La batería de estado sólido se convierte en megatendencia, aumenta la demanda de película de plástico de aluminio

Como la última mina de oro de la industria de las baterías de litio, la película de aluminio-plástico es el factor clave para la ruta técnica de la batería de litio desde la carcasa dura hasta la bolsa. Este artículo describirá cómo la batería de bolsa, la aplicación aguas abajo de la película de aluminio-plástico, impulsará la explosión de la industria de la película de aluminio-plástico.

La elección de la ruta tecnológica de las pilas de petaca

Las baterías de iones de litio pueden dividirse en tres tipos: cilíndricas, cuadradas y en bolsas de polímero, según su forma y materiales de envasado. Debido a factores políticos, su elevado coste y su largo ciclo de investigación y desarrollo, las baterías cilíndricas y cuadradas son las más utilizadas en mi país.

Al mismo tiempo, un gran número de incidentes de combustión espontánea de vehículos eléctricos han provocado sombras más o menos psicológicas en el público. Tomando como ejemplo una batería cilíndrica, ya que la principal fuente de calor de la batería se encuentra en la lengüeta.

Es difícil que el circuito de refrigeración colocado bajo el pack de baterías equilibre la diferencia de temperatura por encima y por debajo de la batería, por lo que el pack de baterías cilíndrico tiene intrínsecamente la desventaja de ser difícil de gestionar térmicamente.

Junto con el envejecimiento de la batería tras años de uso, el diafragma de una batería se perfora bajo la influencia de las dendritas de litio, lo que da lugar a un cortocircuito interno, que es propenso al desbocamiento térmico tipo dominó, provocando una reacción en cadena del paquete de baterías.

Ahora bien, para garantizar la densidad energética del pack de baterías, la disposición entre las celdas también es muy estrecha, lo que aumenta una vez más el riesgo de embalamiento térmico. De todo ello se deduce que, además de la seguridad de la batería individual, también son especialmente importantes las medidas de seguridad entre la batería y la batería, es decir, el conjunto del pack de baterías.

Dado que las pilas cuadradas y cilíndricas están envasadas en una carcasa dura sellada, el calor acumulado no puede liberarse. Una vez que la presión en el interior de la pila sea demasiado grande, provocará rápidamente una explosión.

La batería de petaca está encapsulada en una película de aluminio-plástico, si se produce un escape térmico de la energía de la batería, la batería de petaca se desinflará para formar una protuberancia, reducir la presión interna y evitar que la batería explote.

Además de su elevada seguridad, las baterías de iones de litio de petaca presentan amplias ventajas en términos de densidad energética, vida útil y flexibilidad:

Baja resistencia interna y larga vida útil: El proceso de laminación de la batería de petaca equivale a la conexión en paralelo de piezas multipolares, y la resistencia interna es significativamente menor que la de otras formas de baterías, lo que puede reducir considerablemente el autoconsumo de la batería.

Y hacen que la batería tenga buenas características de duración de ciclo y tasa. La batería de petaca tiene una disminución de 4%-7% en la descomposición por 100 ciclos en comparación con la batería cuadrada de carcasa de aluminio.

Batería de gran capacidad: El uso de una lámina de aluminio-plástico para las baterías de litio en bolsa reduce la aplicación de piezas estructurales, reduciendo así el peso en unos 40% en comparación con las baterías de litio con carcasa de acero. Con el mismo tamaño, la capacidad de la batería de petaca es 10%-15% superior a la de la batería con carcasa de acero, y 5%-10% superior a la de la batería con carcasa de aluminio.

Gran flexibilidad de diseño: el grosor, la forma, etc. pueden personalizarse en función de las necesidades del cliente. Las baterías de petaca tienen deficiencias en cuanto a consistencia y eficacia de grupo, pero las deficiencias se van subsanando poco a poco.

Las pilas de petaca no tienen una protección rígida de la carcasa, y la presión externa puede afectar fácilmente a su estado electroquímico, lo que da lugar a una consistencia deficiente. Debido a la baja resistencia de la película de aluminio-plástico, es necesario añadir una cierta capa protectora, lo que hace que la eficacia de agrupamiento sea menor que la de la pila cuadrada.

En los últimos años, el aumento de la capacidad de las pilas individuales de bolsa y la aplicación de materiales ligeros han mejorado aún más la eficiencia de agrupación de las pilas de bolsa. Según los datos de Chery New Energy, se espera que su eficiencia de agrupación de pouches alcance alrededor de 80%.

Requisitos básicos para la fabricación de láminas de aluminio-plástico para electrónica de consumo

La demanda del mercado de láminas de aluminio-plástico está directamente relacionada con la demanda de baterías de litio. Las principales aplicaciones son los bienes de consumo 3C, las baterías para vehículos de nueva energía y el almacenamiento de energía.

