锂电池集流体用铝箔的技术进展及市场Word文档下载推荐.docx

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我们通常所说的电池用铝箔，实际上是指用于锂离子电池正极材料的铝箔中，而在电池中，其它用途的铝箔也有很多，如电池软包用铝塑膜、极耳、以及改性后的涂炭箔，电蚀箔等。

所以，单纯的称之为电池箔是不够科学和全面的。

实际上，现在我们通常所说的电池箔，不是字面上的电池用铝箔，而应该是指锂电池集流体用的非改性铝箔，这种要与用在电池上的其它用途的铝箔区分开来。

它一方面是集流体的电极，另一方面又作为锂电正极或负极材料的载体。

也就是锂电材料要涂到它上面去。

因此，更准确的定义，应是锂电池集流体用铝箔。

图一、图二、图三分别为锂电池结构图、正极结构原理图及涂布过程的现场照片，从中我们可以对于电池用铝箔的使用情况有一个大致上的感性认识。

图一锂电池结构原理图

图二正极结构原理图

图三正极涂布过程

二、集流体用铝箔的技术要求

集流体用铝箔（以下简称电池箔），因其使用的特点，对于铝箔的各项技术指标均有非常严格的要求，具体的要求主要有以下几点：

1.异物质控制要求

锂电池的安全性赋予电池箔一个特有的要求是异物质控制，如果没有进行异物质控制就不能做为合格的电池箔。

异物质可以是铝粉，磁性物质（铁粉），及其他异物。

整个生产环节都要做到防护，减少一切带入异物的可能。

在成品环节要设立检验异物的装置并予以精确计量。

异物控制的标准为≤50mg/30万平米。

2.润湿性能与达因值

润湿性的衡量指标

润湿性能主要看液体接触角。

液体接触角就是当一液滴在固体表面上不完全展开时，在气、液、固三相会合点，固-液界面的水平线与气-液界面切线之间的夹角θ，称为接触角，如图四所示。

3.

图四

用接触角来判断液体对固体的润湿：

当θ＜90°

的情形称为润湿；

θ＞90°

时称为不润湿；

θ=0°

或不存在时称为完全润湿；

θ=180°

时称为完全不润湿。

θ=90°

是润湿与否的分界线。

由于铝箔表面带油一般不能完全除净，且表面褶皱不平整时对其表面张力会产生很大的影响，直接测量接触角并不现实，所以生产实践中采用的都是达因值来反应润湿能力，达因值越高，润湿性能越优良。

但目前有些高端客户，特别是日本等地的客户，仍然采用接触角的方法来测量铝箔表面的润湿性。

为与客户的检测方法相一致，目前国内也有少量的生产商采用接触角的方法，但这种方法受各种因素及测量仪器和测量方法的影响较大，所取得的测量数据只能是参考值，目前绝大部分厂家均采用的是表面达因值的测量方法。

