从无到有！国产铝塑膜的机遇与挑战

2023-04-07 14:08:14 来源：新材料在线

1494

简介：如果缺少锂离子电池，这个世界的运转难以想象，手机、笔记本电脑、新能源车等或将停摆。在软包电池中，铝塑膜（第十届中国铝工业科学技术发展大会暨第三届国际铝工业高峰论坛）是电芯封装的关键材料，需要有高阻隔性、良好的成型性、耐电解液性能。对性能的苛刻要求，成为国产化的“拦路虎”。所幸，历经几年探索，在诸如道明光学等国产企业的努力下，中国铝塑膜取得了巨大进展，GGII数据显示2022年铝塑膜国产化率有望超60%，

如果缺少锂离子电池，这个世界的运转难以想象，手机、笔记本电脑、新能源车等或将停摆。在软包电池中，铝塑膜（第十届中国铝工业科学技术发展大会暨第三届国际铝工业高峰论坛）是电芯封装的关键材料，需要有高阻隔性、良好的成型性、耐电解液性能。对性能的苛刻要求，成为国产化的“拦路虎”。所幸，历经几年探索，在诸如道明光学等国产企业的努力下，中国铝塑膜取得了巨大进展，GGII数据显示2022年铝塑膜国产化率有望超60%，

这张薄薄的复合膜，究竟有何独特之处？

铝塑膜发展现状

铝塑膜作为封装材料，对于电池的产品质量和稳定性至关重要，因此制造难度十分大。由于技术壁垒高和认证周期长，早期，铝塑膜在国内的供给十分有限。我国布局铝塑膜的时间相对较晚，在原材料质量和制造工艺方面存在缺陷，导致大部分国产铝塑膜的各类性能均不及进口产品，同时下游企业对供应商的选择较为严苛，动力类铝塑膜验证周期长达1-2年，这一市场和技术长期被日韩少数企业所垄断。

2006年起国内开始研发铝塑膜，2011年国产铝塑膜开始推广，2014年逐步完善。2011年，道明光学也开始了对铝塑膜的立项研发，并于2016年开始量产。

资料显示，2011年，道明光学对软包锂电池铝塑膜产品进行立项，组建研发团队（基础研究+应用开发）开始研发2012年，完成产品的结构设计，实现关键性能突破2013-2014年，进一步完善产品性能，着手厂房规划、建设，同时进入产业化阶段2015年，道明光学实现了铝塑膜产品的批量化生产。

资料显示，道明光学已拥有年产能达1500万平方米的生产线，万级净化车间、配备在线瑕疵检测全程外观监测。

随着国内铝塑膜技术的突破，前述状况正在逐步改观，我国铝塑膜国产化率正逐步上升。

铝塑膜主要性能要求
铝塑膜呈三明治结构，由外阻层+阻透层+热封层组成。按厚度可以分为70μm以下、71-90μm、91-120μm和大于121μm四类。市场上常用的铝塑膜规格，包括动力领域的153μm3C领域的88μm 和113μm。

铝塑膜主要用于软包电池，其性能决定着软包电池性能。以下为锂电池对于铝塑膜的性能要求∶

1、耐穿刺性能
电芯封装时需要进行3次抽真空及热压封口。电芯边缘存在毛刺，抽真空时软包装膜会内收缩，毛刺如果刺穿内膜，铝箔电解液和氢氟酸将与铝箔接触并反应，造成铝箔腐蚀，导致电池膨胀、漏液，进而报废。

2、抗污染、高强度、严密热封的性能
进行电芯的二、三次热压封口时，电解液会附着于内膜，这要求内膜具有抗污染、高强度热封的性能。为防止水汽、氧气进入电池内部发生反应，需要热压封口后的严密牢固性。
3、耐高温热封不短路的性能
在170℃和3kg/cm2左右的压力下热封时，内膜中如果没有耐高温的绝缘层存在，金属电极常常被压到包装铝箔上，造成短路。
4、良好的冷冲压成型性
为了使电芯表面平整光洁，方便生产成型，并保障密封性。需要封口严密牢固，减小电芯外部尺寸，利于机械化生产提高生产效率和成品率。

