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我國引領全球電動汽車電池鋁箔產業奮進新征程

文|王祝堂

近年來,隨著全球新能源汽車產業的快速發展,汽車動力電池鋁箔產品也成了鋁箔“家族”中發展最快的產品之一。截至今年3月份,我國建成汽車電池鋁箔項目約20個,生產能力約400kt/a;在建的項目約15個,總生產能力達1000kt/a,可以滿足全球新能源汽車工業的需求。

目前,新能源電動汽車發展迅速。據中國汽車工業協會統計,今年1月份,我國新能源汽車產銷量分別達到36.8萬輛和33.4萬輛,同比增長2倍和1.8倍。1—2月,新能源汽車產銷82.0萬輛和76.5萬輛,同比增長1.6倍和1.5倍。

更重要的是,電動汽車產量快速提升的同時,電池鋁箔需求量和產量也會同步增長。

汽車動力電池鋁箔產品具有厚度薄、強度高、表面達因值大、厚度偏差小、板形優秀、表面潔凈等特點。我國是電動汽車生產大國,也是電動汽車電池和電池鋁箔生產的超級大國,其產量均占全球總產量一半以上。我國是全世界電動汽車電池市場的主導者,在全球10大電池制造公司中我國企業占6家。這10家公司的電池裝車量見表1(注:信息來自于西班牙《公眾》日報網站,2022年5月3日發布的信息)。除這10個大公司外,其他小公司的裝車量約占總銷量的8.2%。

表1全球10大電池制造公司電池裝車量及占比

已投產的電池鋁箔項目

截至2021年底,我國已投產電池鋁箔項目的企業約有20家,電池鋁箔總生產能力約400kt/a。

●萬基控股集團電池軟包及鋁箔項目

今年2月份,河南萬基控股集團有限公司鋁箔廠積極開拓市場,實現鋁箔銷量3788t,電池軟包及電池箔2月份出口日本各770t。

鋁-塑膜是軟包鋰電池電芯封裝的關鍵材料。近年來,隨著新能源行業的發展,電池軟包鋁-塑膜用鋁箔市場需求快速增長,市場廣闊。鋁-塑膜最早由日本企業開發,是鋰電池產業鏈中技術壁壘最高的環節,對原材料、生產技術、設備工藝都有相當高的要求。由于技術難度高,我國鋁-塑膜行業市場長期被日本企業高價壟斷。為打破這種技術壁壘,從2004年開始,我國部分鋁箔企業開始探索鋁-塑膜地生產。從2016年開始,我國企業自主研發生產的鋁-塑膜品質已接近日本水平。萬基鋁加工有限公司在這方面做了許多工作,成就巨大,2018年實現了小批量生產,2020年實現大批量向國內市場供貨。2021年,萬基公司已實現多種厚度、超寬幅、多品種高性能電池軟包鋁-塑膜用鋁箔批量化生產,月產量達600t以上,占國內市場的30%。目前,國內對該種電池箔的需求量約為7500t/a。有關分析數據透露,在今后5年內,該種產品年平均增長率或可達16%以上。

●天成彩鋁成功交付1235電池箔帶坯

2021年6月份,東興鋁業天成彩鋁有限公司成功生產出1235工業純鋁電池箔用的0.2mm的帶坯,并交付用戶,成功軋成0.01mm~0.02mm的電力電池箔。1235電池箔優點是:質量輕、包覆性和密閉性好、耐腐蝕、無毒無味等。生產主要要求有四個方面:表面質量好、板型平整度高、強度高、成分純凈。1235工業純鋁的成分(質量%)為:Cu0.05,Mn0.05,Mg0.05,Zn0.10,Ti0.06,V0.05,(Si+Fe)0.65,其他雜質單個0.03,Al99.35。注:1235鋁是一個美國合金。

●山東南山鋁業鋁材分公司2021年2月批量生產電池托盤鋁型材

電動汽車電池托盤是其最大的鋁結構部件,可用鋁合金擠壓材制造,也可以用鋁板制備,但多以鋁合金擠壓材制造為主。托盤的主要作用是托住和保護電池系統,防止其和底部碰觸,還起到散熱作用,便于電池維護、裝配等。

