一、行業(yè)概述:電池鋁箔是電池的重要組成部分,生產(chǎn)工藝復(fù)雜且要求嚴(yán)格
(一)電池鋁箔簡(jiǎn)介
電池鋁箔是動(dòng)力電池的重要組成部分,是一種用金屬鋁直接壓延成薄片的燙印材料。與傳統(tǒng)鋁箔相比,電池鋁箔對(duì)各方面性能要求更高,超薄化、高強(qiáng)度是未來(lái)趨勢(shì)。隨著動(dòng)力電池能量密度的提升,對(duì)鋁箔的厚薄均勻性、粘結(jié)性能、導(dǎo)電率、表面張力、伸長(zhǎng)率等指標(biāo)要求也趨于更高。
電池鋁箔產(chǎn)品示意圖
資料來(lái)源:中國(guó)電池鋁箔行業(yè)現(xiàn)狀深度分析與投資戰(zhàn)略調(diào)研報(bào)告(2023-2030年)
(二)電池鋁箔應(yīng)用原理
根據(jù)觀研報(bào)告網(wǎng)發(fā)布的《中國(guó)電池鋁箔行業(yè)現(xiàn)狀深度分析與投資戰(zhàn)略調(diào)研報(bào)告(2023-2030年)》顯示,電池鋁箔為鋰離子電池的正極集流體材料。鋰離子電池是新能源汽車(chē)的核心部件,是由陰極、陽(yáng)極和電解質(zhì)組成的移動(dòng)能源。當(dāng)電池帶電時(shí),離子通過(guò)電解質(zhì)由正極流向負(fù)極;當(dāng)電池處于放電過(guò)程中時(shí),正極和負(fù)極之間會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),由此產(chǎn)生的電壓降能夠驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載移動(dòng)。對(duì)于典型的鋰離子電池來(lái)說(shuō),正極片為涂在鋁箔上的磷酸鐵鋰LiFePO4(或鈷酸鋰LiCoO2、錳酸鋰LiMn2O4、三元化合物L(fēng)i(NiCo)O2等,但以磷酸鐵鋰最佳),負(fù)極片為涂有石墨等材料的銅箔,纏繞在一起的正極片和負(fù)極片之間有一個(gè)隔膜。將正負(fù)極片一起放入電池盒內(nèi),注入電解液,并進(jìn)行真空封裝,便完成了一節(jié)電池的制作。
集流體是動(dòng)力電池的重要組件之一,應(yīng)具備良好的導(dǎo)電性能及物化性能。集流體是指匯集電流的結(jié)構(gòu)零件,其功能主要為將電池活性物質(zhì)產(chǎn)生的電流匯集起來(lái),以便形成較大的電流對(duì)外輸出,在工作環(huán)境中會(huì)與活性物質(zhì)充分接觸。因此,對(duì)集流體具有導(dǎo)電率高、抗腐蝕性能強(qiáng)、韌性好、有一定剛度、易加工成型等性能要求。
采用鋁箔作為動(dòng)力電池正極集流體的原因:
1、鋁箔表面具有致密的氧化層,能夠阻止集流體的氧化和被電解液腐蝕;
2、鋰離子電池的正極電位高,銅在高電位下會(huì)發(fā)生嵌鋰反應(yīng),而鋁的氧化電位高,適合用作正極集流體;
3、鋁箔在負(fù)極的低電位下容易形成鋁鋰合金,因此通常采用銅箔作為負(fù)極集流體;
4、使用鋁箔作為集流體可大幅度降低正/負(fù)極材料和集流體之間的接觸電阻,提高兩者之間的附著能力,從而顯著提升純電動(dòng)汽車(chē)及混合動(dòng)力汽車(chē)的續(xù)航能力。
除用于正極集流體外,鋁箔在電池中還可應(yīng)用于電池外包裝用鋁塑膜、極耳用鋁箔,本篇報(bào)告重點(diǎn)討論集流體用電池鋁箔。
目前鋰離子電池中,正極選擇鋁箔作為集流體材料,而負(fù)極會(huì)選擇銅箔作為集流體材料,這是由于鋁制集流體在低電位下易于與鋰發(fā)生合金化反應(yīng),因此在鋰電池的負(fù)極只能選擇銅箔作為集流體材料,根據(jù)中科海鈉官網(wǎng)數(shù)據(jù),集流體材料成本占鋰電池全電池成本的13%左右(其中包含負(fù)極的銅箔)。
鋁箔在鋰離子電池中的應(yīng)用
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而鈉離子電池與鋰離子電池工作原理相似,但是在低電位狀態(tài)下鋁制集流體與鈉的合金反應(yīng)并不明顯,因此在正負(fù)極集流體材料的選擇方面都可以使用電池鋁箔,據(jù)中科海鈉官網(wǎng),集流體材料成本占鈉電池全電池成本的4%左右。
鈉離子電池工作原理
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(三)電池鋁箔生產(chǎn)工藝
