溅射+真空蒸镀”的方式在基材表面形成金属镀膜。材料性能上,其在机械强度、电阻率、结合力、生产能力等方面,优势明显。

  李永伟指出,对于电池行业来说,采用复合集流体要考虑其与电池生产及性能适配性,安迈特科技把复合集流体主要面临的问题,以及需要考虑的影响因素都做了综合分析,并可以对复合集流体的表面进行改性处理,包括对导电层的设计、增加安全涂层,以及针对固态电池的相关设计等,使其技术应用和拓展性增强。

  目前,复合集流体还处于起步阶段,面向动力电池的迭代发展,在提高能量密度、快充能力、电池寿命、安全性、降低成本等方面,都可以发挥重要作用。李永伟表示,安迈特科技还将对复合集流体产品不断进行改进和创新,以进一步拓展其应用范围。

稿件来源: 电池中国网
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