Les piles à l'état solide deviennent des mégatendances, la demande de film plastique en aluminium augmente

Dernière mine d'or de l'industrie des piles au lithium, le film plastique aluminium est le facteur clé de l'itinéraire technique des piles au lithium, de la coque dure à la poche. Cet article décrit comment la batterie à poche, l'application en aval du film plastique aluminium, stimulera l'explosion de l'industrie du film plastique aluminium.

Le choix de la technologie des piles à poche

Les batteries lithium-ion peuvent être divisées en trois types : cylindriques, carrées et à pochettes en polymère, en fonction de leur forme et des matériaux d'emballage. En raison de facteurs politiques, d'un coût élevé et d'un long cycle de recherche et de développement, les batteries cylindriques et carrées constituent la majorité des batteries d'alimentation dans mon pays.

Dans le même temps, un grand nombre d'incidents de combustion spontanée de véhicules électriques ont provoqué des ombres plus ou moins psychologiques pour le public. Prenons l'exemple d'une batterie cylindrique, puisque la principale source de chaleur de la batterie est située dans la languette.

Il est difficile pour le circuit de refroidissement placé sous le bloc-batterie d'équilibrer la différence de température au-dessus et au-dessous de la batterie, de sorte que le bloc-batterie cylindrique présente intrinsèquement l'inconvénient d'être difficile à gérer au niveau de la gestion thermique du BMS.

Avec le vieillissement de la batterie après des années d'utilisation, le diaphragme d'une batterie est perforé sous l'influence des dendrites de lithium, ce qui entraîne un court-circuit interne, susceptible de provoquer un emballement thermique de type dominos, entraînant une réaction en chaîne du bloc-batterie.

Or, pour garantir la densité énergétique de l'ensemble de batteries, les cellules sont également très proches les unes des autres, ce qui accroît à nouveau le risque d'emballement thermique. Nous savons donc qu'en plus de la sécurité de la batterie individuelle, les mesures de sécurité entre la batterie et la batterie, c'est-à-dire l'ensemble du bloc-batterie, sont également particulièrement importantes.

Comme les piles carrées et cylindriques sont emballées dans une coque dure scellée, la chaleur accumulée ne peut pas être libérée. Une fois que la pression à l'intérieur de la pile est trop importante, elle provoque rapidement une explosion.

En cas d'emballement thermique de l'énergie de la batterie, la pochette se dégonfle pour former un bourrelet, réduire la pression interne et empêcher la batterie d'exploser.

En plus d'une sécurité élevée, les batteries lithium-ion à poche présentent des avantages considérables en termes de densité énergétique, de durée de vie et de flexibilité :

Faible résistance interne et durée de vie élevée: Le processus de laminage de la batterie à poche équivaut à la connexion parallèle de pièces multipolaires, et la résistance interne est nettement inférieure à celle d'autres formes de batteries, ce qui peut réduire considérablement l'autoconsommation de la batterie.

Cela permet à la batterie d'avoir une bonne durée de vie et de bonnes caractéristiques de taux. La batterie à poche présente une diminution de 4%-7% de la dégradation par 100 cycles par rapport à la batterie carrée à coque en aluminium.

Grande capacité de la batterie: L'utilisation d'un film plastique en aluminium pour les piles au lithium à poche réduit l'application de pièces structurelles, ce qui permet de réduire le poids d'environ 40% par rapport aux piles au lithium à coque en acier. À taille égale, la capacité de la batterie à poche est supérieure de 10%-15% à celle de la batterie à enveloppe en acier, et de 5%-10% à celle de la batterie à enveloppe en aluminium.

Grande souplesse de conceptionLes piles en poche présentent des lacunes en termes de cohérence et d'efficacité du groupe, mais ces lacunes sont progressivement comblées.

Les piles en pochette n'ont pas de protection rigide, et la pression externe peut facilement affecter leur état électrochimique, ce qui entraîne une mauvaise cohérence. En raison de la faible résistance du film aluminium-plastique, une certaine couche de protection doit être ajoutée, ce qui rend l'efficacité du regroupement inférieure à celle de la batterie carrée.

Ces dernières années, l'augmentation de la capacité des piles individuelles à poche et l'utilisation de matériaux légers ont permis d'améliorer l'efficacité du regroupement des piles à poche. D'après les données de Chery New Energy, l'efficacité de regroupement de sa poche devrait atteindre environ 80%.

Exigences de base pour la fabrication de films aluminium-plastique pour l'électronique grand public

La demande de film plastique en aluminium est directement liée à la demande de batteries au lithium. Les principales applications en aval comprennent les biens de consommation 3C, les batteries d'alimentation des véhicules à énergie nouvelle et le stockage de l'énergie.

