铝塑膜:电池轻量化关键材料
铝塑膜是软包电池重要材料,对电池轻量化起着关键作用。铝塑膜主要用于软包电池的电芯封装,其在阻隔性、冷冲压成型性、耐穿刺性、化学稳定性和绝缘性方面均有严格要求,已被广泛用于新能源汽车、消费电子、储能等电芯的生产中。由于铝塑膜材质轻于铝壳和钢壳,且软包电池采用叠片工艺使得电池结构更紧密,同等容量下软包电池较钢壳方形电池轻40%,较铝壳方形电池轻20%;同等规格尺寸,软包电池的容量较钢壳电池容量高50%,较铝壳电池高20-30%,是电池朝着轻量化、小体积发展的关键材料。
软包电池兼具高能量密度和高安全性两大优势,是动力电池技术发展的重要方向。目前锂电池主流封装工艺包括三种:圆柱形、方形和软包。三种电池的组成要素区别不大,核心差异是圆柱和方形电池采用金属材料作为外壳,软包电池采用铝塑膜作为外壳。软包电池主要优点如下:
能量密度高:根据GGII数据,当前量产的三元方形动力电池平均能量密度-Wh/kg,而同材料体系的三元软包电池平均能量密度-Wh/kg,软包单体电芯的能量密度比方形电池平均高10%-15%;
安全性能好:铝塑膜机械性能不强,如果发生电池热失控,一般会鼓气裂开,不会爆炸;而方形、圆柱电池采用硬壳包装,若热量无法及时释放,较大的内部压力可能会引起爆炸。
内阻小:软包电池采用多极耳,内阻较小,可以极大降低电池的自耗电,提升电池倍率和循环寿命。经测试,同材料体系的软包电池,次循环衰减比铝壳少4%-7%。
设计灵活:在特定、异形、狭小空间可以容纳更多电芯,适配多种车型。
铝塑膜由多层材料复合而成,性能要求严苛。铝塑膜的最外层是外阻层,通常由尼龙或PET组成,需要具有良好的抗冲击、耐穿刺、耐热、耐摩擦及绝缘性,用于保护内部铝箔不被划伤。中间为阻透层,通常由铝箔组成,用来阻止水分、氧气侵入。最内层为热封层,通常由流延聚丙烯改性而成,主要作用是防止泄露的电解液腐蚀铝箔层。为了保证软包锂电池能够持续稳定运行,不产生鼓包、漏液等问题,铝塑膜需要具备极高的阻隔性、良好的热封性、耐电解液、耐腐蚀性以及较强的延展性、柔韧性等。
根据厚度不同,铝塑膜可分为88μm、μm、μm三种型号。88μm的铝塑膜主要用于手机等薄型化要求较高的电池,μm主要用于电动工具产品。动力电池领域对铝塑膜强度和外观有更高要求,通常选用μm厚度,该型号价格更贵,生产工艺要求更高,目前全球仅四家企业可以量产(DNP、昭和电工、新纶新材、紫江企业)。
新能源赛道长坡厚雪,带动电池产业链长期繁荣
锂电池核心材料,行业复合增速26%
全球软包电池出货量持续走高,带动铝塑膜需求高速增长。据我们测算,年全球软包电池装机量有望达到GWh,对应铝塑膜需求量6.38亿平米,-年复合增速26%。以22元/平米的均价计算,年全球铝塑膜市场规模超过亿元。
比亚迪入局,动力领域渗透率提升空间巨大
动力领域贡献铝塑膜需求主要增量。据SNE数据,目前软包全球装机占比约28%,主要应用于数码领域。具体来看,软包电池在动力领域渗透率15%,储能领域渗透率10%,数码领域渗透率85%。软包电池在相同重量下具有能量密度高、安全性好、使用寿命长、设计灵活的优点,未来几年有望在动力领域大放异彩,实现渗透率快速提升。预计至年,全球动力领域铝塑膜需求3.67亿平/年,复合增速56%。
海外市场:欧洲车企主打软包路线,装机占比快速攀升。据EVsales数据,年欧洲销量前20的车型中,有15种搭载软包电池,具体包括戴姆勒、日产、雷诺、大众、现代、沃尔沃等知名汽车品牌。这15种车型的总销量占欧洲新能源车总销量的47%。欧洲新能源汽车渗透率提升带动软包电池出货量快速增长,据GGII数据,年海外软包电池装机占比为42%,较年翻倍增长。
