我国引领全球电动汽车电池铝箔产业奋进新征程(上)

2022年06月06日 11:0 68598次浏览 来源:   分类: 铝应用   作者:

表1 全球10大电池制造公司电池装车量及占比

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表2 锂电池外壳材料的性能

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注:x-不好;△-可以;○-良好;◎-优秀。*为日本联合铝业公司。

表3 锂电池封口铝材的性能

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 注:X-不好;△-可以;○-良好;◎-优秀。*为日本联合铝业公司。

表4平箔合金的性能与特性

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注:*为日本联合铝业。

表5  锂离子电池铝母线板的力学性能

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注:*为日本联合铝业公司。 

近年来,随着全球新能源汽车产业的快速发展,汽车动力电池铝箔产品也成了铝箔“家族”中发展最快的产品之一。截至今年3月份,我国建成汽车电池铝箔项目约20个,生产能力约400kt/a;在建的项目约15个,总生产能力达1000kt/a,可以满足全球新能源汽车工业的需求。

目前,新能源电动汽车发展迅速。据中国汽车工业协会统计,今年1月份,我国新能源汽车产销量分别达到36.8万辆和33.4万辆,同比增长2倍和1.8倍。1—2月,新能源汽车产销82.0万辆和76.5万辆,同比增长1.6倍和1.5倍。

更重要的是,电动汽车产量快速提升的同时,电池铝箔需求量和产量也会同步增长。

汽车动力电池铝箔产品具有厚度薄、强度高、表面达因值大、厚度偏差小、板形优秀、表面洁净等特点。我国是电动汽车生产大国,也是电动汽车电池和电池铝箔生产的超级大国,其产量均占全球总产量一半以上。我国是全世界电动汽车电池市场的主导者,在全球10大电池制造公司中我国企业占6家。这10家公司的电池装车量见表1(注:信息来自于西班牙《公众》日报网站,2022年5月3日发布的信息)。除这10个大公司外,其他小公司的装车量约占总销量的8.2%。

已投产的电池铝箔项目

截至2021年底,我国已投产电池铝箔项目的企业约有20家,电池铝箔总生产能力约400kt/a。

●万基控股集团电池软包及铝箔项目

今年2月份,河南万基控股集团有限公司铝箔厂积极开拓市场,实现铝箔销量3788t,电池软包及电池箔2月份出口日本各770t。

铝-塑膜是软包锂电池电芯封装的关键材料。近年来,随着新能源行业的发展,电池软包铝-塑膜用铝箔市场需求快速增长,市场广阔。铝-塑膜最早由日本企业开发,是锂电池产业链中技术壁垒最高的环节,对原材料、生产技术、设备工艺都有相当高的要求。由于技术难度高,我国铝-塑膜行业市场长期被日本企业高价垄断。为打破这种技术壁垒,从2004年开始,我国部分铝箔企业开始探索铝-塑膜地生产。从2016年开始,我国企业自主研发生产的铝-塑膜品质已接近日本水平。万基铝加工有限公司在这方面做了许多工作,成就巨大,2018年实现了小批量生产,2020年实现大批量向国内市场供货。2021年,万基公司已实现多种厚度、超宽幅、多品种高性能电池软包铝-塑膜用铝箔批量化生产,月产量达600t以上,占国内市场的30%。目前,国内对该种电池箔的需求量约为7500t/a。有关分析数据透露,在今后5年内,该种产品年平均增长率或可达16%以上。

●天成彩铝成功交付1235电池箔带坯

2021年6月份,东兴铝业天成彩铝有限公司成功生产出1235工业纯铝电池箔用的0.2mm的带坯,并交付用户,成功轧成0.01mm~0.02mm的电力电池箔。1235电池箔优点是:质量轻、包覆性和密闭性好、耐腐蚀、无毒无味等。生产主要要求有四个方面:表面质量好、板型平整度高、强度高、成分纯净。1235工业纯铝的成分(质量%)为:Cu0.05,Mn0.05,Mg0.05,Zn0.10,Ti0.06,V0.05,(Si+Fe)0.65,其他杂质单个0.03,Al99.35。注:1235铝是一个美国合金。

