锂电“三剑客”:锂电池包装膜、锂电隔膜与电芯蓝膜

博速说科技前沿 2025-03-24 09:09:10

锂电包装膜

电子产品的保护神

(一)锂电包装膜结构与特点

锂电包装膜通常由三层铝箔(尼龙层)ON/Al/CPP或四层(尼龙层)ON/Al/PA/CPP组成,其中,外层尼龙层主要起到保护作用,防止铝箔层不受刮伤,要求外层材料耐穿刺、抗冲击。中间的铝箔层作为基体材料,起到防水和阻隔的作用,防止水分侵入并阻隔氧气,以保护电池内容物。内层热封层(CPP)的主要作用是热封。依据多层结构具有耐腐蚀、耐穿刺、耐老化、绝缘、防潮等功能,是电子产品的理想包装材料。行业也称之为“铝塑膜”。除上述性能外,铝塑膜的可回收特质,复合绿色环保理念,适应大时代潮流。

(二)锂电包装膜应用及未来发展

铝塑膜能够有效保护锂电池内部结构,确保其安全性和稳定性。而除了在锂电包装上有应用之外,由于其具有优异的阻隔性能和机械性能,被广泛应用于药品包装领域,能够有效防止药品变质和细菌滋生。再就是铝塑膜具有较好的透明度和阻隔性能,能够保持食品的新鲜度和口感,因此在食品包装领域具有广泛的应用前景。铝塑复合膜还可应用于电子元器件、光学仪器等领域。铝塑膜的特性优良,且随着科技的不断进步和人们对环保意识的提高,铝塑膜的市场需求也将进一步扩大。未来,随着技术的不断创新和成本的降低,铝塑膜的应用领域将更加广阔。

我国的铝塑膜生产企业主要有新纶科技、上海紫江集团、浙江道明光电、明冠新材、杭州福斯特等,匹配不同类型的软包锂电池、各个生产企业各有所长。整体来看,我国铝塑膜行业市场规模呈上升趋势。预计未来受下游锂电池需求带动影响,增长迅速。据数据显示,2021-2025年我国铝塑膜市场规模将以年均复合增长率16.09%的速度增长,预期2025年其市场规模将进一步达133.2亿元。

随着新能源汽车、智能手机等电子产品的普及和市场需求的日益增长,软包锂电池作为其中的核心部件,其市场规模不断扩大。作为软包锂电池的关键材料之一,铝塑膜的市场需求也随之增长。预计未来几年年复合增长率(CAGR)为15.6%。

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锂电隔膜

性能决定电池品质

(一)特点与作用

锂电隔膜作为锂电池关键的内层组件之一,在电池中起着至关重要的作用。它能够将电池的正、负极分隔开来,防止两极接触而短路,同时还具有能使电解质离子通过的功能。隔膜的性能直接决定了电池的容量、循环以及安全性能等特性。

目前市场上的锂电隔膜主要有以下几种类型:

①聚烯烃类隔膜:包括PP/PE/PP多层复合微孔膜、PP或PE单层微孔膜等。这种隔膜耐高低温,密度小,化学结构稳定,力学强度优良,电化学稳定性好。广泛应用于各类锂电池中。

②涂层处理的聚酯膜:以聚对苯二甲酸乙二醇酯为原料,采用挤出法制成厚片,再经双向拉伸制成。价格较高,厚度一般为0.012mm,广泛用于玻璃钢、建材、印刷、医药卫生等行业。

③纤维素膜:强度较高、过滤速度快、可捕集粗颗粒,也能收集凝胶状沉积物,阻力小,杂质含量低。

④聚酰亚胺膜:具有优良的耐热性和氧化稳定性,但由于合成和制膜条件苛刻,成本高,阻碍了在膜分离技术中的进一步应用。

⑤聚酰胺膜:从亲水性和憎水性理论看,聚酞胺应是较好的反渗透膜材料。

⑥氨纶或芳纶膜:耐高温,具有低温输出、充电循环寿命长、机械强度适中的特点。

此外,根据结构和组成,锂电隔膜还可分为多孔聚合物膜、无纺布隔膜以及无机复合膜。多孔聚合物膜是通过多种方法制备的孔隙分布均匀的隔膜;无纺布隔膜由定向或随机纤维构成,通常与有机物或陶瓷凝胶复合;无机复合膜则是采用无机纳米颗粒与高聚合物复合得到。

不同种类的隔膜具有不同的特点和适用范围。例如,聚烯烃类隔膜在成本、稳定性等方面具有优势,适用于大多数消费类电子产品电池;而新型隔膜如聚酰亚胺膜、氨纶或芳纶膜等,在耐高温、高性能电池领域具有潜在应用价值。