根據(jù)生產(chǎn)特點(diǎn),電池鋁箔的各項(xiàng)性能有著非常嚴(yán)格的要求:
1、熔體質(zhì)量。在金屬的熔煉過(guò)程中,熔體中會(huì)存在一定的氣體、金屬以及廢金屬夾雜物,會(huì)引起成品出現(xiàn)針孔超標(biāo)、孔洞等,這也是影響最終鋁箔質(zhì)量的重要原因。熔體凈化的關(guān)鍵在于除氣、除渣和過(guò)濾過(guò)程,一般控制氫含量指標(biāo)≤0.1ml/100gAL。
2、板形控制。板形又稱張力,主要體現(xiàn)鋁箔的平直程度。鋁加工行業(yè)使用在線的板形儀來(lái)控制,原理是使用板形儀感受鋁箔橫向上的單位面積受力情況,反饋鋁箔的松緊程度。電池廠家通常使用離線的板形檢測(cè)儀檢測(cè)板形好壞,原理是使用相應(yīng)的張力拉平鋁箔,檢測(cè)水平位置和產(chǎn)品邊部的下垂量之差,稱為塌邊量。
3、厚度控制。一般電池用鋁箔厚度要求為±4%以內(nèi),鋁箔軋機(jī)主要通過(guò)在線厚度控制系統(tǒng)來(lái)控制。部分下游電池廠商希望將電池鋁箔的厚度公差要求控制在±2%以內(nèi),但目前市場(chǎng)上絕大部分設(shè)備無(wú)法達(dá)到這樣的控制精度。影響厚度公差的因素包括合金成分、液壓系統(tǒng)、軋輥圓度、軸承精度等。
4、表面質(zhì)量。電池鋁箔對(duì)鋁箔的表面質(zhì)量要求非常嚴(yán)格,要求色澤均勻、沒(méi)有嚴(yán)重的條紋和色差、沒(méi)有凹凸點(diǎn)和鼓線、沒(méi)有殘油和異物壓入、沒(méi)有劃傷和劃痕等缺陷。為達(dá)到質(zhì)量要求,電池鋁箔成品應(yīng)進(jìn)行針孔和表面瑕疵檢測(cè)。
5、機(jī)械性能。電池用鋁箔的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率是需要關(guān)注的機(jī)械性能指標(biāo),抗拉強(qiáng)度越高越好,伸長(zhǎng)率在5%以內(nèi),越高越好。
6、表面濕潤(rùn)張力。該指標(biāo)通過(guò)力學(xué)單位“達(dá)因值”描述(即dyn),一般用戶要求表面濕潤(rùn)張力在30-32dyn,部分敏感材料對(duì)達(dá)因值的要求更高。
7、端面質(zhì)量。即鋁箔邊部的切削質(zhì)量,邊部不能存在V型缺口、毛刺、鋁絲等缺陷。
電池鋁箔生產(chǎn)工藝流程
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二、供給分析:鼎勝新材目前處于行業(yè)領(lǐng)先地位,同時(shí)全球產(chǎn)能預(yù)計(jì)將于2024-2025年開(kāi)始釋放
(一)市占率方面,鼎勝新材仍將處于行業(yè)領(lǐng)先地位
由于電池鋁箔行業(yè)進(jìn)入門(mén)檻較高,國(guó)內(nèi)電池鋁箔的行業(yè)集中度較高,2020年CR3達(dá)到了78%,2021年CR3仍然有76%左右。其中,鼎勝新材出貨量的市占率一直位于行業(yè)第一,且市占率從2020年的34%升至2021年的42%。行業(yè)其他主要電池鋁箔廠商包括華北鋁業(yè)、永杰新材、南山鋁業(yè)、廈順?shù)X箔等。
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(二)行業(yè)產(chǎn)能方面,目前國(guó)內(nèi)擴(kuò)產(chǎn)積極,全球產(chǎn)能預(yù)計(jì)將于 2024-2025 年大規(guī)模釋放
目前國(guó)內(nèi)具有電池鋁箔批量供貨能力或者有電池鋁箔項(xiàng)目建設(shè)計(jì)劃的企業(yè)包括:鼎勝新材、華北鋁業(yè)、南山鋁業(yè)、萬(wàn)順新材、神火股份、永杰新材、東陽(yáng)光、常鋁股份、廈順?shù)X箔、華峰鋁業(yè)、南南鋁業(yè)、眾源新材以及天山鋁業(yè)。國(guó)外的主要電池鋁箔供貨商是日本UACJ和韓國(guó)樂(lè)天鋁業(yè)。
全球電池鋁箔行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)主體情況