●山东南山铝业铝材分公司2021年2月批量生产电池托盘铝型材

电动汽车电池托盘是其最大的铝结构部件,可用铝合金挤压材制造,也可以用铝板制备,但多以铝合金挤压材制造为主。托盘的主要作用是托住和保护电池系统,防止其和底部碰触,还起到散热作用,便于电池维护、装配等。

托盘铝材必须具有一定的强度、易于成形加工、价格合理等综合性能,可用6063、6005A与6061合金加工,主要零件用6061合金,其它的用6063和6005A合金。南山铝材在与广汽合作的电池托盘项目中,用了22种不同断面的型材,除左右边梁为6005A-T6合金外,其它的均为6061-T6型材。其主要生产难点为部分型材空腔多、壁厚差大、挤压易变形、力学性能要求高于国标等。

●云南浩鑫铝业公司的70kt/a 0.01mm的双面光电池箔项目

2015年,云南浩鑫铝业有限公司开始批量以铸轧带坯生产纯度>99%的0.009mm(9μm)双面光锂离子电池集流体箔,在世界铝箔生产领域创造了多项第一,荣获“2016中国铝箔资源效率奖”。其特点为:绿色、低碳、节能、环保。其废水零排放,废渣、废油等全部得到有效循环利用;所产的9μm双面光电池箔的成品率高达90%,边部废料有较大下降,能耗减少,有效地节约了资源;表面品质优良,涂布性能好,力学性能高,抗拉强度达270N/mm2,伸长率≥2%;电学性能良好,电阻率≤0.032Ω·mm2/m。采用这种超薄集流体箔,可制得质量轻的小型化锂离子电池。截至2021年12月底,浩鑫铝业有限公司电池铝箔生产能力已达70kt/a。

●广东乳源东阳光优艾希杰有限公司40kt/a电池箔项目

东阳光优艾希杰(UACJ,日本联合铝业公司)是一家中日合资企业,投资90亿日元新建的40kt/a锂离子电池铝箔项目已于2020年8月投产,2021年7月达产。该项目占地2万m2,日本联合铝业有限公司占49%。据该公司预测,2025年全世界锂离子动力电池铝箔需求量约210t。笔者预测量约350k/a,其中,我国的需求量约227.5kt/a,占65%。

●江苏昭和电工公司12kt/a铝箔产能

江苏南通市昭和电工有限公司是日本昭和电工有限公司(Show Denko KK工业公司,SDK)的独资企业,专业生产电工高纯铝箔。该公司原有铝箔生产能力4.8kt/a,2013年又扩建了7.2kt/a,2015年5月投产,总产能达12kt/a。该公司规模虽不大,但经济效益很好,产品附加值极高。

●晟通集团铝箔公司约50kt/a电池箔产能

湖南晟通集团铝箔有限公司双零箔生产能力200kt/a,是当今世界上建成的最大的双零箔企业。该项目共分三期建成:一期2台1850mm箔轧机,2002年投产;二期4台2000mm箔轧机,2012年投产;三期10台2000mm箔轧机,2015年3月投产。该公司的16台轧机全部国产,建成双零箔生产能力200kt/a。据笔者估算,该公司电池箔的生产能力约为50kt/a。

●深圳市安博瑞新材料科技有限公司铝-塑膜项目

安博瑞新材料科技有限公司是一家2016年在深圳成立,专业生产锂离子电池铝-塑膜的企业,是集研发、生产、销售于一体的国家级高新技术企业。该公司长期与清华大学、华中科技大学等院校合作,在多层纳米涂层铝箔改性等产品性能及工艺设计上取得众多研究成果并获得多项发明专利。EV Tank发布的《中国铝-塑膜行业发展白皮书(2021年)》显示,2020年全球软包锂离子电池出货量107.7GWh,同比增长28.1%;2020年,全球铝-塑膜出货量达到2.4亿m2,同比增长23.7%;2020年平均价格22元/m2,整个市场规模52.8亿元。2021年,全球铝-塑膜的需求量达2亿m2~2.5亿m2,预计到2025年全球的需求量可达7亿m2~8亿m2。目前,我国高端铝-塑膜市场几乎全部被外资企业垄断。安博瑞新材料科技有限公司铝-塑膜生产能力约6000万m2。