托盤鋁材必須具有一定的強度、易于成形加工、價格合理等綜合性能,可用6063、6005A與6061合金加工,主要零件用6061合金,其它的用6063和6005A合金。南山鋁材在與廣汽合作的電池托盤項目中,用了22種不同斷面的型材,除左右邊梁為6005A-T6合金外,其它的均為6061-T6型材。其主要生產難點為部分型材空腔多、壁厚差大、擠壓易變形、力學性能要求高于國標等。

●云南浩鑫鋁業公司的70kt/a 0.01mm的雙面光電池箔項目

2015年,云南浩鑫鋁業有限公司開始批量以鑄軋帶坯生產純度>99%的0.009mm(9μm)雙面光鋰離子電池集流體箔,在世界鋁箔生產領域創造了多項第一,榮獲“2016中國鋁箔資源效率獎”。其特點為:綠色、低碳、節能、環保。其廢水零排放,廢渣、廢油等全部得到有效循環利用;所產的9μm雙面光電池箔的成品率高達90%,邊部廢料有較大下降,能耗減少,有效地節約了資源;表面品質優良,涂布性能好,力學性能高,抗拉強度達270N/mm2,伸長率≥2%;電學性能良好,電阻率≤0.032Ω*mm2/m。采用這種超薄集流體箔,可制得質量輕的小型化鋰離子電池。截至2021年12月底,浩鑫鋁業有限公司電池鋁箔生產能力已達70kt/a。

●廣東乳源東陽光優艾希杰有限公司40kt/a電池箔項目

東陽光優艾希杰(UACJ,日本聯合鋁業公司)是一家中日合資企業,投資90億日元新建的40kt/a鋰離子電池鋁箔項目已于2020年8月投產,2021年7月達產。該項目占地2萬m2,日本聯合鋁業有限公司占49%。據該公司預測,2025年全世界鋰離子動力電池鋁箔需求量約210t。筆者預測量約350k/a,其中,我國的需求量約227.5kt/a,占65%。

●江蘇昭和電工公司12kt/a鋁箔產能

江蘇南通市昭和電工有限公司是日本昭和電工有限公司(Show Denko KK工業公司,SDK)的獨資企業,專業生產電工高純鋁箔。該公司原有鋁箔生產能力4.8kt/a,2013年又擴建了7.2kt/a,2015年5月投產,總產能達12kt/a。該公司規模雖不大,但經濟效益很好,產品附加值極高。

●晟通集團鋁箔公司約50kt/a電池箔產能

湖南晟通集團鋁箔有限公司雙零箔生產能力200kt/a,是當今世界上建成的最大的雙零箔企業。該項目共分三期建成:一期2臺1850mm箔軋機,2002年投產;二期4臺2000mm箔軋機,2012年投產;三期10臺2000mm箔軋機,2015年3月投產。該公司的16臺軋機全部國產,建成雙零箔生產能力200kt/a。據筆者估算,該公司電池箔的生產能力約為50kt/a。

●深圳市安博瑞新材料科技有限公司鋁-塑膜項目

安博瑞新材料科技有限公司是一家2016年在深圳成立,專業生產鋰離子電池鋁-塑膜的企業,是集研發、生產、銷售于一體的國家級高新技術企業。該公司長期與清華大學、華中科技大學等院校合作,在多層納米涂層鋁箔改性等產品性能及工藝設計上取得眾多研究成果并獲得多項發明專利。EV Tank發布的《中國鋁-塑膜行業發展白皮書(2021年)》顯示,2020年全球軟包鋰離子電池出貨量107.7GWh,同比增長28.1%;2020年,全球鋁-塑膜出貨量達到2.4億m2,同比增長23.7%;2020年平均價格22元/m2,整個市場規模52.8億元。2021年,全球鋁-塑膜的需求量達2億m2~2.5億m2,預計到2025年全球的需求量可達7億m2~8億m2。目前,我國高端鋁-塑膜市場幾乎全部被外資企業壟斷。安博瑞新材料科技有限公司鋁-塑膜生產能力約6000萬m2。