国内市场:三大痛点或将悉数解决,软包路线蓄势而发。因宁德时代和比亚迪的快速崛起,方形电池长期在国内占据主导地位。年,国内方形电池出货量占比80%,对比之下软包动力电池装机量不足4GWh,渗透率仅为6%。国内与海外的不同路线偏好主要是受成本、生产技术和产能供应的影响。
成本:年,LG软包电池的价格在1.54元/Wh左右,同期宁德时代的三元方形电池包价格约为1.14元/Wh,松下的圆柱单体电芯价格约为0.96元/Wh。在新能源车补贴退潮影响下,高能量密度带来的边际效用减少,整车厂对成本更加敏感,主打高端的软包电池在年短期遇冷。目前软包电池生产工艺逐步成熟,铝塑膜国产化后成本将逐步下降。
技术:软包电池由于外包装较薄,在出现极端情况时容易被刺穿,因而在电池包环节需要加入金属防护层给予更多的保护,导致成组效率不高。软包电池在封装环节也较难控制,容易发生鼓胀等问题,使得产品一致性较差。目前业内已发展出兼具高能量密度、高安全性的“软包+硬壳”解决方案。年初,比亚迪宣布其DMI车型开始采用软包磷酸铁锂(又称小刀片)电池,该电池采用二次密封技术,其电芯使用铝塑膜(软包)封装,刀片电池采用硬铝壳封装。这一结构创新可改善软包电池在极端情况时容易被刺穿的劣势,有望加速软包电池渗透率提升。
产能供应:海外车企的软包供应商主要有LG化学、SKI和远景AESC,国内企业主要是孚能科技、捷威、宁德时代、亿纬锂能、多氟多、万向、微宏等。软包电池在海外的崛起也得益于LG化学快速放量,但国内软包电池厂商在前几年发展较为缓慢。
电池厂积极扩产,已对铝塑膜需求形成强力支撑。软包电池的安全和高能量密度优势更符合新能源汽车长期发展趋势,国内车企已开始加速布局。年,蔚来开始选用软包电池,小鹏搭载的电池也由圆柱转向软包。随着技术进步带来的降本和终端市场消费升级,国内市场或将向欧洲看齐。据GGII预测,年中国软包动力电池的出货量或将达到88.6GWh,年均复合增速36%。
考虑到全球主流软包电池企业均有大规模扩产计划,同时宁德时代、比亚迪和国轩高科等国内电池龙头也开始重点布局软包,预计至年,全球动力领域铝塑膜需求3.67亿平/年,复合增速56%。
消费电子构建铝塑膜需求基本盘
手机、平板电脑等传统应用领域出货量的增加,以及TWS耳机、无人机和电子烟等新兴应用是推动3C软包电池增长的主要驱动力。年,全球消费类电池出货占比39.9%,其中手机和便携式电脑合计出货47.7GWh,其他数码类电池出货69.8GWh。据EVTank等发布的《中国小软包锂离子电池行业发展白皮书(年)》,预计至年,全球小软包锂离子电池出货量将达到96.0亿颗,年复合增速11.70%。随着消费电子对高续航、便携化的需求增加,下游电池厂商对电池容量、设计灵活性以及循环寿命提出了更高要求,预计软包电池在手机、便携式电脑的渗透率继续提升,对铝塑膜的需求或将在年达到2.4亿平,年均复合增速6%。
固态电池或成大趋势,软包工艺是最佳匹配方案
据LuxResearch预测,固态电池在年市占率有望达到25%。固态电池不含易燃易爆、易挥发等成分,可彻底消除因漏液引发的冒烟、起火,以及在充放电过程中生成锂枝晶造成的安全隐患,被称为最安全电池体系。能量密度方面,固态电池可提供的能量密度约为-Wh/kg,远远超出传统电池。
软包路线是固态电池必然选择:①软包电池采用叠片工艺,圆柱或方形电池采用卷绕工艺,由于无机固态电解质膜相柔韧性较差,无法卷绕,只能采用软包叠片工艺;②锂离子在迁徙过程中会形成整体的涨缩,铝塑膜的延展性优于铝壳,与软包路线天然适配;③固态电池和软包都具备高能量密度特点,两者匹配可进一步强化续航优势。
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