达因值的定义及测量

达因值是一个通俗叫法，准确的说应该是表面张力系数，主要是表述表面张力的大小，即液体表面相邻两部分之间，单位长度内互相牵引的力。

表面张力的单位在SI制中为/米（N/m），但仍常用/厘米（dyn/cm），1dyn/cm=1mN/m。

一般要求成品铝箔的润湿性（达因值）≥32mN/m。

达因液的配制方法

用甲酰胺及乙二醇乙醚按照GB/－2008《铝箔试验方法第四部分：

表面润湿张力的测》进行配制（见表一），并按照此方法对达因值进行测试。

表一

表面润湿张力/（×

10-3N/m）

甲酰胺/mL

乙二醇乙醚/mL

32

33

34

35

36

37

38

39

40

表面润湿张力是电池箔最为重要的技术指标之一。

它会影响与涂层的粘合质量，特别是影响涂炭箔的涂层牢固度。

达因值偏低时，会发生铝箔与粘合材料粘接不牢、漏涂等缺陷。

通常情况下，铝箔表面达因值要达到32dyn/mm以上，有些要求高的涂碳产品，甚至要达到34dyn/mm。

目前，国家标准中对于达因值的检测方法虽然已经有明确的规定，但在实际操作过程中，不同的公司和企业，其检测方法并不完全相同，因此检测结果往往会有很大差距。

随着电池箔市场的迅速发展，进一步规范和统一达因值的检测方法及判定标准就显得特别的重要。

作为参考，以下给出了一种典型33达因值测试方法，其它达因值的测试方法，除测试液体的比例有所不同外，检测的方法是完全一致的。

对达因值的判断，有的采用2秒，10秒，20秒，30秒几种，也有采用收缩50%为基准，有用达因笔也有用达因液，定义的条件不同测试的结果就不一样。

另外产品的达因值往往随时间的变化而降低。

下图是达因值随时间天变化的示意图

图五达因衰减示意图

根据现场测试的实际经验，达因值越高衰减越快，前期衰减快7天以后逐渐趋于稳定于

一固定值。

因为电池箔属于硬状态交货的不退火铝箔产品，对于这种产品，表面达因值的提高要通过改进油品，添加剂，以及后续的表面处理如电晕，电离，清洗等。

目前，国内针对于提高表面达因值的专用轧制油，专用添加剂的研究正在进行。

另外，通过生产实践表明，铝箔表面达因值的高低，及衰减程度的轻重，还与轧制工艺参数，产品表面带油量等因素有一定的关系。

但其原因及产生机理目前尚未完全明确。

4.板形

板形是有色行业的的专业术语，但在电池箔行业，则称为张力，这种叫法的差异，主要是由于行业的不同。

但无论是板形，还是张力，其所表达的是一个含义，就是产品的平直度。

在电池行业用两个术语：

张力和塌边量来表示产品板形的质量。

虽然这是个完全不科学的叫法，但由于在电池行业内已经被普遍认同，所以这种叫法是不会改变的。

对于板形，电池行业已经形成一套自己的标准和测量装置，所以电池这个行业在定义术语的时候，改变了铝加工行业的原有定义。

做为铝加工从业者，必须去适应这一点，不管你愿不愿意，你只能去重新认识。

简而言之，张力就是板形，塌边量就是在规定张力，规定长度下产品边部的下垂量。

表二为A公司的张力测量标准

表二

料卷宽度mm

测试的单位张力kgf/mm2

下塌量mm

测试有效距离

≤600

1m

≥600

测试间距为5m，三次以上数据≤2mm，则判定此料卷板型为合格。

表三为B公司的张力测量标准

表三

2m

图六板形测量装置示意图

图七板形测量装置实物图

图八测量结果示意图

图九轧机在丝板形测量结果

从图上看，测量结果不仅仅是一个数值，而是一组数据或者是一个图形。

需要注意的是这个图形往往与轧机在线板形仪的测量结果不同。

轧机在线板形很多时候是伪板形。

受到卷的形状，导辊平行，板形仪或导辊种凸，甚至卷的温度分布等影响。

板形质量对于电池箔来说，是又一个关键的技术指标。

今后，随着行业的发展及对电池产品精度的不断提高，用户对于铝箔产品板形的要求肯定会越来越高，如何通过工艺优化和技术创新来不断提高产品的板形质量，是摆在铝箔技术研发人员面前的一个重要课题。

5.力学性能

力学性能应该说没有定义上的问题。

但电池箔产品所追求的目标，却是突破单零箔以往极限。

表四列出了不同等级的电池箔产品对于产品力学性能的不同要求。

表四

等级

抗拉强度Mpa

延伸率%

普通强度

150-180

≥3%

高强度1

180-210

高强度2

210-250

高强度3

250-270

高强度4

270-310

普通强度实际上就是普通单零箔一样。

而高强度都是要用特别工艺生产，特别是厚度低于，高强度生产非常困难，要在设备，工艺，润滑上做大量工作。

众所周知310N/mm2的强度就是工业纯铝冷作硬化的极限。

电池箔要求强度的提高的同时是对厚度不断减薄的过程。

从15降到10微米，强度由150提高到250Mpa。

一般来说，强度的要求，与厚度是反比关系，也就是厚度越薄，用户对于产品的强度的要求越高。

例如某公司生产电池箔，厚度为的产品，强度要求≧170mMpa，而厚度为的产品，强度则要求≧190Mpa。

电池箔之所以需要提高强度，目的是为减少铝箔厚度，提高能量密度提供条件。

目前市场上，强度大于160Mpa的电池箔产品已经非常普遍，但在铝箔轧制过程中，如何要是产品的强度达到180Mpa，甚至200mpa以上，对于铝箔生产者来说就具有了一定的难度。