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根據(jù)上述數(shù)據(jù)推算,預(yù)計(jì)2025年全球電池鋁箔產(chǎn)能將擴(kuò)張至178萬(wàn)噸/年(假設(shè)其他未統(tǒng)計(jì)產(chǎn)能5萬(wàn)噸/年)。而按照項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)程以及產(chǎn)能利用率來(lái)計(jì)算,在不考慮未來(lái)新增擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目的情況,未來(lái)全球電池鋁箔產(chǎn)量預(yù)測(cè)如下:
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三、需求分析:整體需求規(guī)模預(yù)計(jì)快速增長(zhǎng),動(dòng)力電池仍將是最大需求來(lái)源
(一)電池鋁箔需求規(guī)模穩(wěn)定增長(zhǎng),2029年需求量預(yù)計(jì)將達(dá)到189.73萬(wàn)噸
未來(lái),鋰電池需求依舊旺盛。預(yù)計(jì)2029年全球電動(dòng)車(chē)銷(xiāo)量達(dá)4261萬(wàn)輛,假設(shè)單車(chē)帶電量增長(zhǎng)至75KWh,對(duì)應(yīng)動(dòng)力電池需求為3196GWh;由于儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,預(yù)計(jì)2029年全球儲(chǔ)能電池需求為827GWh;消費(fèi)電池需求相對(duì)穩(wěn)定,預(yù)計(jì)2029年全球消費(fèi)電池需求為179GWh。按此測(cè)算預(yù)計(jì)2029年鋰電池合計(jì)需求為3920GWh,全球鋰電池需求景氣,空間巨大,而作為鋰電池上游的電池鋁箔將同樣前景廣闊,預(yù)計(jì)2029年其需求量將達(dá)到189.73萬(wàn)噸。
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(二)現(xiàn)階段需求結(jié)構(gòu)以動(dòng)力電池為主,未來(lái)儲(chǔ)能電池占比將超過(guò)消費(fèi)電池
目前,用于新能源汽車(chē)等動(dòng)力端的電池是電池鋁箔的主要來(lái)源,占比約57.55%;而消費(fèi)電子端的鋰電池等需求占比也保持在較高水平,占比約27.75%;而儲(chǔ)能電池則由于處于起步發(fā)展階段,目前占比較低,約14.71%。
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未來(lái),隨著動(dòng)力電池與儲(chǔ)能電池的持續(xù)發(fā)展,動(dòng)力電池需求仍將是電池鋁箔最大的需求來(lái)源,而儲(chǔ)能電池需求則將超越消費(fèi)電子需求,成為電池鋁箔的第二大需求來(lái)源。
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四、市場(chǎng)分析:供需延續(xù)緊平衡,2029年市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將超500億元
2021年全球電池鋁箔行業(yè)處于供不應(yīng)求的緊平衡階段,供給缺口約9.60萬(wàn)噸;而根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)算,2022-2027年中全球電池鋁箔行業(yè)將一直處于供不應(yīng)求的緊平衡狀態(tài),2028年開(kāi)始出現(xiàn)供略大于求的情況,但供需關(guān)系仍維持緊平衡態(tài)勢(shì)。
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2021年全球電池鋁箔的需求量在27.05萬(wàn)噸左右,而到2029年全球電池鋁箔需求將達(dá)到189.73萬(wàn)噸,復(fù)合增長(zhǎng)率27.57%。而隨著電池鋁箔供給端的發(fā)展,未來(lái)電池鋁箔的出貨量將不斷增長(zhǎng)。據(jù)測(cè)算,未來(lái)隨著電池鋁箔下游需求快速成長(zhǎng),2029年其市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到578.67億元,具體預(yù)測(cè)如下:
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