●新綸科技有限公司常州鋁-塑膜生產線項目

新綸科技有限公司在江蘇常州投建了2條鋰電池鋁-塑膜生產線:第一條于2020年投產,生產能力200萬m2/月,已于2021年達產;第二條生產線于2021年7月21日完成設備調試。據GGII、中商產業研究院資料顯示,2019年我國軟包動力電池出貨量13.7GWh。預計到2025年,我國軟包動力電池出貨量將達到88.6GWh,若以每GWh軟包動力電池用150萬m2鋁-塑膜計算,預計到2025年我國鋁-塑膜需求量將達1.3億m2。

●萬順新材15kt/a電池鋁箔項目

萬順新材主要從事紙包裝材料、鋁箔和功能性薄膜三大業務,下有子公司江蘇中基復合材料有限公司、安徽美信鋁箔(72kt/a高精電子箔)有限公司,共有155kt/a高端鋁箔產能,其中,電池箔約15kt/a。

●河南明晟新材料有限公司10kt/a鋰電池鋁箔項目

明晟新材料有限公司是明泰鋁業有限公司的全資子公司,主要從事鋁板帶箔、合金板、軍工、航空航天、汽車用鋁、超硬3C材料等。近年來,明泰鋁業致力于轉型升級,重點布局交通運輸用鋁,汽車輕量化用鋁、新能源鋰電池用鋁、航空航天及軍工等高端用鋁領域。該公司鋰電池鋁箔產能約有10kt/a。

●浙江寧波鋁宏汽車電池殼鋁合金零部件項目

2019年11月26日,寧波鋁宏汽車零部件有限公司汽車鋁合金零部件精密制造建設項目在西塢開工,一期已于2021年9月投產。該項目投資2.8億元,占地56.42畝,主導產品為新能源汽車電池殼鋁擠壓型材。

●中鋁集團福州新區約15kt/a電池箔項目

中鋁集團自2019年以來在福州新區閩臺(福州)藍色經濟產業園建設東南沿海鋁精深加工基地,占地2000畝,計劃總投資100億元,重點產品為交通運輸裝備輕量化、環保包裝、電子器材和中高端印刷用鋁材。該項目分4期建設,大部分已建成。據筆者估算,該項目包含約有15kt/a電池箔產能。

●蘭州新區鋁業有限責任公司10kt/a電池箔項目

甘肅蘭州新區鋁業有限責任公司200kt/a鋁箔項目于2019年9月9日通過審查,投資20億元,建設用地500畝,由蘭州新區商貿物流集團有限公司和蘭州新區鋁業有限責任公司投資。該項目產品結構包括65kt/a空調箔、70kt/a家用箔、15kt/a藥箔、10kt/a電池箔、20kt/a雙零包裝箔、其它寬幅單零箔20kt/a。該項目已于2021年年底投產。

●江蘇鼎勝新能源材料股份有限公司50kt/a動力電池箔項目

該項目位于江蘇省鎮江市京口區鼎勝鋁業公司園區內,于2019年開建,2021年投產,采用雙輥式連續鑄軋帶坯,是我國目前建成的最大的電池鋁箔企業之一。

●新疆眾和股份有限公司25kt/a電池箔項目

眾和股份有限公司不但是我國高純鋁和超高純≥5N濺射靶基材鋁的領跑者,也是我國電池箔、電子箔生產“領軍者”。2021年,該公司電子箔、電極箔銷售量分別達到21.1kt、2557.94m2,同比分別增長16.15%、48.76%,新能源相關領域電極箔占該公司電極箔銷量的20%~30%。新疆眾和目前產能:50kt/a高純鋁、35kt/a電子鋁箔、2300萬m2/a電池箔。

●華北鋁業有限公司60kt/a電池箔項目

華北鋁業有限公司成立于1978年,是我國生產鋁箔軋機與雙輥式連續鑄軋帶坯的開拓者之一。2021年,該公司平軋鋁產品生產能力為200kt/a,加上分公司的,生產能力≥250kt/a,其中電池箔的生產能力60kt/a。2015年,該公司電池箔的產量只有2804t,2016年和2017年的產量分別上升到3539t和4964t,2017年的產量比2016年的上升了40%,2021年的產量約已達28kt/a,甚至更多一些。

