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微孔箔材助力动力电池比能量提升技术要点分析条码卡

发布时间:2020-02-27 22:16:49 来源:驰誉五金网

根据《中国制造2025》明确了动力电池的发展规划:2020年,电池能量密度达到300Wh/kg;2025年,电池能量密度达到400Wh/kg;2030年,电池能量密度达500Wh/kg。提升能量密度对所有锂电池企业来说都是极大的挑战,目前我国动力电池的最高能量密度达到了300 Wh/kg以上,但是技术还不成熟。

提升锂离子电池能量密度的途径主要从正负极材料、集流体、隔膜、电芯设计等方面来着手。市场上应用较广的正极材料包括LCO、LMO、LFP、NCM等多种,在提高电池能量密度上磷酸铁锂无潜力可挖,NCM三元材料逐渐向高镍材料发展,由最初的NCM111→523→622→811→NCA。大家都知道,随着镍含量的升高,电池的安全性越差。锂电池能量密度提升的同时,电池安全性问题也更加值得注重。负极体系变化不大,正逐步从碳材料向硅材料转变,但是由于硅材料的高膨胀率,硅碳复合材料是一种有效的过渡材料。降低隔膜厚度可以提高锂电池比能量但是会引起更大的安全问题。目前,许多公司都在使用多孔箔材来提高电池的比能量。那么,多孔箔材与双面光箔在锂电池的应用上有哪些特点呢?

1、箔材在电芯中所占质量比降低

在动力电池中箔材的质量会占到15%左右,如图所示。多孔箔材的应用可以降低其在锂电池中所占质量比,并提高活物质的使用量,有效提高锂电池的比能量。

2、涂布技术控制

微孔铜箔铝箔在涂布过程中,要防止浆料粘度过低造成挤压喷涂过程中,浆料从箔材孔隙间渗漏,不同孔径、孔隙率的箔材对浆料的粘度要求不同。以17%孔隙率,孔径0.35mm的微孔铝箔为例,通过试验表明,正极材料粘度要求在8000左右,最低不宜低过6000,挤压式喷涂过程中,需要适当调整传动速度。

现在有一种工艺是立式的双面涂布方式,如之前的拉浆机,在这种立式涂布方式中集流体的走带方式由横向改为自下而上,前后两侧分别是两组挤压喷涂机构,同时挤压喷涂,业界已有设备供应商提高该立式涂布设备。

3、剥离强度

涂布完成之后需要对极片的剥离强度进行测试,采用多孔箔材的极片剥离强度要高于光面箔材的剥离强度。在多孔电极内部,活物质会填充箔材的孔隙,正负极材料与基材的粘结力增强,有利于在长期循环使用过程中保持结构的稳定性,延长使用寿命。

4、压实密度

在相同的压实密度下,采用多孔基材的极片中活物质颗粒间的孔隙增大。这可以保证在注液之后极片具有较高的保液量,有利于电池性能的提升。采用多孔箔材也可适当提高极片最佳压实密度,能够在一定程度上提高电池比能量和循环寿命。

5、极片分切

在极片分切过程中要注意极片毛刺的产生。

6、极片拉伸强度

多孔箔材的极片拉伸强度较双面光箔的极片弱,但是具有更大的柔性,适合柔性电池的生产,多应用于穿戴设备。

7、电化学性能

采用多孔箔材的电池与双面光箔的电池相比,极片中活物质之间构建了完整的离子与电子传输通道。电解液能有效浸润到涂层材料与集流体的结合部,并通过孔隙使电解液在整个电芯内部形成良好的浸润状态,锂离子迁移过程可选择路径大大增加,迁移的效率提升,锂电池的倍率性能就会更好。此外,采用多孔箔材可以一定程度上提高锂电池的安全性。

2018年中国电极箔行业竞争格局及主要企业分析

金融危机之后,全球宏观经济增长乏力,我国经济受其影响增速放缓,电子信息产业及其下游行业均出现增速放缓情形,进而对铝电解电容器及电极箔行业造成了一定不利影响。但近年来,随着全球经济逐渐复苏,以及国内消费电子、汽车工业、通讯电子等行业的发展创新,国内电极箔行业开始稳步健康发展。电极箔包括腐蚀箔和化成箔,是生产铝电解电容器的关键性基础材料,用于承载电荷,和电解液一起占到铝电解电容器生产成本的30%-70%(随电容器大小不同而有差异)。