Los teléfonos inteligentes son una de las principales direcciones de las baterías 3C. Combinando las ventas mundiales de teléfonos móviles y la capacidad de las baterías de una sola unidad, la batería en el campo de la telefonía móvil es de unos 30Gwh. A medida que la tasa de penetración de los teléfonos inteligentes se ha estabilizado, la demanda de películas de aluminio-plástico en este campo ha crecido constantemente.

La era 5G promueve el crecimiento de los wearables inteligentes y de diversos productos terminales inteligentes. Productos como TWS, tabletas, ordenadores portátiles y altavoces inteligentes se han convertido en la fuerza impulsora del crecimiento de las baterías 3C. Además, productos como herramientas eléctricas, pequeños electrodomésticos y vehículos eléctricos de dos ruedas aumentaron aún más la demanda del mercado.

Con la ampliación de las funciones, la mejora del rendimiento y los requisitos de portabilidad de productos como los teléfonos móviles y los ordenadores portátiles, los clientes intermedios han planteado mayores exigencias de capacidad, flexibilidad y vida útil de las baterías, y las fundas han logrado un rápido aumento de su penetración gracias a sus ventajas de rendimiento. .

En 2020, entre las baterías de litio para teléfonos móviles/ordenadores portátiles/tabletas, la tasa de penetración de las baterías de petaca ha alcanzado 87,5%/88,2%/99,6%. Según los datos de EV Tank, el envío mundial de baterías de iones de litio de petaca en 2020 será de 5.520 millones, lo que supone un aumento interanual de 19%.

Esperamos que, en el futuro, la demanda de portabilidad, delgadez y alta capacidad aumente la tasa de penetración de las baterías de petaca, lo que a su vez impulsará el crecimiento de la demanda de película de aluminio-plástico. Según el "White Paper on the Development of China's Small pouch Li-ion Battery Industry (2021)" publicado por EVTank et al.

Se estima que en 2025, el envío mundial de baterías de iones de litio en bolsas pequeñas alcanzará los 9.600 millones, con una tasa de crecimiento anual compuesto de 11.70%. La demanda de película de aluminio-plástico puede alcanzar los 240 millones de metros cuadrados en 2025, con una tasa media de crecimiento anual compuesto de 6%.

De cara a 2025, EVTank predice que el envío mundial de baterías de iones de litio en bolsas pequeñas alcanzará más de 9.600 millones. En términos de tamaño de mercado, en 2020, el tamaño del mercado mundial de baterías de iones de litio en bolsas pequeñas superará los 100.000 millones de yuanes por primera vez, alcanzando los 106.030 millones de yuanes.

La batería de litio es el principal motor de la industria de la película de aluminio y plástico

El desarrollo de vehículos de nueva energía se convertirá en una importante fuerza motriz para la mejora de la prosperidad de la industria de la película de aluminio y plástico. Según las estadísticas de la Asociación China de Fabricantes de Automóviles, en el primer semestre de 2021, la producción y las ventas de vehículos de nueva energía serán de 1,215 millones y 1,206 millones, respectivamente, lo que supone un aumento interanual de 2 veces.

Entre ellos, la producción y las ventas de vehículos eléctricos puros fueron de 1,022 millones y 1,005 millones, con un aumento interanual de 2,3 veces y 2,2 veces, respectivamente, y la producción y las ventas de vehículos híbridos enchufables fueron de 192.000 y 200.000, con un aumento de 1 y 1,3 veces, respectivamente.

Además, las ventas mundiales de vehículos de nueva energía también mostraron un rápido crecimiento. Según datos del sector publicados por EVTank, las ventas mundiales de vehículos de nueva energía rondarán los 3,31 millones en 2020, y Europa se ha convertido en un importante punto de crecimiento para las ventas mundiales de vehículos de nueva energía. De cara a 2025, EVTank prevé que las ventas mundiales de vehículos de nueva energía alcancen los 16,4 millones de unidades, lo que supone un aumento interanual de 395,5% en comparación con 2020.

En la actualidad, la capacidad instalada de baterías de vehículos de nueva energía por vehículo oscila entre 50 GWh y 75 GWh. Combinando la capacidad instalada por vehículo y las ventas mundiales de vehículos de nueva energía, los envíos mundiales de baterías para vehículos de nueva energía en 2020 serán de unos 158,2 GWh.

De cara a 2025, se espera que los envíos mundiales de baterías eléctricas alcancen los 919,4 GWh. Los envíos de baterías de energía de China son alrededor de 80Gwh en 2020, y los envíos de China representan 50.57% de los envíos mundiales.