●其它企業

廈順鋁箔有限公司、南山鋁業、神隆寶鼎鋁業有限公司等也已紛紛進入電池箔領域,估計產能已達80kt/a。

在建電池鋁箔項目

截至今年3月,我國在建汽車電池鋁箔項目約有15個,總生產能力約1000kt/a。

●東陽光鋁業公司宜都200kt/a低碳電池箔項目

廣東省東陽光鋁業有限公司200kt/a低碳電池鋁箔項目于2021年11月29日正式簽約落戶湖北省宜都市,今年2月8日啟動建設,總投資60億元,占地1200畝。東陽光鋁業公司在生產電池與電子鋁箔領域居世界前列,投產后宜都市將成為國內規模較大、技術水平先進的低碳電池箔生產基地。

●常鋁股份30kt/a動力電池鋁箔項目

常鋁股份于2021年12月21日發布公告稱,計劃由全資子公司——江蘇常鋁新能源材料科技有限公司投資新建30kt/a動力電池箔項目,建設周期24個月,總投資預計約為3.5億元。

●和勝新能源科技有限公司獲兩項電池結構件發明專利

廣東和勝股份全資子公司——廣東和勝新能源科技有限公司于2021年12月獲得兩項新能源汽車產品生產工藝發明專利:一項是“攪拌摩擦焊接工藝”技術,該項目能減少焊后工件力學性能下降,有利于提高焊接系數;另一項是“電池殼體加工工藝”技術,該項目能有效提高電池殼體邊框的尺寸精度和垂直度。該兩項技術已在新能源汽車電池箱體、電芯外殼等產品的生產制造中獲得應用,有效地提高了產品生產效率及優良率。

●貴鋁新材料公司28kt/a箔軋項目開工

貴鋁新材料公司鋁箔項目于今年1月15日在貴陽市清鎮王莊鄉鋁精深加工園區開工,占地約120畝,計劃投資6.6億元,總建筑面積4萬m2。該項目有5條鋁箔生產線,生產28kt/a新能源汽車動力電池箔、電力電容器箔等,計劃18個月建成投產。

●潮力新材料公司150kt/a平軋鋁產品項目

廣西平果市潮力新材料有限公司100kt/a鋁合金板帶項目和50kt/a新能源電池箔項目于今年1月8日舉行了啟動儀式,計劃總投資15億元,用地100畝。該項目建成投產后將對平果鋁產業邁向中高端起到重要的推動作用。

●江蘇如東經開區150kt/a鋰電池鋁塑膜和鋁箔項目

今年1月21日,江蘇省如東經濟開發區與日本BJAY(布佳伊)有限公司就鋰電池鋁塑復合膜和鋁箔生產項目簽署了合作協議。該項目總投資約20億元,從日本引進先進設備、技術和科學家,分兩期建設,每期投資約10億元,其中,設備投資約7億元。

●上海華峰鋁業150kt/a鋁板帶箔項目

上海華峰鋁業有限公司今年2月11日發表公告稱,擬投資19.8億元建設年產150kt/a新能源汽車用高端鋁板帶箔項目。該項目將引進2400mm四機架熱精軋機列、高速冷軋機、高速箔軋機等。

●貴州清鎮市年產1.5億套電池鋁殼及蓋板項目

今年3月28日,貴州市清鎮市與安徽力翔電池科技有限公司簽署建設1.5億套電池鋁殼及蓋板項目協議。該項目總投資10億元,占地約100畝,將建設16條鋁殼生產線和25條蓋板生產線。

●河南明泰鋁業700kt/a綠色新型鋁合金材料項目

近些年來,河南明泰鋁業有限公司聚焦行業焦點、難點問題,在戰略上對新興鋁合金材料、廢舊資源高值保級利用兩個重點領域,開展了大量研究,先后實施了多個產品高端、低碳節能的高質量項目。其中,700kt/a綠色新型合金材料項目定位于“中國鋁工業現代化生態示范土程”,引進國際先進智能化(1+4)式熱連軋線、6輥冷軋機、高架倉庫等,形成“高端+綠色+智慧”鋁合金一體化生產體系。據明泰鋁業3月15公告顯示,該項目的再生鋁生產線2臺瓦格斯塔夫扁錠鑄造機已投產,熱粗軋機和6輥冷軋機于上半年投產,計劃今年產量為220kt扁錠、115kt熱軋帶坯、約50kt外銷成品板帶。