2016年,中国化成箔产量约为16405万平米,同比上涨7.87%。预计2017年至2021年,中国化成箔产量规模仍将保持增长趋势。其中,至2021年,中国化成箔产量将达19015万平方米。

数据来源:中商产业研究院整理

近年来化成箔产销规模的不断提高,且行业下游领域增长较为迅速,为化成箔行业的持续走高创造了有利条件。2016年,中国化成箔行业产值达80.55亿元,同比上涨5.21%。预计2017年至2021年,中国化成箔市场规模仍将保持增长趋势。其中,至2021年,中国化成箔市场规模将达91.05亿元。

数据来源:中商产业研究院整理

竞争格局及市场化程度

全球电极箔的生产主要集中在中国和日本。经过多年发展,欧美国家的中小型及非专业化电极箔生产企业逐步退出市场,目前仅存法国和意大利等少数几家公司。日本电极箔生产厂商较为集中,在中高端市场具有较明显的竞争优势,并形成日本JCC、日本NCC等行业巨头企业;然而受制于其国内较高的电力成本,加之相对技术优势的缩小,以及中国铝电解电容器及电极箔行业的不断崛起,全球铝电解电容器产业逐渐向中国大陆转移,日本电极箔产业在全球的比重逐渐降低。中国作为电子产品的新兴市场,对铝电解电容器以及电极箔的需求呈现稳定增长的趋势,逐步形成了以东阳光科、海星股份、新疆众和等公司为代表的在国际市场上具有一定竞争优势的企业。

从国内市场来看,电极箔行业的市场集中度相较日本而言仍偏低,产能较大的几家公司包括东阳光科、新疆众和、江海股份、华锋股份等上市公司,以及海星股份等少数几家非上市公司。未来,随着电子产品提倡节能环保,节能产品需求将快速增加,铝电解电容器的需求会越来越大。由于电极箔是生产铝电解电容器核心材料,铝电解电容器市场的持续稳定增长极大地提高了对电极箔产品的需求,将有效促进该行业的发展。

就电极箔产品档次而言,目前日本在高端电极箔市场具有技术领先优势;国内企业在低端电极箔市场占据较强的竞争优势,高端领域仅少数几家大型企业具备规模化的生产能力。然而,随着国内生产技术的不断进步,以及日本生产成本的不断上升,电极箔行业产业转移速度不断加快,国内具备一定技术水平和规模化生产能力的企业将受益于该产业转移趋势

主要企业

1、广东东阳光科技控股股份有限公司,上海证券交易所上市公司,是集铝材深加工、电子元件、新材料及新能源为一体的大型上市公司,主要产品为铝制品、亲水箔、电子光箔、电极箔、电容器等,是目前国内规模最大的电子光箔、亲水箔生产基地之一,公司产品主要出口日本及欧洲市场。

2、新疆众和股份有限公司,上海证券交易所上市公司,是全球产量最大的高纯铝生产基地和最大的电子铝箔研发和生产企业之一,目前的主要产品为高纯铝、电子铝箔、电极箔,并初步形成了“能源-高纯铝-电子铝箔-电极箔”新材料产业链。公司产品销往台湾、香港、欧洲、美国、日本、韩国、印度等国家和地区,主要应用于航天、航空、信息设备、交通设备等领域。

3、南通江海电容器股份有限公司,深圳证券交易所上市公司,是一家从事电容器及其材料、配件的生产、销售和服务的公司,公司的主要产品为电容器及化成箔。

4、肇庆华锋电子铝箔股份有限公司,深圳证券交易所上市公司,是一家主要生产经营电解电容器原材料腐蚀、化成铝箔的专业厂家,是国内起步最早的低压化成铝箔生产厂家之一,公司的主要产品为低压化成箔。

5、日本蓄电器工业株式会社(Japan Capacitor IndustrialCO., LTD.),为铝电极箔的专业制造商,主要从事铝电解电容器用电极箔的制造与销售,产品市场包括日本、韩国、台湾及中国大陆。

6、日本贵弥功株式会社(NIPPON CHEMI-CON CORPORATION),系日本上市公司,主要从事铝电解电容器及各种电容器的制造与销售,其铝电解电容器的全球市场占有率、电极箔的生产产量均位居世界前列,在海外的生产基地主要包括美国、韩国、台湾、中国、马来西亚、印度尼西亚,公司拥有覆盖全球10多个国家和地区的制造和销售网络。

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