随着应用端需求的变化，对软包电池及其关键材料———铝塑膜带来了更多的需求。当前消费电子朝着小型化、轻薄化等发展，要求铝塑膜（第十届中国铝工业科学技术发展大会暨第三届国际铝工业高峰论坛）在保证水、氧等阻隔性的更轻薄、更具柔韧性动力、储能等领域朝着大容量、大功率充放电方向发展，这要求铝塑膜具有更高机械强度、更高阻隔性及更长使用寿命等。
经过多年探索，针对铝塑膜的生产，道明光学形成了四大核心技术∶

铝塑膜生产工艺
铝塑膜按结构分为外层尼龙层、中间铝箔层和内层聚丙烯薄膜层。尼龙层与铝箔层之间采用胶水粘接，铝箔与聚丙烯薄膜之间不同的粘接方式，可以将铝塑膜分为干法和热法两种。
干法工艺是铝箔和流延聚丙烯膜之间用传统胶粘剂复合而成，其优点在于冲深性能和外观较好，杂质、针孔鱼眼少。缺点在于工艺流程复杂、操作难度大、耐电解液性相较于热法差。
该工艺生产的铝塑膜主要用于高能量密度电池，如动力电池。

图片来源∶道明光学

道明光学推出铝箔表面处理的独特配方和工艺设计方案，解决了干法生产工艺在耐电解液性方面天然存在的缺陷问题。与此同时，其极性基团和比表面积增大，剥离强度和阻隔性也得到极大的提升，保障了用铝塑膜封装后的锂电池的安全性和耐用性。

图片来源∶道明光学

道明光学的铝塑膜产品表面光滑，整体运动成型，厚薄均匀，冲深较深，DM-L113N、DM-L152N、DM-L152T等多型号铝塑膜冲深最高已达到6mm。

铝塑膜产业链
从产业链来看，铝塑膜作为中游产品，主要通过复合工艺制备而成，产品兼具金属铝箔的极高阻隔性和塑料薄膜的柔软性。其上游材料主要为压延铝箔、尼龙薄膜、粘接剂和聚丙烯薄膜终端则为3C消费电子、新能源汽车、储能电站及电动工具等。
道明光学铝塑膜在动力、3C、储能等应用领域的战略布局比例为6∶3∶1。

资料来源∶上海证券研究所、头豹研究院、招商证券；制表∶新材料在线°

市场格局
从国内外市场格局来看，早期，铝塑膜市场多被海外企业所占据，特别是动力电池和高端消费市场。不过，随着全球电动车市场的高速增长，加上日本企业扩产相对保守，为国产铝塑膜企业带来替代的机会。
作为铝塑膜国产化不可忽视的一支力量，2022 年，道明光学铝塑膜合计设计产能达到5000万平方米。
从国内外技术层面来看，国内最薄可以做到70 μm级别，实现量产的有112μm、88μm的产品。日本和韩国企业最薄可以做到40μm级别，实现量产的有65μm、48μm的产品。
国内产品目前存在的问题在于，1是冲深不过关，国内铝塑膜冲深最高仅能达到5mm，国外可达到8-15mm2是宽幅产品无法制作，良率低3是水处理后的铝箔会产生“氢脆”，耐折度达不到国际标准4是因为胶粘剂配方不理想，导致产品易出现分层剥离问题国内铝箔表面处理工艺落后，污染较大。

随着软包电池技术的逐步成熟以及半固态&全固态电池的发展，铝塑膜需求放量将至。招商证券测算，2025年全球软包电池出货量有望达到650GWh，对应铝塑膜需求量6.38亿平米，2021-2025年复合增速26%。
预计2023年，全球动力/3C/储能领域对铝塑膜（第十届中国铝工业科学技术发展大会暨第三届国际铝工业高峰论坛）的需求量分别为1.98亿平米、2.12亿平米、0.13亿平方米，占比分别为47%/50%/3%。

数据来源∶EV Tank；制图∶新材料在线

关于道明光学

来源∶道明光学

官网显示，道明光学股份有限公司创建于2002 年6月，是一家致力于新材料开发的科技型创新企业。历经近二十年的发展，公司现总占地1300余亩，拥有员工1500余人，拥有6个生产基地，1个研发中心，4个技术中心。道明基于对精密涂覆、微纳光学、磁控溅射工艺的沉淀，不断优化新型膜材料产业布局，主要产品包含安防反光材料、液晶显示背光膜组、锂电池软包复合膜、柔性显示材料（CPI、UTG）、高分子复合材料、高性能离型材料、石墨烯导热膜等。