Les smartphones sont l'une des principales orientations des batteries 3C. Si l'on tient compte des ventes mondiales de téléphones mobiles et de la capacité des batteries individuelles, la batterie dans le domaine des téléphones mobiles représente environ 30 Gwh. Le taux de pénétration des smartphones s'étant stabilisé, la demande de films aluminium-plastique dans ce domaine n'a cessé de croître.

L'ère de la 5G favorise la croissance des produits portables intelligents et de divers terminaux intelligents. Les produits tels que les TWS, les tablettes, les ordinateurs portables et les haut-parleurs intelligents sont devenus la force motrice de la croissance des batteries 3C. En outre, des produits tels que les outils électriques, les petits appareils ménagers et les deux-roues électriques ont encore accru la demande du marché.

Avec l'expansion des fonctions, l'amélioration des performances et les exigences de portabilité de produits tels que les téléphones mobiles et les ordinateurs portables, les clients en aval ont posé des exigences plus élevées en matière de capacité, de flexibilité et de durée de vie des batteries, et les pochettes ont connu une augmentation rapide de leur pénétration en raison de leurs avantages en termes de performances. .

En 2020, parmi les batteries au lithium pour téléphones mobiles/ordinateurs portables/tablettes, le taux de pénétration des batteries en pochette a atteint 87,5%/88,2%/99,6%. Selon les données d'EV Tank, les expéditions mondiales de petites batteries lithium-ion en 2020 s'élèveront à 5,52 milliards, soit une augmentation de 19% en glissement annuel.

Nous prévoyons qu'à l'avenir, la demande de portabilité, de finesse et de grande capacité augmentera le taux de pénétration des batteries à poche, ce qui stimulera la croissance de la demande de films en aluminium-plastique. Selon le "White Paper on the Development of China's Small pouch Li-ion Battery Industry (2021)" publié par EVTank et al.

On estime que d'ici 2025, les expéditions mondiales de petites poches de batteries lithium-ion atteindront 9,60 milliards, avec un taux de croissance annuel composé de 11,70%. La demande de film plastique en aluminium pourrait atteindre 240 millions de mètres carrés en 2025, avec un taux de croissance annuel moyen composé de 6%.

À l'horizon 2025, EVTank prévoit que les expéditions mondiales de petites poches de batteries lithium-ion atteindront plus de 9,60 milliards d'unités. En termes de taille de marché, en 2020, la taille du marché mondial des petites poches de batteries lithium-ion dépassera pour la première fois les 100 milliards de yuans, atteignant 106,03 milliards de yuans.

La batterie de poche est le principal moteur de l'industrie des films en aluminium et en plastique

Le développement des véhicules à énergie nouvelle deviendra une force motrice importante pour l'amélioration de la prospérité de l'industrie du film aluminium-plastique. Selon les statistiques de l'Association chinoise des constructeurs automobiles, au premier semestre 2021, la production et les ventes de véhicules à énergie nouvelle s'élèveront respectivement à 1,215 million et 1,206 million, soit une augmentation de 2 fois par rapport à l'année précédente.

Parmi eux, la production et les ventes de véhicules électriques purs ont été de 1,022 million et 1,005 million, soit une augmentation de 2,3 fois et 2,2 fois en glissement annuel, respectivement, et la production et les ventes de véhicules hybrides rechargeables ont été de 192 000 et 200 000, soit une augmentation de 1 et 1,3 fois, respectivement.

En outre, les ventes mondiales de véhicules à énergie nouvelle ont également connu une croissance rapide. Selon les données industrielles publiées par EVTank, les ventes mondiales de véhicules à énergie nouvelle s'élèveront à environ 3,31 millions d'unités en 2020, et l'Europe est devenue un point de croissance important pour les ventes mondiales de véhicules à énergie nouvelle. À l'horizon 2025, EVTank prévoit que les ventes mondiales de véhicules à énergie nouvelle devraient atteindre 16,4 millions d'unités, soit une augmentation annuelle de 395,5% par rapport à 2020.

À l'heure actuelle, la capacité installée des batteries des véhicules à énergie nouvelle par véhicule varie entre 50 GWh et 75 GWh. Compte tenu de la capacité installée par véhicule et des ventes mondiales de véhicules à énergie nouvelle, les livraisons mondiales de batteries pour véhicules à énergie nouvelle s'élèveront à environ 158,2 GWh en 2020.

D'ici à 2025, les livraisons mondiales de piles électriques devraient atteindre 919,4 Gwh. Les livraisons de batteries électriques de la Chine s'élèvent à environ 80 GWh en 2020, et les livraisons de la Chine représentent 50,57% des livraisons mondiales.