De acuerdo con los requisitos de planificación de China para cada etapa de las baterías de energía en el "Plan de Desarrollo de la Industria de Vehículos de Ahorro de Energía y Nuevas Energías (2012-2020)", "Hoja de Ruta de la Tecnología de Vehículos de Ahorro de Energía y Nuevas Energías" y otras políticas. Se dividen principalmente en tres etapas:

1) En 2020, deberá satisfacer las necesidades de los vehículos eléctricos puros con una distancia superior a 300 km.La densidad energética de una sola unidad alcanza 350 Wh/kg y 650 Wh/L, la potencia específica de una sola unidad llega a 1000 Wh/kg, el coste unitario se reduce a 0,6 yuanes/Wh, y la vida útil del ciclo es de 2000 veces.

2) En 2025, deberá satisfacer las necesidades de los vehículos eléctricos puros con una distancia superior a 400 km.la densidad energética de una sola unidad alcanzará los 400Wh/kg y los 800Wh/L, la potencia específica de una sola unidad alcanzará los 1000W/kg, el coste unitario se reducirá a 0,5 yuanes/Wh, y la vida útil del ciclo será de 2000 veces.

3) En 2030, deberá cubrirse la demanda de vehículos eléctricos puros de más de 500 km.La densidad energética de una sola unidad alcanza los 500 Wh/kg y los 1.000 Wh/L, el coste unitario se reduce a 0,4 yuanes/Wh y el ciclo de vida es de 3.000 veces.

Desde la perspectiva de la idea técnica de mejora de la densidad de capacidad de las pilas, la investigación y el desarrollo y la selección de nuevos materiales son métodos importantes. Como material elegido para reducir la calidad general de la célula de la batería, se espera que la película de aluminio-plástico siga aumentando en la futura tasa de penetración de la ruta tecnológica de las baterías de petaca. La película de aluminio y plástico es un eslabón indispensable para que los fabricantes de pilas fabriquen pilas de petaca.

El proceso de bolsa es la mejor solución de emparejamiento

En la actualidad, las dos vías dominantes en la industria son el fosfato de hierro y litio y las baterías ternarias, pero ninguna de ellas puede escapar a los dos problemas de seguridad y autonomía. Frente a estos dos problemas, las baterías de estado sólido son la vía más reciente.

En concreto, por un lado, el rendimiento de seguridad de las baterías líquidas ha sido siempre un punto de atención importante para la industria. En el campo de las baterías líquidas tradicionales, las bolsas no se han aplicado a gran escala debido a factores como los defectos de fuga y las ventajas insignificantes en densidad energética a nivel de sistema. Sin embargo, en los sistemas de baterías de estado sólido, los defectos de las bolsas irán desapareciendo gradualmente. Las razones son las siguientes:

①La gran mayoría de las pilas cilíndricas o cuadradas utilizan el proceso de bobinado. Debido a la escasa flexibilidad y propiedades mecánicas del electrolito sólido, no se puede utilizar el bobinado, sino únicamente la forma de laminación. La bolsa tiene ventajas en la forma de apilamiento de las piezas polares.

② Las baterías de litio siempre van acompañadas de cambios de volumen durante el proceso de carga y descarga, y la flexibilidad de la película de aluminio-plástico es mejor, lo que coincide con la ruta de la bolsa.

③ En comparación con las carcasas cuadradas y los cilindros, la lámina de aluminio y plástico pesa menos, y la ventaja de la densidad energética de las pilas de estado sólido aumentará aún más.

④El contenido de electrolito de las pilas semisólidas y totalmente sólidas es muy pequeño, por lo que no hay que preocuparse por las fugas cuando se utilizan bolsas.

Por otro lado, el programa "Made in China 2025" del Ministerio de Industria y Tecnología de la Información propone que, para 2025/2030, la densidad energética de las celdas de las baterías de energía de mi país debe alcanzar los 400 Wh/kg y los 500 Wh/kg, respectivamente.

Sin embargo, incluso una batería líquida que utilice un electrodo negativo a base de silicio para aumentar enormemente la densidad energética tiene dificultades para superar el "obstáculo" de los 500 Wh/kg. La batería de estado sólido puede proporcionar una densidad energética de unos 300-400Wh/kg, muy superior a la de las baterías convencionales.

Desde este punto de vista, las bolsas son una opción inevitable para las pilas de estado sólido.

En la actualidad, en la industria automovilística, un gran número de empresas de coches eléctricos siguen apostando por la tecnología de baterías de estado sólido.

Mercedes-Benz ha anunciado que va a realizar una inversión estratégica en la start-up estadounidense de baterías de estado sólido FactorialEnergy, por un importe de "hasta más de 1.000 millones de dólares", inversión destinada a acelerar su desarrollo en el campo de las baterías de estado sólido.

"Tenemos previsto probar prototipos de baterías ya el año que viene e integrar la tecnología de baterías de estado sólido en un cierto número de vehículos en los próximos cinco años".

