锂离子电池铝塑复合膜发展趋势综述

锂离子电池铝塑复合膜发展趋势综述

冯慧杰;张学建;马亚男

【摘要】随着锂离子电池新能源产业的发展,动力软包锂离子电池在锂离子电池中占比达30％以上,3C类占比60％以上.锂离子电池铝塑复合膜是软包锂离子电池的重要组成部分,是锂离子电池结构中技术难度最高的材料之一.本文综述了锂离子电

池铝塑复合膜的市场状况和技术研究进展,从结构组成、市场分析、技术要求、原

材料国产化、专利分析、发展前景6个方面介绍了锂离子电池铝塑复合膜的发展

趋势,阐明了铝塑复合膜技术难点,展望了发展前景.

【期刊名称】《信息记录材料》

【年(卷),期】2019(020)008

【总页数】5页(P9-13)

【关键词】锂离子电池;铝塑复合膜;软包锂离子电池;铝塑膜

【作者】冯慧杰;张学建;马亚男

【作者单位】中国乐凯股份有限公司河北保定 071054;中国乐凯股份有限公司河北保定 071054;中国乐凯股份有限公司河北保定 071054

【正文语种】中文

【中图分类】TQ13

1 引言

锂离子电池具有能量密度高(100Wh/kg)、自放电小、工作电压高（3.5V 以上）、

循环寿命长（1000 次以上）、绿色环保等优点[1-4]，近几年作为储能器件的锂离子电池高速发展，主要应用于3C 类和电动汽车等领域。受政策引导、产业布局、优惠补贴等多重因素的引导，锂离子电池逐渐向高比容量、轻量化发展。而以铝塑复合膜为外壳的软包锂离子电池，具有重量轻、设计灵活、能量密度高等优点，目前在3C 领域应用率已经超过60%，并逐步应用到新能源汽车和储能领域[5-7]。

虽然近几年新能源汽车自燃事件引起人们对锂离子电池安全性能的担忧，从而一定程度上限制了铝塑复合膜在动力电池中的应用，但聚合物锂离子电池或全固态电池的研究与应用，消除了电解液腐蚀泄露的风险，使用软包锂离子电池不会出现鼓气胀包现象，安全性得到很大提高[8-12]。软包锂离子电池的广泛推广大大刺激了铝塑复合膜市场，铝塑复合膜产能持续上升，进入黄金增长期。

2 铝塑复合膜结构和生产工艺

软包锂离子电池用封装材料是铝塑复合膜，简称铝塑膜，由日本昭和和SONY 于1999 年共同研发而成[13，14]。主要结构有尼龙层（表层）/粘合层/Al（铝层）/保护层/粘合层/cPP(树脂层)，如图1，其中最外面尼龙层主要起防水防划等保护

作用，厚度一般为15 ～25μm；铝为基体材料，起防水和阻隔的作用，厚度一般

为35 ～40μm；聚丙烯将铝与电芯隔开，起绝缘、耐电解液腐蚀和封装作用，厚

度一般为40～80μm；粘合剂一方面粘结尼龙层与铝层，另一方面粘结铝层和聚

丙烯层；保护层主要对铝箔进行表面处理，增加铝箔和粘合层的粘结强度，提高耐电解液性能[15，16]。市场上常用的铝塑膜规格，动力领域的有153μm，152μm；3C 领域的有86μm，88μm，111μm 和113μm。

图1 铝塑膜结构示意图Figure 1 Schematic diagram of aluminum plastic film structure

3 铝塑复合膜市场分析

目前铝塑膜全球市场主要被大日本印刷(DNP)、昭和电工、凸版印刷(T&T)、韩国

栗村四家日韩企业垄断，总体市场占有率约90%。我国的锂离子电池用铝塑膜市场，从2016年至今铝塑膜国产化比率逐渐上升，目前约为10%[17-19]。

图2 全球铝塑膜市场占比Figure 2 Global aluminum plastic film market share 国内很多厂家如上海紫江、道明光学、新纶科技、佛塑科技、苏达汇诚、东莞卓越、苏州锂盾、明冠新材和福斯特等已经积极布局铝塑膜市场（表1），以上海紫江为龙头企业，2019 年企业铝塑膜年产量高达3000w 平方米，并通过多家电池厂家