●新纶科技有限公司常州铝-塑膜生产线项目

新纶科技有限公司在江苏常州投建了2条锂电池铝-塑膜生产线:第一条于2020年投产,生产能力200万m2/月,已于2021年达产;第二条生产线于2021年7月21日完成设备调试。据GGII、中商产业研究院资料显示,2019年我国软包动力电池出货量13.7GWh。预计到2025年,我国软包动力电池出货量将达到88.6GWh,若以每GWh软包动力电池用150万m2铝-塑膜计算,预计到2025年我国铝-塑膜需求量将达1.3亿m2。

●万顺新材15kt/a电池铝箔项目

万顺新材主要从事纸包装材料、铝箔和功能性薄膜三大业务,下有子公司江苏中基复合材料有限公司、安徽美信铝箔(72kt/a高精电子箔)有限公司,共有155kt/a高端铝箔产能,其中,电池箔约15kt/a。

●河南明晟新材料有限公司10kt/a锂电池铝箔项目

明晟新材料有限公司是明泰铝业有限公司的全资子公司,主要从事铝板带箔、合金板、军工、航空航天、汽车用铝、超硬3C材料等。近年来,明泰铝业致力于转型升级,重点布局交通运输用铝,汽车轻量化用铝、新能源锂电池用铝、航空航天及军工等高端用铝领域。该公司锂电池铝箔产能约有10kt/a。

●浙江宁波铝宏汽车电池壳铝合金零部件项目

2019年11月26日,宁波铝宏汽车零部件有限公司汽车铝合金零部件精密制造建设项目在西坞开工,一期已于2021年9月投产。该项目投资2.8亿元,占地56.42亩,主导产品为新能源汽车电池壳铝挤压型材。

●中铝集团福州新区约15kt/a电池箔项目

中铝集团自2019年以来在福州新区闽台(福州)蓝色经济产业园建设东南沿海铝精深加工基地,占地2000亩,计划总投资100亿元,重点产品为交通运输装备轻量化、环保包装、电子器材和中高端印刷用铝材。该项目分4期建设,大部分已建成。据笔者估算,该项目包含约有15kt/a电池箔产能。

●兰州新区铝业有限责任公司10kt/a电池箔项目

甘肃兰州新区铝业有限责任公司200kt/a铝箔项目于2019年9月9日通过审查,投资20亿元,建设用地500亩,由兰州新区商贸物流集团有限公司和兰州新区铝业有限责任公司投资。该项目产品结构包括65kt/a空调箔、70kt/a家用箔、15kt/a药箔、10kt/a电池箔、20kt/a双零包装箔、其它宽幅单零箔20kt/a。该项目已于2021年年底投产。

●江苏鼎胜新能源材料股份有限公司50kt/a动力电池箔项目

该项目位于江苏省镇江市京口区鼎胜铝业公司园区内,于2019年开建,2021年投产,采用双辊式连续铸轧带坯,是我国目前建成的最大的电池铝箔企业之一。

●新疆众和股份有限公司25kt/a电池箔项目

众和股份有限公司不但是我国高纯铝和超高纯≥5N溅射靶基材铝的领跑者,也是我国电池箔、电子箔生产“领军者”。2021年,该公司电子箔、电极箔销售量分别达到21.1kt、2557.94m2,同比分别增长16.15%、48.76%,新能源相关领域电极箔占该公司电极箔销量的20%~30%。新疆众和目前产能:50kt/a高纯铝、35kt/a电子铝箔、2300万m2/a电池箔。

●华北铝业有限公司60kt/a电池箔项目

华北铝业有限公司成立于1978年,是我国生产铝箔轧机与双辊式连续铸轧带坯的开拓者之一。2021年,该公司平轧铝产品生产能力为200kt/a,加上分公司的,生产能力≥250kt/a,其中电池箔的生产能力60kt/a。2015年,该公司电池箔的产量只有2804t,2016年和2017年的产量分别上升到3539t和4964t,2017年的产量比2016年的上升了40%,2021年的产量约已达28kt/a,甚至更多一些。

