芳纶在锂电隔膜涂覆中的应用

芳纶在锂电隔膜涂覆中的应用

Part.1

隔膜涂覆的介绍

隔膜为锂电池四大主材之一，可分为干法、湿法、涂覆三类隔膜，目前常见的锂离子电池隔膜通常为聚丙烯、聚乙烯或者是两者共同的复合膜。这些材料熔点通常低于170℃，但是当电池因内部或外部原因造成升温时，隔膜会熔融并收缩正负极直接触导致短路，引起电池燃烧、爆炸等意外事故的发生给使用带来安全隐患。而通过涂覆加工处理，可减少一系列事故的发生。

隔膜涂覆行业近年重大的演化趋势，是在在聚烯烃隔膜上（包括干法湿法隔膜）以三氧化二铝和粘结剂以及去离子水混合搅拌为浆料，采用微凹版挤压涂布的方式来在基材隔膜上面做一层或者两面各一层的陶瓷面，厚度为2－4um。

通过涂覆加工处理，不仅可提升隔膜的热稳定性、改善其机械强度，防止隔膜收缩而导致的正负极大面积接触，还能提高隔膜的耐刺穿能力，防止电池长期循环工况下锂枝晶刺穿隔膜引发的短路。同时，涂覆工艺有利于增强隔膜的保液性和浸润性，从而延长电池循环寿命。

涂覆材料可以分为无机和有机两种，无机材料主要有陶瓷（勃姆石、氧化铝），有机材料主要有PVDF、芳纶等。无机材料的主要优势在于技术更为成熟，生产成本更低，性价比高，经济性较有机涂覆有明显优势；有机涂覆大的优势就是产品性能好，但价格昂贵。

目前湿法隔膜一般均采用涂覆方案，随着湿法4μm、4.5μm等更薄湿法隔膜新技术突破，出于性能提升以及安全性考虑，涂覆应用有望增加。干法隔膜为提升机械强度也逐渐开始使用涂覆方案，随着12μm干法单拉隔膜应用增加，10μm干法单拉隔膜应用加速，干法涂覆隔膜渗透率不断提升。下面主要就芳纶作为涂覆材料进行介绍。

Part.2

芳纶的优势

芳纶是一种芳香族聚酰胺，膜结构多孔且内部互相连通，涂覆在隔膜可使锂离子在其中传输通畅。隔膜离子电导率高达1.51mS˙cm-1，使得隔膜在电解液中具有较高的润湿性，使得电池的活化时间减少，长循环的稳定性显著提高。它的膜涂覆后性能非常好，涂层很薄，1mu-2mu，而PVDF混涂在2mu以上（PVDF+陶瓷）。芳纶材料耐热性极好，作为隔膜涂覆可以大幅降低隔膜高温时的热收缩率，避免电池起火隐患，大幅提升安全等级；此外，芳纶作为高分子有机物，与电解液的浸润性极好，且自身抗氧化性强，能够提升电池的循环寿命、充电速度，并提高电池的能量密度。芳纶材料自带粘结性能，可作为有机涂覆单独使用。

芳纶涂覆使隔膜与电池性能大幅提升。

芳纶涂覆隔膜在热稳定性、浸润性、电池能量密度等关键指标中领先。

Part.3

芳纶的种类

在芳纶中，间位芳纶和对位芳纶已经实现工业化生产。因为结构上的差异，两者性能用途不同且对应到不同下游。

对位芳纶：具有高比强度、高比模量、耐高温等优异性能，与碳纤维、高强高模聚乙烯并称为世界三大高性能纤维。大多用于防弹衣、防割手套等防止机械损害的方面。

间位芳纶：具备优异的耐高温、阻燃和绝缘性，主要应用于高温防护服、滤料、电气设备等领域。

Part.4

芳纶的市场

参考高工锂电EVtank的预测，2025年全球锂电出货量合计2102GWh，其中动力电池1550GWh，储能锂电390GWh，消费电池162GWh，按照中材科技的公告，单GWh动力电池需要隔膜1500万平米，2025年全球的隔膜需求量达到315亿平米，按照涂覆隔膜渗透率70%极端，对应市场空间是221亿平米，假设2025年单面涂覆和双面涂覆市长率40%，均价在4元/平米，保守按芳纶涂覆在涂覆隔膜渗透率5%测算，对应2025年的芳纶需求4767吨，对应市场空间44亿元；按照10%测算，对应2025年的芳纶需求为9534吨，对应市场空间88亿元。

全球锂电装机带动芳纶涂覆需求测算：

Part.5

主要龙头

新材于1999、2004年分别启动间位芳纶、对位芳纶研发工作，历经多年研发的产业化攻关，终于2004、2011年实现间位芳纶、对位芳纶产业化生产。2020年公司收购民士达（芳纶纸企业），将产业链向下游延伸。

建设3000万平米/年的中试线项目，计划2023年上半年有产品放出。公司在现有产能6000吨对位芳纶，1.7万吨间位芳纶的基础上，布局2025年实现2.15万吨对位芳纶，间位芳纶2万吨。实现规模效应，进一步降低芳纶做涂覆膜的成本，相应下游的需求。

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