(二)发展现状与挑战

国内外锂电隔膜材料发展迅速,呈现出多样化的趋势。在国内,随着新能源汽车市场的快速发展,锂电隔膜需求不断增长。龙头企业如恩捷股份在产能规模、产品品质、成本效率、技术研发方面都具有全球竞争力。近几年企业快速发展,产能规模和收入规模大幅增长,隔膜产能和出货量排名全球第一。

同时,隔膜轻薄化已成为行业发展的重要趋势。隔膜越薄,越有利于降低电池内阻,提高电池的能量密度和续航能力。例如,动力行业内主流应用的干法隔膜为12-14μm三层共挤隔膜,湿法基膜常规产品厚度5-9μm,目前部分企业已能生产出4μm厚的锂电池隔膜。然而,隔膜超薄化也带来了一系列技术挑战。首先,在隔膜变薄的过程中,如何保障其耐刺穿性、机械强度和隔离特性,以确保产品安全,是面临的较大技术挑战。其次,无论是干法还是湿法工艺,制备超薄隔膜都对工艺精度和稳定性提出了更高要求。此外,超薄隔膜的生产需要先进的生产设备来保证精度和稳定性,国内企业在设备研发和制造方面仍需不断努力。在最近的在2024年举办的第十三届电池与薄膜产业链发展高峰论坛中,隔膜技术与市场趋势展望成为了与会者热议的核心议题之一。相关企业高层、技术人员也在此次会议中共享了很多创新设计思维、未来发展趋势等。

尽管面临诸多挑战,但锂电隔膜行业的发展前景依然广阔。随着技术的不断进步和创新,未来有望在隔膜材料、工艺和设备等方面取得更多突破,进一步解决超薄化带来的技术挑战。同时,在电子产品轻薄化和锂电池性能提升的持续需求推动下,电池隔膜超薄化的市场需求将不断增长。

电芯蓝膜

锂电中的守护者

(一)性能与优势

电芯蓝膜作为动力电池方型铝壳表面的保护膜,主流材料是PET膜。其具有诸多性能与优势,在动力电池中发挥着重要作用。首先,具备优异的耐磨性,能有效抵抗在运输和使用过程中可能遭受的摩擦,保护电芯表面。同时,拥有出色的耐刺穿性能,降低因外部尖锐物体导致的短路风险。优异的机械强度使其能够承受一定的外力冲击,确保电芯的结构完整性。

在长期湿热和温度变化的环境中,电芯蓝膜仍能保持稳定,适应各种复杂的工作条件。它还能满足15年的使用寿命要求,为电池的长期使用提供可靠保障。此外,耐穿刺、耐腐蚀、耐压高的特性,使其在不同化学环境和高电压条件下都能安全运行。剥离不残胶的特点,方便了电池的维修和更换。最后,优异的防爆阻燃效果,能在意外情况下有效降低安全风险。

(二)应用及挑战

电芯蓝膜在锂电中有着广泛的应用。一方面,对单体电池起到绝缘保护作用,阻隔单个电芯由于各种故障对其他电芯组件产生不良影响。它可以防止电池在后续的运输及组装过程中出现表面划伤和漏电,还能起到防水、防尘的作用,更好地保护电池。

在包膜检测一体机中,电芯蓝膜也有着重要的发展趋势。随着动力电池产能的大规模扩充,电池企业对产品安全、性能、品控的要求越来越高。蓝膜作为绝缘材料,其质量检测至关重要。由于蓝膜是高反光材质材料,厚度仅在0.015mm-0.20mm间,缺陷种类极多且部分缺陷种类样本难以收集,传统算法过杀率和漏检率极高。针对这一问题,企业推出了标准化解决方案,如华汉伟业将2D+2.5D+3D+AI进行综合运用,实现图像级特征融合,满足细微、低对比度缺陷的在线精准检测,有效提升了电池品质管控和良率。

此外,随着新能源汽车续航能力、充电速度提升,动力电池逐渐向轻量化、高效化、高压化方向发展,市场对电池材料的绝缘能力、耐压等级等提出了更高要求。传统蓝膜绝缘方案可能面临被UV涂覆绝缘材料、粉末涂料等替代的风险。但目前蓝膜性价比高,仍是动力电池电气绝缘的主要应用方案之一。2023年,我国动力电池累计销量为616.3GWh,同比增长32.4%;动力电池累计出口127.4GWh,同比增长87.1%。动力电池产业规模的扩大,为蓝膜产业提供了广阔的需求空间。

三者都是锂电池不可或缺的组成部分,共同保障锂电池的性能和安全。锂电包装膜和电芯蓝膜从外部和表面对电芯进行保护,锂电隔膜则在内部确保正负极的隔离和离子的正常传输。它们共同为锂电池的发展和应用发挥着重要作用。

文章来源:百聚成研发中心

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