Conformément aux exigences de planification de la Chine pour chaque étape des batteries d'énergie dans le "Plan de développement de l'industrie des véhicules à économie d'énergie et à énergie nouvelle (2012-2020)", la "Feuille de route technologique des véhicules à économie d'énergie et à énergie nouvelle" et d'autres politiques. Principalement divisé en trois étapes :

1) En 2020, elle devrait répondre aux besoins des véhicules électriques purs d'une distance supérieure à 300 km.La densité énergétique d'une seule unité atteint 350Wh/kg et 650Wh/L, la puissance spécifique d'une seule unité atteint 1000W/kg, le coût unitaire est réduit à 0,6 yuan/Wh, et la durée de vie du cycle est de 2000 fois.

2) En 2025, elle devrait répondre aux besoins des véhicules électriques purs d'une distance supérieure à 400 km.La densité énergétique d'une seule unité atteindra 400Wh/kg et 800Wh/L, la puissance spécifique d'une seule unité atteindra 1000W/kg, le coût unitaire sera réduit à 0,5 yuan/Wh, et la durée de vie du cycle sera de 2000 fois.

3) En 2030, la demande de véhicules électriques purs de plus de 500 km devrait être satisfaite.La densité énergétique d'une seule unité atteint 500Wh/kg et 1000Wh/L, le coût unitaire est réduit à 0,4 yuan/Wh, et la durée de vie du cycle est de 3000 fois.

Du point de vue de l'idée technique de l'amélioration de la densité de capacité des batteries, la recherche et le développement ainsi que la sélection de nouveaux matériaux sont des méthodes importantes. En tant que matériau permettant de réduire la qualité globale de la cellule de la batterie, le film aluminium-plastique devrait continuer à augmenter dans le futur le taux de pénétration de la technologie des batteries à poche. Le film aluminium-plastique est un lien indispensable aux fabricants de piles pour la fabrication de piles à poche.

Le procédé des pochettes est la meilleure solution d'adaptation

À l'heure actuelle, les deux principales voies de l'industrie sont le phosphate de fer lithié et les batteries ternaires, mais aucune ne peut échapper aux deux problèmes de sécurité et d'autonomie de croisière. Face à ces deux problèmes, les batteries à semi-conducteurs constituent la voie la plus récente.

Plus précisément, d'une part, les performances de sécurité des piles liquides ont toujours été au centre des préoccupations de l'industrie. Dans le domaine des batteries liquides traditionnelles, les poches n'ont pas été utilisées à grande échelle en raison de facteurs tels que les défauts de fuite et les avantages insignifiants en termes de densité énergétique au niveau du système. Cependant, dans les systèmes de batteries à l'état solide, les défauts des poches disparaîtront progressivement. Les raisons en sont les suivantes :

①La grande majorité des batteries cylindriques ou carrées utilisent le procédé d'enroulement. En raison de la faible flexibilité et des propriétés mécaniques de l'électrolyte solide, le bobinage ne peut pas être utilisé, mais la forme de laminage peut seulement être utilisée. La poche présente l'avantage de permettre l'empilement des pièces polaires.

② Les piles au lithium sont toujours accompagnées de changements de volume pendant le processus de charge et de décharge, et la flexibilité du film aluminium-plastique est meilleure, ce qui coïncide avec le parcours de la poche.

③Par rapport aux coques carrées et aux cylindres, le film aluminium-plastique est plus léger, et l'avantage des batteries à semi-conducteurs en termes de densité énergétique sera encore plus grand.

④Le contenu en électrolyte des piles semi-solides et entièrement solides est très faible, et il n'y a pas lieu de s'inquiéter des fuites lors de l'utilisation des sachets.

D'autre part, le plan "Made in China 2025" du ministère de l'industrie et des technologies de l'information propose que, d'ici 2025/2030, la densité énergétique des cellules des batteries d'énergie de mon pays atteigne respectivement 400Wh/kg et 500Wh/kg.

Cependant, même une batterie liquide qui utilise une électrode négative à base de silicium pour augmenter considérablement la densité énergétique a du mal à franchir le "cap" des 500Wh/kg. La batterie à semi-conducteurs peut fournir une densité énergétique d'environ 300-400 Wh/kg, dépassant de loin celle des batteries conventionnelles.

De ce point de vue, les pochettes sont un choix inévitable pour les piles à l'état solide.

À l'heure actuelle, dans l'industrie automobile, un grand nombre de constructeurs de voitures électriques continuent de miser sur la technologie des batteries à semi-conducteurs.

Mercedes-Benz a annoncé qu'elle réalisait un investissement stratégique dans la start-up américaine FactorialEnergy spécialisée dans les batteries à l'état solide, d'un montant "pouvant aller jusqu'à plus d'un milliard de dollars américains". Cet investissement vise à accélérer son développement dans le domaine des batteries à l'état solide.

"Nous prévoyons de tester des prototypes de batteries dès l'année prochaine et d'intégrer la technologie des batteries à l'état solide dans un certain nombre de véhicules au cours des cinq prochaines années."

