“鑒于當前鋁塑膜制作工藝的繁復,以及未來鋁塑膜發展的各項需求,鋁塑膜生產過程中的自動化、集成化將成為一種趨勢。”在日前舉行的第七屆動力電池應用國際峰會(CBIS2022)上,江西明冠鋰膜技術有限公司執行董事李成利,在其主題為《集成化工藝在鋁塑膜產業化過程的應用》演講中如是說。
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傳統鋁塑膜工藝現狀
通常來說,某種產品的技術工藝,源于產品本身的結構和特性的需求。李成利介紹,鋁塑膜的結構由四層薄膜AL、PA、PP、PET所組成。因為某些特性的需求,比如鋁箔為了保證復合后的粘結性,在復合工藝之前需要對其進行處理。所以,四層薄膜和鋁箔的處理需要四到五道工序。如果加上后面的固化和分切,鋁塑膜制作至少要七到八道工序才能完成。
之所以造成目前這種工序繁冗的局面,李成利指出,主要是因為鋁塑膜國產化之后,實際上仍都是基于傳統的設備、傳統的工藝,以及周圍相近產品的思路設計的。因此,雖然目前的工藝能滿足現有客戶大部分產品的需求,但是穩定性需要提高。這是目前鋁塑膜工藝的一個現狀。
“在配料段,大部分仍采用半自動化為主的方式,而在涂布段,為了實現鋁箔的脫脂、鈍化過程,大部分采用水洗鈍化工藝”。李成利介紹,從結構來講,四層薄膜都是通過膠黏劑一層一層涂布疊加復合,這種工藝的優點是可依托現有的設備、現有的工藝,打樣周期相對短,便于工藝摸索。但缺點比較明顯,因為四層薄膜需要多層疊構,整個工序反復,加工成本高,勞動強度比較大。
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應用擴展對性能要求提高
鋁塑膜是鋰電池中最后一個仍未大規模國產化的關鍵材料。李成利表示,首先從材料的開發端來看,國產鋁塑膜力爭提升材料的各項指標,使其能夠等同或者超越進口材料,以使得產品具有生命力和競爭力,所以整個開發周期也比較長。
從材料的應用端來看,因為鋁塑膜的國產化時間比較短,所以數據累積并不充分,“實質性進展的速度,并沒有因為國內的短缺而加速”。李成利指出,在保證性能情況下,價格雖然相對于進口材料大幅度下降,但是也不及終端的預期,所以這也制約了鋁塑膜國產化進程。
雖然如此,整體而言國產鋁塑膜的成績還是令人欣喜的?!皻v經幾年的努力,國產化鋁塑膜出現了大的轉變。從咱們的移動電源、儲能,到現在的乘用車等方面都取得了不錯的進展。”李成利說道,同時應用面的拓展對鋁塑膜的性能,也提出了各方面的改進需求,主要是:性能穩定、質量高、滿足定制化的需求、滿足加工性的需求。
李成利表示,從技術上講,鋁塑膜品質的穩定性,源自于材料端和過程端兩方面。選擇合適的材料是保障鋁塑膜性能穩定的基礎。而穩定的材料,同樣需要穩定的制造工藝,穩定的過程和穩定的自動化設備。所以要實現穩定,制造過程的簡單化和設備的集成化,成為了必不可少的條件。
據悉,鋁塑膜是在1999年由日本昭和電工和索尼共同研發的材料,現有的材料結構和技術標準大多都沿用了初期的設計標準。李成利指出,隨著電池應用領域的拓展,包括電池本身安全性設計等需求,使得原有的技術指標需要做進一步的提升。另外在加工制造方面,也需要改進。
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集成化工藝的優勢明顯
集成化制造是鋁塑膜產業化趨勢。為了實現連續化的生產,滿足配料的過程,未來手動操作或者半自動化的方式,逐步將會被全自動的在線配料、自動供料或者是在線監測的方式取代。李成利指出,這既能滿足規模化生產的需求和配料穩定性的需求,在產品的穩定性方面也將會起到很好的保障性作用。
當然,這類設備的缺點也比較明顯,那就是自動化設備的投資成本增加,小批量生產時,物料切換不方便。
“整個鋁塑膜制作工藝的核心是涂布段,鋁塑膜整個集成化的程度就決定了產品的品質?!崩畛衫赋觯?span style="color: rgb(0, 112, 192);">通過工藝集成化后,減少了物料周轉的次數,工藝縮短,重復性加強,能耗減少,勞動強度降低。設備的占地面積也少,效率提高。缺點就是,設備的自動化程度要求很高,單機的投入成本也比較高。
此外,明冠設計了另一套工藝思路,從物料直接向產品的轉變。全面完成了雙面涂布和四層薄膜的疊加工藝。通過全過程的優化,實現了物料和產品的直接轉換,中間沒有物料的周轉,減少了場地和設備投資,降低了整體運營成本。
“鑒于目前鋁塑膜的工藝特點,及電池對鋁塑膜的穩定性及可靠性需求,高度集成將成為未來鋁塑膜工藝的發展方向,通過高度集成后的材料在一致性方面更具有可靠性,電池規?;a的穩定性也定將從中受益”李成利總結。