目前我公司电池箔产品的强度均能达到200Mpa以上，并已经具备了生产强度大于280Mpa的超高强度产品的技术实力。

6.厚度

电池箔要求厚度越来越薄，20—16—15—13—12—10—9—8微米一路下降，而为了能够保持足够的耐破度，就需要不断地提高强度。

另外，很多电池箔的用户对于铝箔产品的厚度公差要求控制在±

2%以内，实际上，目前绝大多数铝箔轧机上的在线厚度控制系统（AGC）是无法达到这样的控制精度的。

如果要满足这部分用户的电池箔要求，需要重新设计或改造厚度控制系统。

7.切边质量

电池箔属于铝箔产品中的精加工产品，其对切边质量的要求也极为严格。

裂边、毛剌等缺陷是不有的，另外，相对于普通铝箔产品，电池箔对于切边质量的要求也有其特殊的一面，其主要要求为：

边部在无张力情况下，波峰不大于2mm，断面铝粉胶带法检测＜25个/10cm。

8.表面质量

对于表面质量，电池箔的要求也极为严格。

对于表面麻点，＞1㎜的麻点不允许有，暗面不允许有凸点，㎜之间的麻点，每平方米小于3个，＜㎜的麻点不允许成片出现＞1㎜

另外，对于单面光产品，暗面不容许有亮点缺陷。

黑油线长度＜5mm的每平方米最多能够接受3条

其它表面质量缺陷：

打底起皱长度≦10m，杠印不≦50m。

9.合金品种

电池箔目前的主要合金有：

1070、1060、1235、1230、1100、8011、3003、1N30,

等，几乎涵盖了铝箔产品所有的合金品种。

但目前市场上使用最为普遍的是1235、1060、1070。

1100、3003合金主要用于生产超高强度的电池箔。

三、电池箔的技术难点

电池箔产品，严格的意义上来说，属于铝箔的精加工产品，其对于铝箔产品各项指标的控制精度，其生产难度较普通铝箔产品的加工难度更大，对于工艺控制精度及生产工艺技术的要求也更高。

与普通铝箔产品相比，其主要技术难点有：

1.厚度要求严格

电池箔产品，对于厚度的要求越来越严格。

在产品名义厚度上，越来越薄，希望达到9甚至8微米的双面光，这已经超过了目前铝箔产品单张轧制的最小可轧极限厚度。

而且厚度精度要求±

2%，这种厚度精度的要求是目前所有铝箔产品中最高的。

2.高强度

目前一般的电池箔产品，普遍要求强度≧180Mpa，而且是纯铝合金。

这已经相当于8系合金的性能。

随着电池技术的不断发展，出于各方面的考虑，很多用户都在不断提高电池箔产品的强度要求，目前200Mpa以上强度的要求已经很普遍，有些用户甚至要求强度达到270甚至300Mpa以上，这已经达到了铝箔产品冷硬化的强度极限。

其生产难度极大。

3.高的表面达因值

同上于涂布过程及涂碳过程的需要，电池箔产品对于表面达因值的要求较高，但是高的表面达因值控制，却与高强度轧制相互矛盾，极高的板形要求及厚差都是与高强度超薄轧制相矛盾。