认证。

表1 国内铝塑膜厂家和产能情况Tabel 1 Domestic aluminum plastic film manufacturers and production capacity公司产能情况上海紫江 12 年筹建，

目前年产量3000w 平方米，3C 产品主要供货ATL、光宇、力神等电池厂家，动

力领域主要供货与物流车和电动自行车，数码与动力产品结构比例9:1道明光学3000w 平方米年产能，15 年量产，主要涵盖3C 类数码类电池和少量动力电池产品3C 类产品批量用于孚能科技、捷威动力、微宏动力、多氟多新能源等电池厂家新纶科技收购凸版旗下铝塑软包生产的日本三重工厂及相关设备、存货和原材料

等资产，同时在常州扩建工厂佛塑科技 2008 年—2011 年完成研发，12 年试生产，目前已经有小批量供货苏达汇诚从日本引进设备和技术，目前处于批量生产

阶段，并有小批量供货东莞卓越主打3C 类数码软包铝塑膜，总投资2000w 建设100w 平方米铝塑膜项目苏州锂盾产品涵盖3C 数码类和动力电池类铝塑膜，已有小批量供货并获取专利明冠新材 2015 年投产建设1000w 平方米锂电池铝塑膜项目，2016 年开始送样测评并合格，目前拥有3000w/年的产能福斯特设备、原材料全进口，并在2015 年公告投建500w 平方米铝塑膜项目，目前已经送样检验

4 铝塑复合膜技术要求

4.1 较高的阻隔性能

聚合物锂离子电池要求软包装材料具有较高的阻隔性能，是普通铝塑复合材料的

1000 倍以上，要想实现该级别的阻隔性，一般需要采用4 ～7 层的复合材料和较厚的铝箔。这就需要铝塑膜具有较高的阻水阻氧性能，水蒸气渗透系数要求达到

10-4 ～10-6g/m2·d·1atm，氧气渗透系数要求达到10-1 ～10-

3cm3/m2·d·1atm。

4.2 极好的热封性能

聚合物锂离子电池对高温非常敏感，一般使用温度低于60℃，这就要求铝塑膜在

热封强度达标的基础上，热封温度越低越好。目前铝塑膜团标要求113μm 和

152μm的铝塑膜热封强度分别为≥50N/15mm 和≥60N/15mm。热封强度和热

封温度都与所用内层cPP 膜的物理性能密切相关，国产cPP 膜在材料的均一性、机械强度和耐电解液等方面仍然有待提高，在性能方面与进口材料差距较大。

4.3 较高的柔韧性和机械强度

聚合物锂离子电池软包装膜具有设计灵活的优点，可以根据需要设计成不同的尺寸，这就需要软包材料铝塑膜具有较高的冲深性能，才能满足电池厂家对各种型号电池的使用需求。目前3C 领域，进口铝塑膜材料的冲深性能能达到7 ～8mm，而国

产铝塑膜冲深性能仅5 ～6mm；动力领域，铝塑膜几乎全部依赖进口，冲深性能能达到8 ～10mm。铝塑膜冲深性能与各层膜材料的匹配性、机械强度、胶层的

粘结性能、膜的摩擦系数、铝箔的延展性等多种因素息息相关，目前仍然是国产铝塑膜最大的短板。

4.4 较好的耐电解液性能

铝塑膜在包装电芯后，长期浸泡在电解液中，不能发生电解液腐蚀、污染和泄露，因此需要较好的耐电解液性能。铝塑膜的耐电解液性能与cPP 膜材料耐电解液性能、铝箔/内层胶水/cPP 间的粘结性能、铝箔表面处理效果密切相关，铝塑膜的耐电解液性能是衡量铝塑膜质量等级的重要指标。

5 铝塑复合膜原材料的国产化[19-21]