●其它企业

厦顺铝箔有限公司、南山铝业、神隆宝鼎铝业有限公司等也已纷纷进入电池箔领域,估计产能已达80kt/a。

在建电池铝箔项目

截至今年3月,我国在建汽车电池铝箔项目约有15个,总生产能力约1000kt/a。

●东阳光铝业公司宜都200kt/a低碳电池箔项目

广东省东阳光铝业有限公司200kt/a低碳电池铝箔项目于2021年11月29日正式签约落户湖北省宜都市,今年2月8日启动建设,总投资60亿元,占地1200亩。东阳光铝业公司在生产电池与电子铝箔领域居世界前列,投产后宜都市将成为国内规模较大、技术水平先进的低碳电池箔生产基地。

●常铝股份30kt/a动力电池铝箔项目

常铝股份于2021年12月21日发布公告称,计划由全资子公司——江苏常铝新能源材料科技有限公司投资新建30kt/a动力电池箔项目,建设周期24个月,总投资预计约为3.5亿元。

●和胜新能源科技有限公司获两项电池结构件发明专利

广东和胜股份全资子公司——广东和胜新能源科技有限公司于2021年12月获得两项新能源汽车产品生产工艺发明专利:一项是“搅拌摩擦焊接工艺”技术,该项目能减少焊后工件力学性能下降,有利于提高焊接系数;另一项是“电池壳体加工工艺”技术,该项目能有效提高电池壳体边框的尺寸精度和垂直度。该两项技术已在新能源汽车电池箱体、电芯外壳等产品的生产制造中获得应用,有效地提高了产品生产效率及优良率。

●贵铝新材料公司28kt/a箔轧项目开工

贵铝新材料公司铝箔项目于今年1月15日在贵阳市清镇王庄乡铝精深加工园区开工,占地约120亩,计划投资6.6亿元,总建筑面积4万m2。该项目有5条铝箔生产线,生产28kt/a新能源汽车动力电池箔、电力电容器箔等,计划18个月建成投产。

●潮力新材料公司150kt/a平轧铝产品项目

广西平果市潮力新材料有限公司100kt/a铝合金板带项目和50kt/a新能源电池箔项目于今年1月8日举行了启动仪式,计划总投资15亿元,用地100亩。该项目建成投产后将对平果铝产业迈向中高端起到重要的推动作用。

●江苏如东经开区150kt/a锂电池铝塑膜和铝箔项目

今年1月21日,江苏省如东经济开发区与日本BJAY(布佳伊)有限公司就锂电池铝塑复合膜和铝箔生产项目签署了合作协议。该项目总投资约20亿元,从日本引进先进设备、技术和科学家,分两期建设,每期投资约10亿元,其中,设备投资约7亿元。

●上海华峰铝业150kt/a铝板带箔项目

上海华峰铝业有限公司今年2月11日发表公告称,拟投资19.8亿元建设年产150kt/a新能源汽车用高端铝板带箔项目。该项目将引进2400mm四机架热精轧机列、高速冷轧机、高速箔轧机等。

●贵州清镇市年产1.5亿套电池铝壳及盖板项目

今年3月28日,贵州市清镇市与安徽力翔电池科技有限公司签署建设1.5亿套电池铝壳及盖板项目协议。该项目总投资10亿元,占地约100亩,将建设16条铝壳生产线和25条盖板生产线。

●河南明泰铝业700kt/a绿色新型铝合金材料项目

近些年来,河南明泰铝业有限公司聚焦行业焦点、难点问题,在战略上对新兴铝合金材料、废旧资源高值保级利用两个重点领域,开展了大量研究,先后实施了多个产品高端、低碳节能的高质量项目。其中,700kt/a绿色新型合金材料项目定位于“中国铝工业现代化生态示范土程”,引进国际先进智能化(1+4)式热连轧线、6辊冷轧机、高架仓库等,形成“高端+绿色+智慧”铝合金一体化生产体系。据明泰铝业3月15公告显示,该项目的再生铝生产线2台瓦格斯塔夫扁锭铸造机已投产,热粗轧机和6辊冷轧机于上半年投产,计划今年产量为220kt扁锭、115kt热轧带坯、约50kt外销成品板带。

●洛阳龙鼎铝业100kt/a电池箔/双零箔项目及500kt/a再生铝项目

河南洛阳龙鼎铝业有限公司100kt/a电池箔/双零箔项目及500kt/a再生铝项目于今年3月份开工建设,总投资16亿元。该铝箔项目分两期建设,各建50kt/a。电池箔产能为50kt/a。