●洛陽龍鼎鋁業100kt/a電池箔/雙零箔項目及500kt/a再生鋁項目

河南洛陽龍鼎鋁業有限公司100kt/a電池箔/雙零箔項目及500kt/a再生鋁項目于今年3月份開工建設,總投資16億元。該鋁箔項目分兩期建設,各建50kt/a。電池箔產能為50kt/a。

●江蘇常州睿捷新材料科技有限公司2.7億m2鋁-塑膜項目

睿捷新材料科技有限公司擬投資16億元在江蘇金壇經濟開發區金城科技產業園建約2.7億m2的鋁-塑膜項目,有8條生產線,占地約150畝,已于2021年10月開工建設。

●大慶豫港龍泉鋁加工材項目50kt/a電池箔本項目

大慶豫港龍泉鋁加工材項目于2019年3月啟動,總投資330億元,是全世界計劃一次性建成的最大鋁加工材項目,總建筑面積1000萬m2。精深加工區規劃主要產品為鋁合金建筑模板、新能源汽車車身、全鋁家居產品、軌道車輛車身、特種車輛車身等,另外,還有擠壓型材區和板帶材區。該項目平軋鋁產品生產能力1200kt/a,擠壓材生產能力500kt/a,精深加工產品生產能力200kt/a。筆者估計該項目電池箔生產能力為50kt/a。

●山東南山鋁業16.8kt/a電池箔項目

2019年,南山鋁業投資4.53億元建設高端鋁箔生產線。該項目生產高性能動力電池箔和數碼消費類電池箔16.8kt/a,高性能包裝鋁箔4.2kt/a。

鋰電池結構及所用鋁箔

●電池結構

鋰電池結構由正極集流體(集電器電極)、盒、封口板、負極板等組成。各部分對相應材料要求是:集電器箔不但應有高的強度與電導率,而且應表面平坦;盒材應有高的強度與成形性,還應有良好的耐膨脹性;封口材宜有良好的成形性與激光焊接性;層壓包裝鋁材應有高的強度與成形性;母線材必須有高的強度與電導率,以及良好折彎加工性。

通常說的電池鋁箔,實際上是鋰離子電池正極箔,最好把這種厚度約0.1mm的非改性的正極箔稱為集流體鋁箔,以區別于鋰(離子)電池用的其它鋁箔,如電池軟包用鋁-塑膜中的箔、極耳箔、改性后涂炭箔等。集流體鋁箔一方面是集流體電極;另一方面是鋰電池正極或負極材料的載體。實際中可把集流體鋁箔簡稱電池箔。

●正極結構

正極由正極集流體(極耳)、高溫膠帶、正極基體和正極物質組成。極耳為厚約0.1mm的1070、1060、1235、1230、1100、8011、1N30、3003等合金箔,其中,用得多的為1235、1070、1100、3003合金,因為它們有高的強度。正極基體約為0.016mm厚的箔。

●外殼及封口材料

外殼是用薄鋁板加工的,要求有高的成形性與強度,而且應有優越的耐壓性,可抑制因反復充電、放電而導致的殼體膨脹。3種外殼板材的性能見表2。

表2鋰電池外殼材料的性能

注:x-不好;△-可以;○-良好;◎-優秀。*為日本聯合鋁業公司。

封口是用激光焊接的,因此應有優異的可激光焊性能,同時在加工防爆閥階段不會發生較大的加工硬化,有良好的成形性。封口材的各種性能見表3。

表3鋰電池封口鋁材的性能

注:x-不好;△-可以;○-良好;◎-優秀。*為日本聯合鋁業公司。

●電池箔

鋰離子電池用的鋁箔有兩種:一是平箔,應有高的強度、高的電導率與平坦的表面;二是表面改性箔(ASP,Advanced Surface Profile)。日本聯合鋁業公司研發的平箔有7種:A85、C2F、高強度C2F、FS115、MS812、X383、503S,其中A85、C2F、503S是通用工業箔,可應用于民用各個領域,C2F、MS812、X383合金有高的強度與電導率,FS115合金在涂漆烘烤后有高延展性;表面改性箔有高的強度、高的電導率與表面粗糙化等特性,由于表面粗糙化,活性物質附著性大大提高,同時,可以減少粘結劑用量,電池特性也得以改善,采用新的粗化工藝,比傳統工藝的生產成本有所下降。平箔合金的性能與特性見表4。

