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我国引领全球电动汽车电池铝箔产业奋进新征程

2022-06-06 11:02:15 来源: 中国有色金属报

  文|王祝堂

  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%。

  表1 全球10大电池制造公司电池装车量及占比

我国引领全球电动汽车电池铝箔产业奋进新征程

  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。

  表2 锂电池外壳材料的性能

我国引领全球电动汽车电池铝箔产业奋进新征程

  注:x-不好;△-可以;○-良好;◎-优秀。*为日本联合铝业公司。

  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。

  表3 锂电池封口铝材的性能

我国引领全球电动汽车电池铝箔产业奋进新征程

  注:x-不好;△-可以;○-良好;◎-优秀。*为日本联合铝业公司。

  ●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。

  表4平箔合金的性能与特性

我国引领全球电动汽车电池铝箔产业奋进新征程

  注:*为日本联合铝业。

  ●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。

  表5  锂离子电池铝母线板的力学性能

我国引领全球电动汽车电池铝箔产业奋进新征程

  注:*为日本联合铝业公司。

  ●电池箔市场

  由于全球新能源车辆行业的高速发展,对锂电池的需求旺盛拉动了电池铝箔需求快速上升。笔者认为,在2010年—2030年期间,没有哪种铝产品的产量增长速度能比电池铝箔高。2015年—2025年,锂电池铝箔产量的复合增长率可能达25%,如以2015年的产量30kt为基数,那么2025年的产量可能突破280kt,这是非常惊人的数字。1GWh锂电池用铝箔约750t。

  ●电池箔品质

  2017年,我国动力电池生产厂家有约160家,生产锂电池箔的约有70多家。电池箔是一种高技术产品,而且对其品质要求越来越高,我国普通级箔(抗拉强度Rm=150N/mm2~180N/mm2)方面没有问题,但在生产高强度、高精厚度偏差、高表面品质方面还与发达国家有相当大的差距。

  表6 电池箔的力学性能

我国引领全球电动汽车电池铝箔产业奋进新征程

  生产普通电池箔的技术与生产通用0.1mm箔的等同,很平常,但要生产高强度箔却绝非易事,特别是生产厚度小于0.015mm的箔需要采用特殊工艺,同时需在设备与润滑方面作一些改进。

  310N/mm2这个值是当前1XXX系及8XXX系(AI-Li合金除外)合金箔材能够达到的最高强度。电池箔的进展不但要求其抗拉强度Rm越来越高,而且其厚度却反其道而行,已从最初的20μm减薄到8μm,这个减薄过程是一步一步的,历时20余年,20μm—16μm—15μm—13μm—12μm—10μm—9μm—8μm。再减薄的空间不太大了,因为在减薄的同时,必须同步提高其抗拉强度Rm,否则耐破度不能满足要求。

  不断地提高对电池箔抗拉强度Rm的要求,是为了减薄箔的厚度,以提高电池的能量密度。目前我国生产的电池箔的抗拉强度Rm都能达到160N/mm2,但要生产Rm≥200N/mm2则需要克服一些困难。

  目前,电池箔的最薄厚度已达8μm,再减薄的空间不是太大。另外,有些电池企业要求厚度偏差<±2%,实际很难达到,因为当前箔轧机的AGC控制系统无法达到这种控制精度。当然,如若对现有的AGC系统加以改造有可能生产出厚差更精细的电池箔。

  电池箔对表面品质与切边品质的要求也比普通箔高。电池箔表面上不允许有直径>1mm的麻点,0.5mm~1mm的麻点应<3个/m2,0.5mm的麻点不允许成片出现>1mm;暗面不允许有凸点,对于单面光箔,暗面不得有亮点;表面上允许有长度<5mm的黑油线,但应≤3条/m2;打底起皱长度应≤10m。

  切边品质应高,不得有裂边与毛刺。在无张力情况下,边部波峰应≤2mm,断面铝粉胶带法检测≤25个/(10cm)。

  总之,电池箔要求的六要素缺一不可,即:最薄的厚度、最高的强度、最大的表面达因值、最小的厚度偏差、最优的板形、最洁净的表面。

  电池及其铝箔的新进展

  ●5分钟可充满电的汽车电池

  中国亿纬锂能股份有限公司与其合作伙伴以色列斯托多特公司(StoreDot)研制出一种只需5分钟就能充满电的锂电池,这是锂电池发展历程上的一次小革命。1月19日,斯托多特公司为新电池的面世举行推介会,这对电动汽车的发展来说可不是一件小事,电动汽车的充电时间将从目前的几小时缩短到传统汽车加油所需的短短几分钟。不过目前该电池还不能用于现有的汽车上,还需要一段改进与完善时间,可能要到2025年后才能大规模地生产与应用,因为还有许多工作要做,包括基础设施方面的建设。