●江苏常州睿捷新材料科技有限公司2.7亿m2铝-塑膜项目

睿捷新材料科技有限公司拟投资16亿元在江苏金坛经济开发区金城科技产业园建约2.7亿m2的铝-塑膜项目,有8条生产线,占地约150亩,已于2021年10月开工建设。

●大庆豫港龙泉铝加工材项目50kt/a电池箔本项目

大庆豫港龙泉铝加工材项目于2019年3月启动,总投资330亿元,是全世界计划一次性建成的最大铝加工材项目,总建筑面积1000万m2。精深加工区规划主要产品为铝合金建筑模板、新能源汽车车身、全铝家居产品、轨道车辆车身、特种车辆车身等,另外,还有挤压型材区和板带材区。该项目平轧铝产品生产能力1200kt/a,挤压材生产能力500kt/a,精深加工产品生产能力200kt/a。笔者估计该项目电池箔生产能力为50kt/a。

●山东南山铝业16.8kt/a电池箔项目

2019年,南山铝业投资4.53亿元建设高端铝箔生产线。该项目生产高性能动力电池箔和数码消费类电池箔16.8kt/a,高性能包装铝箔4.2kt/a。

锂电池结构及所用铝箔

●电池结构

锂电池结构由正极集流体(集电器电极)、盒、封口板、负极板等组成。各部分对相应材料要求是:集电器箔不但应有高的强度与电导率,而且应表面平坦;盒材应有高的强度与成形性,还应有良好的耐膨胀性;封口材宜有良好的成形性与激光焊接性;层压包装铝材应有高的强度与成形性;母线材必须有高的强度与电导率,以及良好折弯加工性。

通常说的电池铝箔,实际上是锂离子电池正极箔,最好把这种厚度约0.1mm的非改性的正极箔称为集流体铝箔,以区别于锂(离子)电池用的其它铝箔,如电池软包用铝-塑膜中的箔、极耳箔、改性后涂炭箔等。集流体铝箔一方面是集流体电极;另一方面是锂电池正极或负极材料的载体。实际中可把集流体铝箔简称电池箔。

●正极结构

正极由正极集流体(极耳)、高温胶带、正极基体和正极物质组成。极耳为厚约0.1mm的1070、1060、1235、1230、1100、8011、1N30、3003等合金箔,其中,用得多的为1235、1070、1100、3003合金,因为它们有高的强度。正极基体约为0.016mm厚的箔。

●外壳及封口材料

外壳是用薄铝板加工的,要求有高的成形性与强度,而且应有优越的耐压性,可抑制因反复充电、放电而导致的壳体膨胀。3种外壳板材的性能见表2。

封口是用激光焊接的,因此应有优异的可激光焊性能,同时在加工防爆阀阶段不会发生较大的加工硬化,有良好的成形性。封口材的各种性能见表3。

●电池箔

锂离子电池用的铝箔有两种:一是平箔,应有高的强度、高的电导率与平坦的表面;二是表面改性箔(ASP,Advanced Surface Profile)。日本联合铝业公司研发的平箔有7种:A85、C2F、高强度C2F、FS115、MS812、X383、503S,其中A85、C2F、503S是通用工业箔,可应用于民用各个领域,C2F、MS812、X383合金有高的强度与电导率,FS115合金在涂漆烘烤后有高延展性;表面改性箔有高的强度、高的电导率与表面粗糙化等特性,由于表面粗糙化,活性物质附着性大大提高,同时,可以减少粘结剂用量,电池特性也得以改善,采用新的粗化工艺,比传统工艺的生产成本有所下降。平箔合金的性能与特性见表4。

●铝母线合金

锂电池的导电母线原来是铜材料的,改用铝材料后不但大幅度实现了轻量化,而且成本下降了很多;EC1合金的电导率与纯铝1050-O的等同,而其强度则比它大50%;EC2合金的电导率只有铜的57%,如果母线板厚增加到铜的1.8倍,则传导的电流可与铜的相等。铝母线板的力学性能见表5。

责任编辑:李开颜

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