表4平箔合金的性能與特性

注:*為日本聯合鋁業。

●鋁母線合金

鋰電池的導電母線原來是銅材料的,改用鋁材料后不但大幅度實現了輕量化,而且成本下降了很多;EC1合金的電導率與純鋁1050-O的等同,而其強度則比它大50%;EC2合金的電導率只有銅的57%,如果母線板厚增加到銅的1.8倍,則傳導的電流可與銅的相等。鋁母線板的力學性能見表5。

表5鋰離子電池鋁母線板的力學性能

注:*為日本聯合鋁業公司。

●電池箔市場

由于全球新能源車輛行業的高速發展,對鋰電池的需求旺盛拉動了電池鋁箔需求快速上升。筆者認為,在2010年—2030年期間,沒有哪種鋁產品的產量增長速度能比電池鋁箔高。2015年—2025年,鋰電池鋁箔產量的復合增長率可能達25%,如以2015年的產量30kt為基數,那么2025年的產量可能突破280kt,這是非常驚人的數字。1GWh鋰電池用鋁箔約750t。

●電池箔品質

2017年,我國動力電池生產廠家有約160家,生產鋰電池箔的約有70多家。電池箔是一種高技術產品,而且對其品質要求越來越高,我國普通級箔(抗拉強度Rm=150N/mm2~180N/mm2)方面沒有問題,但在生產高強度、高精厚度偏差、高表面品質方面還與發達國家有相當大的差距。

表6電池箔的力學性能

生產普通電池箔的技術與生產通用0.1mm箔的等同,很平常,但要生產高強度箔卻絕非易事,特別是生產厚度小于0.015mm的箔需要采用特殊工藝,同時需在設備與潤滑方面作一些改進。

310N/mm2這個值是當前1XXX系及8XXX系(AI-Li合金除外)合金箔材能夠達到的最高強度。電池箔的進展不但要求其抗拉強度Rm越來越高,而且其厚度卻反其道而行,已從最初的20μm減薄到8μm,這個減薄過程是一步一步的,歷時20余年,20μm—16μm—15μm—13μm—12μm—10μm—9μm—8μm。再減薄的空間不太大了,因為在減薄的同時,必須同步提高其抗拉強度Rm,否則耐破度不能滿足要求。

不斷地提高對電池箔抗拉強度Rm的要求,是為了減薄箔的厚度,以提高電池的能量密度。目前我國生產的電池箔的抗拉強度Rm都能達到160N/mm2,但要生產Rm≥200N/mm2則需要克服一些困難。

目前,電池箔的最薄厚度已達8μm,再減薄的空間不是太大。另外,有些電池企業要求厚度偏差<±2%,實際很難達到,因為當前箔軋機的AGC控制系統無法達到這種控制精度。當然,如若對現有的AGC系統加以改造有可能生產出厚差更精細的電池箔。

電池箔對表面品質與切邊品質的要求也比普通箔高。電池箔表面上不允許有直徑>1mm的麻點,0.5mm~1mm的麻點應<3個/m2,0.5mm的麻點不允許成片出現>1mm;暗面不允許有凸點,對于單面光箔,暗面不得有亮點;表面上允許有長度<5mm的黑油線,但應≤3條/m2;打底起皺長度應≤10m。

切邊品質應高,不得有裂邊與毛刺。在無張力情況下,邊部波峰應≤2mm,斷面鋁粉膠帶法檢測≤25個/(10cm)。

總之,電池箔要求的六要素缺一不可,即:最薄的厚度、最高的強度、最大的表面達因值、最小的厚度偏差、最優的板形、最潔凈的表面。

電池及其鋁箔的新進展

●5分鐘可充滿電的汽車電池

中國億緯鋰能股份有限公司與其合作伙伴以色列斯托多特公司(StoreDot)研制出一種只需5分鐘就能充滿電的鋰電池,這是鋰電池發展歷程上的一次小革命。1月19日,斯托多特公司為新電池的面世舉行推介會,這對電動汽車的發展來說可不是一件小事,電動汽車的充電時間將從目前的幾小時縮短到傳統汽車加油所需的短短幾分鐘。不過目前該電池還不能用于現有的汽車上,還需要一段改進與完善時間,可能要到2025年后才能大規模地生產與應用,因為還有許多工作要做,包括基礎設施方面的建設。