  ●轧制电池铝箔的OPTIMILLR轧机

  德国阿申巴赫公司(Achenbach)设计制造了一种名为“OPTIMILLR”的4辊不可逆轧机,是一种专用于轧制电池箔的“精准轧机”,其附属设备如剪切机、厚度控制仪、吹干系统、冷却润滑剂喷洒系统、张力控制系统,都是精心设计制造的,达到了前所未有的灵敏度和精确度。冷却润滑喷洒系统为阿申巴赫匀速喷洒系统R(Achenbach UniSprayR),带材轧制时的边部加热系统为该公司特有的“热边系统”(Hot Edge System,HES),装有特有的平整度监控器 UniFlatR和自动带材平整度测量仪OPTIROLL MillFlat,还装有支撑辊动力可变凸度(DVC,DynamicVariable Crown)监测仪。

  为了轧制出完全能满足六要素的电池箔,应特别注意的是,箔材表面应干干净净,不得有残留轧制油,以确保箔材有良好的可焊性和足够的达因值。高效的阿申巴赫吹干系统Achenbach UniDryR 能完全做到这一点,不会产生任何带边滴油现象。高精纵剪线能确保所切带材没有毛刺(bur)、皱纹(wrinkle),有非常好的卷取质量,卷材端面整整齐齐,犹如一层。

  制取电池箔的车间应非常洁净,不但箔材本身应洁净,车间环境也应无尘。阿申巴赫剪切机之上设有吸尘罩,可达到一级吸尘效果,保证剪切在无尘环境下进行,吸气气流均匀无阻,气流大小适当,确保周围环境保持最大的洁净度。

  另一个必须进行的工作是应对电池箔质量进行专门的检查、测量和分析。该项工作不但能保证箔的质量透明度,同时,对生产方与用户都是非常有益的。该公司为进行此项工作提供了一切工具与检查手段。

  电池外壳

  不管是汽车电池还是其它电池都要有个坚实的外壳,以保护电池本身不受损害,维持电池工作正常,这种外壳虽有种种形状,但是都是用铝合金1070-O圆片或其它形状片冲制的。圆片Φ6~220mm,Φ偏差±0.05mm,厚度偏差-0.5~+0.10mm,产品厚度2~25mm,也可以更薄些。1070-O合金有良好的冷冲压成形性能,实际上是一种常用的工业纯铝,其成分(质量%):Si0.20、F0.25、Cu0.04、Mn0.03、Mg0.03、Zn0.04、Ti0.03、V0.05,其它杂质单个0.03,Al≥99.70。还可以用3003-O、H14或1050-O、H14合金冷冲制。也有一些公司研制出特殊的外壳合金,如日本联合铝业公司的MG212合金,其力学性能比3003、1050合金高得多。

  锂电池的封口铝材为8021-O、H14、H16、3003-O、H14、1050-O合金。

  新电池研发

  新电池研发可从两个方面进行:一是对现行锂电池进行改进,提高其寿命与续航里程,缩短充电时间,提高锂的提取效率与降低生产成本;二是研发全新的高效新电池。现在在这两个方面都取得了非凡的成就。

  ●宁德时代公司的超级电池可行驶200万公里

  宁德时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车锂电池研发与生产者。该公司研制出一种可持续使用16年、行驶总里程可达200万公里的动力电池,而目前电动汽车电池的使用寿命约8年。该公司还在扩展国际业务,在德国开设的首家国外工厂已于2021年运营。

  ●日本的低成本高安全电池

  如何降低锂离子电池成本并提高其安全性,是研究人员一直追求的目标。日本科学家堀江英明(Hidiaki Horie)发明出一种比锂离子电池量产成本低90%的新型电池,同时具有高度的安全性。该研究是用树脂结构代替电池的金属内衬电极和液态电解质,从而提高电池安全性并降低生产成本,因此大大简化与加快了生产进程。

