固态电池将带来新材料体系变革
固态电池与液态结构在结构上有显著差异,核心变化是以固态电解质代替了电解液和隔膜,此外正负极、外包装等配套材料体系也将有所变化。当前固态电池正处在产业化前夕,未来随着固态电池时代到来,对应的新材料体系也将迎来需求端显著增长。
固态电池时代,软包渗透率将大幅提升
当前在液态动力电池领域,主流封装形式是钢壳或铝壳,包括方形和圆柱等。软包封装形式的液态电池主要应用在消费电子,在动力电力的渗透率很低,不足10%。
未来固态电池产业化以后,业内普遍认为最佳封装方案是软包,主要原因包括:
(1)柔韧性匹配。固态电池电解质如氧化物硫化物通常硬度高,柔韧性差,而软包叠片可以避免卷绕产生的机械应力,更适合固态电解质膜的无损封装。
(2)体积变化适应性。固态电池在充放电过程中,锂金属负极或硅基负极会产生较大体积膨胀,软包铝塑膜具有高延展性,而方形或硬壳圆柱容易因内部压力导致结构破裂。
(3)能量密度高。软包重量相较于钢壳铝壳更轻,间接提升能量密度。
(4)安全性强化。固态电池本身无液体电解液,可消除漏液、起火风险,而铝塑膜发生热失控时,仅鼓包而非爆炸。
综上所述,未来固态电池产业化普及后,预计软包封装渗透率将大幅提升。
铝塑膜是固态电池关键材料,需求端将迎来倍增
软包电池的关键封装材料是铝塑膜。相较于钢壳、铝壳或塑料壳等包装材料,铝塑膜具备质量轻、厚度薄、外观设计灵活、高阻隔性、良好热封性能、耐电解液剂强腐蚀性、强延展性、柔韧性和机械强度等特点。在固态电池材料体系中,铝塑膜是重要封装材料,对其综合性能有了更高要求,主要包括:
——硫化物全固态电解质对水分、氧气极为敏感, 因此水氧阻隔成为刚性需求,铝塑膜水蒸气透过率要求低于10⁻⁶ g/m²·d·atm,以保障固态电解质稳定性;
——在封装可靠性上有着更深冲深的封装需求,冲深能力需达8-10mm,并具备优异的耐穿刺性,避免因体积变化导致的封装失效;
——要求极高的耐腐蚀性,内层CPP需能抵抗氢氟酸腐蚀,长期浸泡后粘接力不能衰减,日企产品在电解液中浸泡后粘接力下降率<10%,而国产产品衰减更严重,这是保障长期寿命的重要因素,因此当前高端铝塑膜市场仍以日本产品为主,国产替代空间大;
——铝塑膜封装支持热失控时仅鼓包,其高安全性是匹配固态电池安全理念的优势之一;
——铝塑膜的柔韧性解决了固态电解质脆性的核心痛点,其对叠片工艺的兼容性是固态电池理想的生产方案;
——铝塑膜相比钢壳重量减轻40%、容量提升50%,相比铝壳重量减轻20%、容量提升20-30%,可以有效提升固态电池的能量密度。
当前在液态电池领域,软包电池主要应用于消费电子领域,在动力电池渗透率很低,需求增长有限,导致中低端铝塑膜产能过剩,价格下跌,很多生产线已亏损停产。未来随着固态电池产业化落地,软包封装形式在动力电池领域的渗透率将大幅提升,铝塑膜需求端也将迎来数倍增长,尤其是固态电池专用高端铝塑膜有望出现量价齐升。
高端铝塑膜仍依赖进口,国产替代势在必行
铝塑膜由外层尼龙层、中间铝箔层、内层热封层通过胶粘剂粘合而成,制备工艺较为复杂,主要有干法和热法两种,生产成本高。干法工艺最早由昭和电工研发,采用 PP(聚丙烯)和阻透层中间加胶粘剂直接复合,无需高温处理,优势在于冲深性能好、防短路性能优、外观较好,同时生产工艺简单,缺点是耐电解液和抗水性能不及热法。热法工艺最早是由日本DNP开发,主要将阻透层和PP层之间用MPP(改性聚丙烯)熔融挤出并在一定温度下压合合成,优势在于耐电解液和抗水性能优异,缺点是工艺复杂且稳定性要求高。
目前高端铝塑膜产品仍然由日韩企业主导,包括DNP、昭和电工、溧村化学等,在高端领域市占率超50%。国产高端铝塑膜占比不到 40%,相比于锂电池其他材料 90%以上的自给率,存在行业进口替代空间。
在全固态电池材料体系中,目前电解质、硫化锂、添加剂、新型正负极、集流体等核心材料均已实现国产自主可控,唯有高端铝塑膜环节仍然依赖日韩进口,从产业链安全角度考虑,未来铝塑膜国产替代势在必行。近年来国内铝塑膜企业逐渐在铝塑膜技术上取得显著进展与突破,部分国产高端铝塑膜的性能和可靠性也已经达到与进口产品相当的水平,已实现批量生产。我国全固态电池产业化已加速落地,2026~2027年是重要时间窗口,关键材料环节的国产替代值得重视,国内铝塑膜企业将迎来重要发展机遇。