●軋制電池鋁箔的OPTIMILLR軋機

德國阿申巴赫公司(Achenbach)設計制造了一種名為“OPTIMILLR”的4輥不可逆軋機,是一種專用于軋制電池箔的“精準軋機”,其附屬設備如剪切機、厚度控制儀、吹干系統、冷卻潤滑劑噴灑系統、張力控制系統,都是精心設計制造的,達到了前所未有的靈敏度和精確度。冷卻潤滑噴灑系統為阿申巴赫勻速噴灑系統R(Achenbach UniSprayR),帶材軋制時的邊部加熱系統為該公司特有的“熱邊系統”(Hot Edge System,HES),裝有特有的平整度監控器UniFlatR和自動帶材平整度測量儀OPTIROLL MillFlat,還裝有支撐輥動力可變凸度(DVC,DynamicVariable Crown)監測儀。

為了軋制出完全能滿足六要素的電池箔,應特別注意的是,箔材表面應干干凈凈,不得有殘留軋制油,以確保箔材有良好的可焊性和足夠的達因值。高效的阿申巴赫吹干系統Achenbach UniDryR能完全做到這一點,不會產生任何帶邊滴油現象。高精縱剪線能確保所切帶材沒有毛刺(bur)、皺紋(wrinkle),有非常好的卷取質量,卷材端面整整齊齊,猶如一層。

制取電池箔的車間應非常潔凈,不但箔材本身應潔凈,車間環境也應無塵。阿申巴赫剪切機之上設有吸塵罩,可達到一級吸塵效果,保證剪切在無塵環境下進行,吸氣氣流均勻無阻,氣流大小適當,確保周圍環境保持最大的潔凈度。

另一個必須進行的工作是應對電池箔質量進行專門的檢查、測量和分析。該項工作不但能保證箔的質量透明度,同時,對生產方與用戶都是非常有益的。該公司為進行此項工作提供了一切工具與檢查手段。

電池外殼

不管是汽車電池還是其它電池都要有個堅實的外殼,以保護電池本身不受損害,維持電池工作正常,這種外殼雖有種種形狀,但是都是用鋁合金1070-O圓片或其它形狀片沖制的。圓片Φ6~220mm,Φ偏差±0.05mm,厚度偏差-0.5~+0.10mm,產品厚度2~25mm,也可以更薄些。1070-O合金有良好的冷沖壓成形性能,實際上是一種常用的工業純鋁,其成分(質量%):Si0.20、F0.25、Cu0.04、Mn0.03、Mg0.03、Zn0.04、Ti0.03、V0.05,其它雜質單個0.03,Al≥99.70。還可以用3003-O、H14或1050-O、H14合金冷沖制。也有一些公司研制出特殊的外殼合金,如日本聯合鋁業公司的MG212合金,其力學性能比3003、1050合金高得多。

鋰電池的封口鋁材為8021-O、H14、H16、3003-O、H14、1050-O合金。

新電池研發

新電池研發可從兩個方面進行:一是對現行鋰電池進行改進,提高其壽命與續航里程,縮短充電時間,提高鋰的提取效率與降低生產成本;二是研發全新的高效新電池?,F在在這兩個方面都取得了非凡的成就。

●寧德時代公司的超級電池可行駛200萬公里

寧德時代新能源股份有限公司成立于2010年,是世界最大的新能源汽車鋰電池研發與生產者。該公司研制出一種可持續使用16年、行駛總里程可達200萬公里的動力電池,而目前電動汽車電池的使用壽命約8年。該公司還在擴展國際業務,在德國開設的首家國外工廠已于2021年運營。

●日本的低成本高安全電池

如何降低鋰離子電池成本并提高其安全性,是研究人員一直追求的目標。日本科學家堀江英明(Hidiaki Horie)發明出一種比鋰離子電池量產成本低90%的新型電池,同時具有高度的安全性。該研究是用樹脂結構代替電池的金屬內襯電極和液態電解質,從而提高電池安全性并降低生產成本,因此大大簡化與加快了生產進程。

