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消费电子叠加动力软包 铝塑膜大范围国产化替代启动

来源:最有料 发表时间:2018-05-22 207
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锂电池根据封装形式不同,主要分为方形、圆柱、软包电池。软包电池与另外两种主要的区别在于封装形式不同。由于软包电池外包装为铝塑膜,而另外两种形式的电池为金属材料,因此封装工艺有所区别,软包为热封装,其他两种均需要激光焊接。

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软包电池生产流程

为什么要用软包?

在市场最关注的安全性、能量密度、循环寿命方面,软包电池具有优势。安全性方面,软包出现安全性问题时,一般是电池包鼓气裂开,但由于机械性能不强,因而不易发生爆炸。能量密度方面,由于软包电池外包装采用更加轻薄的铝塑膜,因而电芯的能量密度更高。循环寿命方面,软包电池循环寿命更长,100 次循环衰减比铝壳少4%-7%。

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三种锂电池结构各具特点

中国政府重视电池能量密度进步,节能与新能源汽车技术路线图中提出2020 年单体350wh/kg 和系统250wh/kg 的能量密度要求,三元软包电池有望领先另外两种电池达到这一要求。

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动力电池政策目标

软包的不足之处

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pack 环节需要加入金属防护层给予更多的保护,这也会带来成组效率低、成本提升的问题。

解决成组效率低的问题主要可以通过1)提升单体电芯容量以减少电芯使用量,从而降低pack 过程中的其他配件使用量;2)提升模组和系统内部的空间利用率,可通过改进布局等方式实现;3)使用轻量化材料等等。

软包电池低成组效率的短板逐渐弥补。目前看软包电池的成组效率逐渐提升,由前两年的不足60%提升至65%以上。从国际主流车型看,过去5 年软包电池的系统能量密度提升最高,并且最高系统能量密度已经接近特斯拉装配的松下圆柱电池。2018 年即将上市的现代Kona 电动版,采用LGC 的NCM811 电池,单体电芯容量120/180Ah,预计系统能量密度将进一步提升。

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软包电池能量密度演变

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圆柱电池能量密度演变


动力电池需求高增长,国内软包渗透率将持续攀升


我国锂电池需求持续增长,2017 年三种形态电池出货量约82GWh,同比增长28%。其中软包电池2017 年出货量约29GWh,同比增长26%。三种形态电池中,2017 年方形、软包、圆柱占比为37.8%、35.4%、26.8%,方形电池出货量增长较快主要系动力电池出货量快速增长。

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中国三种形态锂电池出货量(GWh)

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中国三种形态电池出货量占比

 

锂电池国产化率持续提升。中国锂电池出货量占比不断提升,主要源于动力电池出货量持续高增长,2016 年占全球比重约49%。

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中国锂电池出货量占比持续提升

新能源汽车浪潮已至,动力电池需求旺盛

2017 年中国新能源汽车销量达75.5 万辆,同比增长59.5%,下游销量高增长带动动力电池出货量约44.5GWh,同比增长44.4%。动力电池领域软包渗透率有望持续提升。

据OFweek,2016 年软包电池渗透率约12%,2017 年预计约15%。未来得益于政策持续引导动力电池向高能量密度发展,契合这一特性的软包电池渗透率有望持续提升至30%以上。

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中国新能源汽车销量(万辆)

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中国动力电池出货量(GWh)

软包封装技术契合未来固态电池的发展。按照电解液物质状态的不同,软包电池可分为软包液态电池和软包聚合物电池,前者使用液态电解液,后者使用的电解质目前以胶体为主。以固态物质为电解质的全固态电池仍处于研发示范阶段,全固态电池以聚合物、氧化物或硫化物等固态电解质代替隔膜和电解液从根本上解决电池安全问题;电池单体能量密度有望提升至400-500Wh/kg。全固态电池目前仍处于研发阶段,宝马、丰田、博世及部分国内企业都在积极布局,未来有望成为主流电池路线。由于无需使用液体,固态电池外壳与组装工艺得到简化,适宜固态电池封装使用的软包封装技术有望为软包电池发展打开新的成长空间。

国际软包企业布局、技术领先

目前海外软包电池市场主要由LGC 和AESC 把控。LGC 主要配套日产、雷诺、现代、通用、沃尔沃、奥迪等厂商,目前公司NCM622 软包电芯能量密度可做到240wh/kg 左右,并将在2018 年小部分量产NCM811 电芯(目前配套现代Kona)。