Après avoir conclu une coopération stratégique avec Factorial Energy, Mercedes-Benz a officiellement déclaré que, grâce à cette coopération, l'entreprise franchit une nouvelle étape dans la recherche et le développement dans le domaine des batteries à semi-conducteurs prometteuses. "

Outre Mercedes-Benz, BAIC Blue Valley, Dongfeng, Weilai et d'autres constructeurs automobiles ont également publié des projets de batteries semi-solides embarquées.

Le 13 décembre 2021, BAIC Blue Valley a déclaré sur la plateforme interactive que l'entreprise avait désormais achevé le développement de la cellule de batterie à semi-conducteurs de deuxième génération, la vérification du banc d'essai du système de batterie et la vérification de l'installation du véhicule (ARCFOX αT).

La technologie de la batterie à l'état solide de troisième génération prévoit de correspondre aux nouveaux modèles de la marque Jihu, et de développer une batterie à l'état solide à haute sécurité (pas d'incendie) et à haute densité énergétique (densité énergétique de la cellule de 360 Wh/kg, qui est actuellement en cours d'approbation du projet de modèle).

Le Dongfeng E70 équipé de la batterie semi-solide de Ganfeng Lithium devrait être livré avant le festival de printemps, et le nouveau modèle ET7 de NIO équipé d'une batterie semi-solide sera également dévoilé l'année prochaine.

En outre, BYD, SAIC, FAW, Great Wall Motor, etc. développent tous la technologie des batteries à l'état solide. Des multinationales telles que Toyota, Honda, Hyundai, BMW et Volkswagen ont également participé à la recherche et au développement de la technologie des batteries à l'état solide de diverses manières.

Du point de vue des fabricants de batteries, certaines entreprises sont entrées dans la phase pilote des batteries lithium-ion à l'état solide (batteries semi-solides) et sont en train de développer des batteries entièrement à l'état solide.

Par exemple, CATL a déclaré que l'entreprise a toujours accordé une attention particulière aux batteries de la prochaine génération, telles que les batteries sans cobalt, les batteries à l'état solide et les batteries sans métaux rares, ainsi qu'aux technologies émergentes dans l'industrie, et qu'elle a toujours réalisé des schémas techniques à cet effet.

Guoxuan Hi-Tech mène actuellement des recherches techniques sur les batteries à l'état solide et prévoit d'introduire les technologies pertinentes d'ici deux ans, puis de réaliser progressivement des améliorations itératives pour produire des batteries à l'état solide de haute sécurité. SVOLT prévoit de fabriquer une batterie à électrolyte entièrement solide de quatrième génération d'ici à la fin de l'année 2030.

À l'heure actuelle, les principaux fabricants de batteries ont déployé des batteries à l'état solide. Il y a de plus en plus de sociétés de batteries à l'état solide. À l'heure actuelle, les produits ou échantillons annoncés par les entreprises connues de recherche et de développement de piles à l'état solide utilisent presque tous la forme de poche.

Calcul de l'espace nécessaire pour le film plastique en aluminium

Le film aluminium-plastique est un matériau nécessaire à la production de piles à poche, de sorte que la demande de film aluminium-plastique est étroitement liée à la production de piles à poche.

D'après les informations publiques, les principaux fabricants de piles produisent actuellement une petite quantité de piles à poche, et il existe également des entreprises de piles à poche de premier plan telles que Farasis, DFD, Gateway Power, MGL, Wanxiang 123, etc. spécialisées dans le développement de la production de piles à poche.

Nous calculons la capacité de production des piles à poche divulguée dans les informations publiques des grandes entreprises et en fonction du fait que la capacité de production des piles à poche représente 20% de la capacité de production totale des grands fabricants de piles.

Selon la capacité de production de chaque fabricant en 2021, la capacité de production totale des piles à poche peut atteindre 135,6 GWh.

Étant donné que la demande de film plastique en aluminium pour un seul GWh de batterie à poche est d'environ 1,2 million de mètres carrés, la demande de film plastique en aluminium en fonction de la capacité de production actuelle est d'environ 162,72 millions de mètres carrés.

D'après la capacité de production des entreprises nationales de films plastiques en aluminium en 2021, la capacité de production totale de films plastiques en aluminium destinés aux batteries à pochettes est de 150 millions de mètres carrés. Cette capacité est loin de répondre à la demande de films plastiques en aluminium pour les batteries à pochettes.

Avec l'expansion continue des fabricants de batteries à l'avenir, l'itinéraire technique des batteries à poche est progressivement reconnu par les entreprises de véhicules à énergie nouvelle et les batteries à l'état solide seront produites en masse entre 2025 et 2030. Par conséquent, la demande de films aluminium-plastique va exploser au cours des cinq prochaines années.