Tras alcanzar una cooperación estratégica con Factorial Energy, Mercedes-Benz declaró oficialmente que, mediante esta cooperación, la empresa lleva la investigación y el desarrollo en el campo de las prometedoras baterías de estado sólido a un nuevo nivel. "

Además de Mercedes-Benz, BAIC Blue Valley, Dongfeng, Weilai y otras empresas automovilísticas también han publicado planes relacionados con las baterías semisólidas de a bordo.

El 13 de diciembre de 2021, BAIC Blue Valley declaró en la plataforma interactiva que la empresa ya ha completado el desarrollo de la célula de batería de estado sólido de segunda generación, la verificación de la prueba de banco del sistema de batería y la verificación de la instalación del vehículo (ARCFOX αT).

La tecnología prevista para la batería de estado sólido de tercera generación prevé equipararse a los nuevos modelos de la marca Jihu, y desarrollar una batería de estado sólido de alta seguridad (sin fuego) y alta densidad energética (densidad energética de celda de 360Wh/kg, actualmente en proceso de aprobación del proyecto de modelo.

Se espera que el Dongfeng E70 equipado con la batería semisólida de Ganfeng Lithium se entregue antes del Festival de Primavera, y el nuevo modelo ET7 de NIO equipado con un pack de baterías semisólidas también se presentará el año que viene.

Además, BYD, SAIC, FAW, Great Wall Motor, etc. están desarrollando tecnología de baterías de estado sólido. Empresas multinacionales como Toyota, Honda, Hyundai, BMW y Volkswagen también han participado de diversas formas en la investigación y el desarrollo de la tecnología de baterías de estado sólido.

Desde el punto de vista de las empresas de baterías, algunas han entrado en la fase piloto de las baterías de iones de litio de estado sólido (baterías de estado semisólido) y están desarrollando baterías totalmente de estado sólido.

Por ejemplo, CATL afirmó que la empresa siempre ha prestado mucha atención y ha llevado a cabo diseños técnicos para las baterías de nueva generación, como las baterías sin cobalto, las baterías totalmente de estado sólido y las baterías sin metales raros, así como las tecnologías emergentes en la industria.

Guoxuan Hi-Tech está llevando a cabo investigaciones técnicas sobre baterías de estado sólido, y tiene previsto introducir las tecnologías pertinentes en un plazo de dos años, y realizar gradualmente mejoras iterativas para producir baterías de estado sólido de alta seguridad. SVOLT tiene previsto fabricar una batería de electrolito de estado sólido de cuarta generación para finales de 2030.

En la actualidad, los principales fabricantes de baterías han desplegado baterías de estado sólido. Cada vez hay más empresas de baterías de estado sólido. En la actualidad, de los productos o muestras anunciados por las empresas conocidas de investigación y desarrollo de baterías de estado sólido, casi todas utilizan la forma de bolsa.

Cálculo del espacio necesario para la película de aluminio y plástico

La película de aluminio-plástico es un material necesario para la producción de pilas de petaca, por lo que la demanda de película de aluminio-plástico está estrechamente relacionada con la producción de pilas de petaca.

Según información pública, en la actualidad, los principales fabricantes de baterías producen una pequeña cantidad de baterías de petaca, y también hay empresas líderes en baterías de petaca como Farasis, DFD, Gateway Power, MGL, Wanxiang 123, etc. especializadas en el desarrollo de la producción de baterías de petaca.

Calculamos la capacidad de producción de baterías de petaca divulgada en la información pública de las principales empresas y de acuerdo con el hecho de que la capacidad de producción de baterías de petaca representa 20% de la capacidad de producción total de los principales fabricantes de baterías.

Según la capacidad de producción de cada fabricante en 2021, la capacidad total de producción de baterías de petaca puede alcanzar los 135,6GWh.

Dado que la demanda de película de aluminio-plástico para un solo GWh de batería eléctrica de petaca es de unos 1,2 millones de metros cuadrados, la demanda de película de aluminio-plástico según la capacidad de producción actual es de unos 162,72 millones de metros cuadrados.

De acuerdo con la capacidad de producción de las empresas nacionales de película de aluminio-plástico en 2021, la capacidad total de producción de película de aluminio-plástico suministrado a las baterías de energía de la bolsa es de 150 millones de metros cuadrados. Está lejos de satisfacer la demanda de película de aluminio-plástico para baterías de energía de la bolsa.

Con la continua expansión de los fabricantes de baterías en el futuro, la ruta técnica de las baterías de petaca es reconocida gradualmente por las empresas de vehículos de nueva energía y las baterías de estado sólido se producirán en masa de 2025 a 2030. Por lo tanto, la demanda de película de aluminio-plástico se disparará en los próximos cinco años.