也就是说电池箔就是要求最薄的厚度，最高的强度，最高的表面达因值最小的厚差，最优的板形，最洁净的表面。

同时追求六个极限值。

这就是它的难点所在。

四、电池箔的发展趋势

随着电池行业的迅速发展，特别是动力电池市场近年来的快速增长，使得电池箔产品有了更为广大的市场空间，成为目前铝箔产品中发展前景最为广阔的品种。

随着铝箔生产工艺及电池应用的不断升级进步，电池箔产品的应用将呈现以下发展趋势。

1.表面涂炭、电蚀等改性处理

目前很大一部分电池箔产品是没有涂碳、电蚀的。

但为了改善电池性能，减少界面电阻，保护集流体，减少极化，提升电池一致性和寿命，对电池箔进行表面改性处理将逐渐成为一种趋势。

目前，电池箔表面的处理技术在仍然在持续不断开发、进步。

作为锂电池的重要组成部分，需要更多的研究投入。

涂炭铝箔是在铝箔表面涂㎡的炭。

涂碳处理后，对提高电池的倍率性能、延长电池使用寿命等都会有很大的好处。

图十涂炭后的倍率实验结果

图十一涂炭对电池寿命的影响

2.生产及检测设备专业化

由于电池箔的特殊性及对产品质量极高的要求，对于生产设备及检测手段都提出了更高的要求。

今后，生产电池箔，会逐渐向专用生产和检测设备的方向来发展，而且，不仅会出现专用轧机，分切机，二次分切机，专用测试装置，专用润滑剂，相应的各种技术措施控制方法，管理体系等，都要区别于普通铝箔产品。

也就是说，今后，电池箔专业生产线的出现将不会很远。

五、市场前景

电池箔的市场前景实际上就是锂电池的市场前景。

模糊估算，1GWH用铝箔在600-800吨左右。

根据以上，可以预测出年电池箔用量，如表五所示。

表五

地区

年用量（2016年后为预测）kt

2015

2016

2017

2018

2019

2020

中国

28-38

33-45

40-53

47-63．6

57-76

72-96

全球

42-58

56-75

67-89

79-106

95-127

120-160

图十二电池箔需求量（中值）趋势图（单位：

kt）

中国的数据是按2015占全球比例推算的，实际可能会大一些，因为中国的增长速度比全球快一些。

不过估算不会太准。

从下面的几张表中，可以看出，数据统计之间有相互矛盾的地方。

2015年动力电池的预计数量，与实际数量几乎差了一倍，说明目前的预测值与实际相差很大，而且由于统计数据的来源等问题，实际数也不一定完全准确。

总之，现在锂电行业就是雾里看花，连国家统计局也无法统计准确。

预测只是从一个角度分析，仅供参考。

不过可以肯定的是未来几年，动力电池市场的增长将会非常快，目前只是根据现实能够掌握的情况，预测每年会有20-30%的复合增长率，但实际上的增长速度，也许会比这个数据还要高。

对于电池箔的消耗量的统计，由于国内生产企业较为集中，信息较为透明，所以统计的数据相对准确一些。

2015年3万吨的电池箔消耗量基本准确，16年4万吨也不会有大的出入，保守估计，每年一万吨的增幅不会有问题。

图十三2010-2020年锂电市场规模

图十四2011-2015年中国锂电池产量（单位：

Gwh）

图十五十年内电动汽车销量及锂离子电池需求量

图十六2011-2015年动力电池产能（单位：

GWh）

根据不完全统计，我国在2015年就有121家动力电池厂，2016年第一季度新增9家，预计2016年底将达到150家。

图十八及图十九显示了主要锂电池市场分布。

图十八2015年全球动力电池产量分布图

图十九2015年全国动力电池产量分布

主要参考文献

1.【深度】对比日韩细谈动力电池厂的机遇与挑战2016-08-22第一电动网?

安富强

2．铝箔生产中润滑对达因值影响研究李火青

3．2015年锂电池发展现状及2016年趋势预测

（一）2015/11/20中国电池网?

墨柯于清教?

?

4.锂电池市场发展现状及趋势预测：

中国电池网

5.锂离子电池正极材料的产业化现状及发展趋势-2016-1-6-长沙锂电材料会议胡国荣

6.电池铝箔的技术特性2015-12014高工锂电年会樊玉庆

7.铝箔生产技术最新进展2013中国有色金属加工行业技术进步产业升级大会论文集袁静慧等

8.铝箔板形离线检测浅析LW2016第六届铝加工技术论坛文集袁静慧等