AESC 主要配套日产的车型,包括备受好评的Leaf,主要由于该公司是由日产汽车牵头设立的企业,定位于内部配套。公司主要走锰酸锂电池路线,源于1)安全性高;2)锰储量丰富,价格较低。然而,由于车企对能量密度要求提升,锰酸锂路线面临边缘化风险,因此日产宣布将开放电池采购,引入LGC,并出售旗下电池业务。根据公司官网,公司为最新款Leaf 配套的软包电芯能量密度为224wh/kg。

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LGC 和AESC 情况

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2017 年全球动力电池出货量(GWh)

国内产业链正在崛起

销量方面,国内企业包括孚能、万向A123 等企业都配套多款主力新能源车型。孚能也在2017 年凭借1.3GWh 左右的销量进入行业前10。

能量密度方面,国内多数软包企业单体电芯能量密度可以达到200wh/kg 的水平,成组后预计可达到120-130wh/kg 的水平。其中孚能科技目前单体能量密度可达220wh/kg,较为接近国际主流厂家的水平。

产能方面,孚能、卡耐、捷威等软包企业均在加速扩产,在建产能较当前至少高出1 倍。

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国内软包电池企业配套车型情况

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2017 年中国动力电池出货量(GWh)

 

数码领域铝塑膜的大范围国产化启动,动力领域也在加速


铝塑膜是应用于聚合物锂电池(软包电池)的包装材料,相比普通塑膜具有良好的耐穿刺性、耐电解液稳定性、耐高温性、较高的阻隔性等优势。铝塑膜包含外阻层、阻透层和热封层三层,铝塑包装膜每层之间通过粘接剂复合,由多层塑料、铝箔和粘合剂组成的高强度、高阻隔多层复合物。铝塑膜不仅是软包电池的外包装,还起到阻隔氧气、水分与内部电芯接触以及防止电解液腐蚀等作用,如果铝塑膜破损,很可能发生鼓包、漏液等情况。

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铝塑膜示意图

 

国产铝塑膜已经成功突破部分技术瓶颈。锂电池电化学产品的属性对铝塑膜有很高的质量要求,行业具有一定壁垒,日本DNP、昭和电工、T&T 三家企业2016 年市占率约87%。在多数锂电池材料可以国产化的背景下,铝塑膜国产化率仅5%左右,亟需进口替代。

由于原材料及铝塑膜生产工艺难度高,国产铝塑包装膜只有几个厂家的其中几个指标达到日本DNP 指标。大多是关键材料、内层耐电解液腐蚀和冲深性能不过关。国内部分企业在内层耐电解液腐蚀、内层与铝箔层粘接力等方面已取得技术突破,并在厚度方面接近国际主流厂商。

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国际主流厂商情况

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全球铝塑膜供应格局

 

数码领域今明年将是铝塑膜大范围国产化时期

据了解,电池体积越小,单位电池容量铝塑膜用量将越大,动力电池铝塑膜用量约为150万平方米/Gwh,3C电池铝塑膜用量约为550万平方米/Gwh。根据上表测算,国内软包电池铝塑膜总需求在2017年约为1.25亿平方米,到2020年有望达到2.39亿平方米,由于3C电池单位电池容量铝塑膜用量显著高于动力电池,故3C电池需求处于较为主导的地位。预计国产铝塑膜将在数码领域的率先大规模实现进口替代。

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中国铝塑膜市场情况

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国内铝塑膜企业情况

软包早已是全球数码领域的主导路线,在海外动力电池市场,软包也一直是很重要的主流路线之一。中国在数码软包电池领域已有很强的全球竞争力;在动力领域,尽管当前渗透率不到15%,但受高能量密度趋势刺激,其产业化进程将会出现大加速,其渗透率有望持续快速提高。作为软包电池中独有的核心材料,铝塑膜国产化率一直在10%上下。近几年,国内供应商在技术、工艺上接连获得突破,我们判断,数码市场的铝塑膜今明年就应该是大范围国产化的时期。

考虑国内软包动力电池有可能逐步成为主流路线之一,未来,软包电池产业链有望享受行业高速发展、渗透率提升、国产化替代的多重拉动。

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