  ●充电速度比锂离子电池快60倍的石墨烯电池

  澳大利亚布里斯班市的石墨烯制造集团研发出新型的石墨烯铝离子电池,其充电速度比锂离子电池快60倍,储能能力是最佳铝基电池的3倍。石墨烯具有一系列优异特性:硬度比钻石还大、韧性比钢更高、密度仅为钢的1/200、有较高的导热率和极佳的导电性、可进行化学反应,形成新的化合物、资源丰富。该公司称,今年已开始生产用于个人电子产品等较小设备的纽扣式石墨烯铝离子电池,2024年将生产电动汽车用电池。

  ●物美价廉的钠电池

  俄罗斯和德国的研究人员发现,可用特殊结构的钠替代昂贵的稀有金属锂制造汽车电池。采用新技术制造的钠电池比锂电池的造价低得多,但容量不差分毫。目前,用钠和石墨烯制成的多层结构电池还处在测试阶段,钠离子电池的成本仅约为锂离子电池的1/100,因为钠本身价格低廉、储量丰富,而其化学性质又表明,可用质轻又低价的铝代替铜作为电池辅料。钠电池的缺点是寿命短、放电快,科学家们正在研究针对性的解决方案。

  ●固态电池

  可能在不久的将来,汽车工业还会投入巨资和大量科技力量研发固态电池。因为它的制造成本比锂电池低60%,而且充电时间短,奉命也长。中国蔚来技术公司已将固态电池的生产安排在今年,全球产销量最大的日本丰田汽车公司和德国大众汽车公司把固态电池在其车上的应用计划安排在2025年,预计其他汽车公司在未来几年内也会陆续采用此种电池,因为制造和应用固态电池的障碍和技术难点几乎都已解决。

  ●室温液态金属电池

  目前,所有的液态金属电池的工作温度都≥240℃,美国德克萨斯大学奥斯汀分校科学家开发出一种可在室温下工作的新型液态电池,兼具固态金属电池和液态金属电池优点:能储存更多的电量、更稳定、更节能、更环保。

  ●“秒充”电动汽车的量子电池

  目前,在用电池的能量密度比碳氢化合物的低得多,所以导致电池续航时间短、充电时间长。韩国基础科学研究所复杂系统理论物理中心的科学家的研究表明,采用全局操作的量子电池可以实现充电速率成百倍地上升,从而可以实现充电时间缩短到约3min,实现“秒充”。

  ●美国和欧盟斥巨资研发车载电池

  欧盟于早些时候设立30亿欧元研究基金推动车载电池项目研发,比利时、芬兰、法国、德国、意大利、波兰和瑞典等国家将为这个定于2031年前完成的计划提供多达32亿欧元资金。欧盟委员会称,预计该项目还将获得50亿欧元的私人投资,共计约将投入112亿多欧元用于研发车载电池。

  结束语

  我国是世界上最大的汽车产销国,2021年,汽车产销2608.2万辆和2627.5万辆;新能源汽车产销分别达到354.5万辆和352.1万辆,分别约占全球产销量的60%。我国已成为名副其实的电动汽车“世界工厂”。在世界10大车载电池生产公司中,我国占半数之多,也已成为车载电池“老大”。宁德时代新能源科技有限公司是世界第一大电池制造企业。我国在电动汽车及电池出口方面也是世界领军者。2021年,我国电动汽车出口量远远超过排名第二的德国。我国电动汽车品种多、价格合理、设计时尚,并且拥有产业聚集优势,在全球的影响力正在迅速扩大,正在欧洲、亚洲市场迅速打开销路,并准备拓展美洲市场。

  另外,美国也在斥巨资发展电池生产。据外媒报道,美国政府将拨30多亿美元资助电动汽车动力电池制造,特别是大容量电池制造与废电池回收。近日,美国总统拜登对媒体宣布,美国将在2030年销售的汽车要有一半是电动汽车。此外,美国基础设施法还为政府划拨了数十亿美元资金用于购买电动公交车和安装电动汽车充电装置。

  可见,全球电动汽车电池铝箔产业庞大的市场正在加速形成,我国企业也将引领全球电动汽车电池铝箔产业奋进新征程。

(责任编辑:静水)