向400Wh/kg進發(fā)！鋰電材料新“變”
新能源乘用車市場上，雖然現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，實現乘用車電動化的終極利器。
而要想真正引領這場“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，新材料的應用是研發(fā)“下一代”高比能電芯的一大關鍵要素。在提高電芯能量密度的同時，怎樣保障電池的高安全性?如何升級材料生產工藝，以提高電芯良品率和生產效率?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)的高度關注，而且催生出新材料的應用機會。
業(yè)內人士表示，在目前可量產的電池新材料中，復合集流體(包括復合鋁箔、復合銅箔)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、生產效率，降低材料成本。
據市場消息，2023年問世的廣汽埃安彈匣電池2.0、寧德時代麒麟電池，都采用了復合集流體技術，并有相關裝車消息透露，由此，復合集流體開始邁入“市場導入”階段。
機構預測，到2027年，全球市場對復合銅箔的需求量將達到87.4萬噸，即為139.9億平方米，五年復合增長率為105.8%;復合鋁箔市場需求量將達到2.1萬噸，即為6.2億平方米，五年復合增長率為68%，未來復合集流體市場規(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
“復合集流體是順應電池技術發(fā)展趨勢應運而生的新材料，類似‘三明治’的結構，不同于傳統(tǒng)的銅箔和鋁箔。”近期，在“第五屆新能源汽車及動力電池(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合集流體的前沿技術和安邁特的研發(fā)成果。
01
復合集流體優(yōu)勢明顯
業(yè)界人士分析認為，當前可量產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，電池內短路是主要原因之一。
而安邁特科技研發(fā)的復合集流體技術，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。
據介紹，基于金屬高分子界面改性技術、沉積層結晶組織調控技術、高效真空蒸發(fā)沉積技術、大規(guī)模制造適配技術、面向應用場景產品結構設計這五大創(chuàng)新技術，安邁特科技的復合集流體產品相較傳統(tǒng)集流體，具備以下優(yōu)勢：
第一，高安全性
據李永偉介紹，“復合集流體采用的是‘三明治’結構，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，由于極薄的導電層大電流熔斷以及中間層高分子基材結構失效，可以在很短時間內快速阻斷正負極短路，從而從根本上解決熱失控導致的起火爆炸問題。”
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。對于復合銅箔市場，安邁特科技預計到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，實現集流體的輕量化，例如PET復合銅箔，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
據介紹，以PET復合銅箔為例，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復合銅箔替代傳統(tǒng)銅箔的降本效果顯著。同時，當復合集流體良品率達到95%時，其生產成本預估可以降低約70%。
第五，對電池的功能適應性較好
采用安邁特科技復合集流體技術，極片無毛刺，具有高工藝適應性。
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”，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”，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，具有廣闊的應用潛力。
02
全干法一次真空蒸鍍成膜技術
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”。相較目前業(yè)界大部分采用的“多次鍍”技術，安邁特科技能夠一次真空蒸鍍、沉積1000納米金屬層。
以復合鋁箔為例，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，復合鋁箔制造過程僅需2-3道工序，且真空腔體構成密閉環(huán)境，使產品更潔凈。
從材料性能來看，這種復合鋁箔在導電能力、延展力、抗拉強度、結合力、抗拉強度、表面張力等關鍵指標上，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、結合力、生產能力等方面，優(yōu)勢明顯。
李永偉指出，對于電池行業(yè)來說，采用復合集流體要考慮其與電池生產及性能適配性，安邁特科技把復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，并可以對復合集流體的表面進行改性處理，包括對導電層的設計、增加安全涂層，以及針對固態(tài)電池的相關設計等，使其技術應用和拓展性增強。
目前，復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合集流體產品不斷進行改進和創(chuàng)新，以進一步拓展其應用范圍。
相關閱讀：
驗證碼：