●充電速度比鋰離子電池快60倍的石墨烯電池

澳大利亞布里斯班市的石墨烯制造集團研發出新型的石墨烯鋁離子電池,其充電速度比鋰離子電池快60倍,儲能能力是最佳鋁基電池的3倍。石墨烯具有一系列優異特性:硬度比鉆石還大、韌性比鋼更高、密度僅為鋼的1/200、有較高的導熱率和極佳的導電性、可進行化學反應,形成新的化合物、資源豐富。該公司稱,今年已開始生產用于個人電子產品等較小設備的紐扣式石墨烯鋁離子電池,2024年將生產電動汽車用電池。

●物美價廉的鈉電池

俄羅斯和德國的研究人員發現,可用特殊結構的鈉替代昂貴的稀有金屬鋰制造汽車電池。采用新技術制造的鈉電池比鋰電池的造價低得多,但容量不差分毫。目前,用鈉和石墨烯制成的多層結構電池還處在測試階段,鈉離子電池的成本僅約為鋰離子電池的1/100,因為鈉本身價格低廉、儲量豐富,而其化學性質又表明,可用質輕又低價的鋁代替銅作為電池輔料。鈉電池的缺點是壽命短、放電快,科學家們正在研究針對性的解決方案。

●固態電池

可能在不久的將來,汽車工業還會投入巨資和大量科技力量研發固態電池。因為它的制造成本比鋰電池低60%,而且充電時間短,奉命也長。中國蔚來技術公司已將固態電池的生產安排在今年,全球產銷量最大的日本豐田汽車公司和德國大眾汽車公司把固態電池在其車上的應用計劃安排在2025年,預計其他汽車公司在未來幾年內也會陸續采用此種電池,因為制造和應用固態電池的障礙和技術難點幾乎都已解決。

●室溫液態金屬電池

目前,所有的液態金屬電池的工作溫度都≥240℃,美國德克薩斯大學奧斯汀分??茖W家開發出一種可在室溫下工作的新型液態電池,兼具固態金屬電池和液態金屬電池優點:能儲存更多的電量、更穩定、更節能、更環保。

●“秒充”電動汽車的量子電池

目前,在用電池的能量密度比碳氫化合物的低得多,所以導致電池續航時間短、充電時間長。韓國基礎科學研究所復雜系統理論物理中心的科學家的研究表明,采用全局操作的量子電池可以實現充電速率成百倍地上升,從而可以實現充電時間縮短到約3min,實現“秒充”。

●美國和歐盟斥巨資研發車載電池

歐盟于早些時候設立30億歐元研究基金推動車載電池項目研發,比利時、芬蘭、法國、德國、意大利、波蘭和瑞典等國家將為這個定于2031年前完成的計劃提供多達32億歐元資金。歐盟委員會稱,預計該項目還將獲得50億歐元的私人投資,共計約將投入112億多歐元用于研發車載電池。

結束語

我國是世界上最大的汽車產銷國,2021年,汽車產銷2608.2萬輛和2627.5萬輛;新能源汽車產銷分別達到354.5萬輛和352.1萬輛,分別約占全球產銷量的60%。我國已成為名副其實的電動汽車“世界工廠”。在世界10大車載電池生產公司中,我國占半數之多,也已成為車載電池“老大”。寧德時代新能源科技有限公司是世界第一大電池制造企業。我國在電動汽車及電池出口方面也是世界領軍者。2021年,我國電動汽車出口量遠遠超過排名第二的德國。我國電動汽車品種多、價格合理、設計時尚,并且擁有產業聚集優勢,在全球的影響力正在迅速擴大,正在歐洲、亞洲市場迅速打開銷路,并準備拓展美洲市場。

另外,美國也在斥巨資發展電池生產。據外媒報道,美國政府將撥30多億美元資助電動汽車動力電池制造,特別是大容量電池制造與廢電池回收。近日,美國總統拜登對媒體宣布,美國將在2030年銷售的汽車要有一半是電動汽車。此外,美國基礎設施法還為政府劃撥了數十億美元資金用于購買電動公交車和安裝電動汽車充電裝置。

可見,全球電動汽車電池鋁箔產業龐大的市場正在加速形成,我國企業也將引領全球電動汽車電池鋁箔產業奮進新征程。

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