芳綸在鋰電隔膜涂覆中的應(yīng)用

Part.1

隔膜涂覆的介紹

隔膜為鋰電池四大主材之一，可分為干法、濕法、涂覆三類隔膜，目前常見的鋰離子電池隔膜通常為聚丙烯、聚乙烯或者是兩者共同的復(fù)合膜。這些材料熔點(diǎn)通常低于170℃，但是當(dāng)電池因內(nèi)部或外部原因造成升溫時(shí)，隔膜會(huì)熔融并收縮正負(fù)極直接觸導(dǎo)致短路，引起電池燃燒、爆炸等意外事故的發(fā)生給使用帶來安全隱患。而通過涂覆加工處理，可減少一系列事故的發(fā)生。

隔膜涂覆行業(yè)近年重大的演化趨勢(shì)，是在在聚烯烴隔膜上（包括干法濕法隔膜）以三氧化二鋁和粘結(jié)劑以及去離子水混合攪拌為漿料，采用微凹版擠壓涂布的方式來在基材隔膜上面做一層或者兩面各一層的陶瓷面，厚度為2－4um。

通過涂覆加工處理，不僅可提升隔膜的熱穩(wěn)定性、改善其機(jī)械強(qiáng)度，防止隔膜收縮而導(dǎo)致的正負(fù)極大面積接觸，還能提高隔膜的耐刺穿能力，防止電池長期循環(huán)工況下鋰枝晶刺穿隔膜引發(fā)的短路。同時(shí)，涂覆工藝有利于增強(qiáng)隔膜的保液性和浸潤性，從而延長電池循環(huán)壽命。

涂覆材料可以分為無機(jī)和有機(jī)兩種，無機(jī)材料主要有陶瓷（勃姆石、氧化鋁），有機(jī)材料主要有PVDF、芳綸等。無機(jī)材料的主要優(yōu)勢(shì)在于技術(shù)更為成熟，生產(chǎn)成本更低，性價(jià)比高，經(jīng)濟(jì)性較有機(jī)涂覆有明顯優(yōu)勢(shì)；有機(jī)涂覆大的優(yōu)勢(shì)就是產(chǎn)品性能好，但價(jià)格昂貴。

目前濕法隔膜一般均采用涂覆方案，隨著濕法4μm、4.5μm等更薄濕法隔膜新技術(shù)突破，出于性能提升以及安全性考慮，涂覆應(yīng)用有望增加。干法隔膜為提升機(jī)械強(qiáng)度也逐漸開始使用涂覆方案，隨著12μm干法單拉隔膜應(yīng)用增加，10μm干法單拉隔膜應(yīng)用加速，干法涂覆隔膜滲透率不斷提升。下面主要就芳綸作為涂覆材料進(jìn)行介紹。

Part.2

芳綸的優(yōu)勢(shì)

芳綸是一種芳香族聚酰胺，膜結(jié)構(gòu)多孔且內(nèi)部互相連通，涂覆在隔膜可使鋰離子在其中傳輸通暢。隔膜離子電導(dǎo)率高達(dá)1.51mS˙cm-1，使得隔膜在電解液中具有較高的潤濕性，使得電池的活化時(shí)間減少，長循環(huán)的穩(wěn)定性顯著提高。它的膜涂覆后性能非常好，涂層很薄，1mu-2mu，而PVDF混涂在2mu以上（PVDF+陶瓷）。芳綸材料耐熱性極好，作為隔膜涂覆可以大幅降低隔膜高溫時(shí)的熱收縮率，避免電池起火隱患，大幅提升安全等級(jí)；此外，芳綸作為高分子有機(jī)物，與電解液的浸潤性極好，且自身抗氧化性強(qiáng)，能夠提升電池的循環(huán)壽命、充電速度，并提高電池的能量密度。芳綸材料自帶粘結(jié)性能，可作為有機(jī)涂覆單獨(dú)使用。

芳綸涂覆使隔膜與電池性能大幅提升。

芳綸涂覆隔膜在熱穩(wěn)定性、浸潤性、電池能量密度等關(guān)鍵指標(biāo)中領(lǐng)先。

Part.3

芳綸的種類

在芳綸中，間位芳綸和對(duì)位芳綸已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)上的差異，兩者性能用途不同且對(duì)應(yīng)到不同下游。

對(duì)位芳綸：具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫等優(yōu)異性能，與碳纖維、高強(qiáng)高模聚乙烯并稱為世界三大高性能纖維。大多用于防彈衣、防割手套等防止機(jī)械損害的方面。

間位芳綸：具備優(yōu)異的耐高溫、阻燃和絕緣性，主要應(yīng)用于高溫防護(hù)服、濾料、電氣設(shè)備等領(lǐng)域。

Part.4

芳綸的市場(chǎng)

參考高工鋰電EVtank的預(yù)測(cè)，2025年全球鋰電出貨量合計(jì)2102GWh，其中動(dòng)力電池1550GWh，儲(chǔ)能鋰電390GWh，消費(fèi)電池162GWh，按照中材科技的公告，單GWh動(dòng)力電池需要隔膜1500萬平米，2025年全球的隔膜需求量達(dá)到315億平米，按照涂覆隔膜滲透率70%極端，對(duì)應(yīng)市場(chǎng)空間是221億平米，假設(shè)2025年單面涂覆和雙面涂覆市長率40%，均價(jià)在4元/平米，保守按芳綸涂覆在涂覆隔膜滲透率5%測(cè)算，對(duì)應(yīng)2025年的芳綸需求4767噸，對(duì)應(yīng)市場(chǎng)空間44億元；按照10%測(cè)算，對(duì)應(yīng)2025年的芳綸需求為9534噸，對(duì)應(yīng)市場(chǎng)空間88億元。

全球鋰電裝機(jī)帶動(dòng)芳綸涂覆需求測(cè)算：

Part.5

主要龍頭

新材于1999、2004年分別啟動(dòng)間位芳綸、對(duì)位芳綸研發(fā)工作，歷經(jīng)多年研發(fā)的產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)，終于2004、2011年實(shí)現(xiàn)間位芳綸、對(duì)位芳綸產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。2020年公司收購民士達(dá)（芳綸紙企業(yè)），將產(chǎn)業(yè)鏈向下游延伸。

建設(shè)3000萬平米/年的中試線項(xiàng)目，計(jì)劃2023年上半年有產(chǎn)品放出。公司在現(xiàn)有產(chǎn)能6000噸對(duì)位芳綸，1.7萬噸間位芳綸的基礎(chǔ)上，布局2025年實(shí)現(xiàn)2.15萬噸對(duì)位芳綸，間位芳綸2萬噸。實(shí)現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)，進(jìn)一步降低芳綸做涂覆膜的成本，相應(yīng)下游的需求。

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