表6 電池箔的力學性能

●電池箔市場

由于全球新能源車輛行業的高速發展，對鋰電池的需求旺盛拉動了電池鋁箔需求快速上升。筆者認為，在2010年—2030年期間，沒有哪種鋁產品的產量增長速度能比電池鋁箔高。2015年—2025年，鋰電池鋁箔產量的復合增長率可能達25%，如以2015年的產量30kt為基數，那么2025年的產量可能突破280kt，這是非常驚人的數字。1GWh鋰電池用鋁箔約750t。

●電池箔品質

2017年，我國動力電池生產廠家有約160家，生產鋰電池箔的約有70多家。電池箔是一種高技術產品，而且對其品質要求越來越高，我國普通級箔（抗拉強度Rm=150N/mm2～180N/mm2）方面沒有問題，但在生產高強度、高精厚度偏差、高表面品質方面還與發達國家有相當大的差距。

電池箔的力學性能見表6。生產普通電池箔的技術與生產通用0.1mm箔的等同，很平常，但要生產高強度箔卻絕非易事，特別是生產厚度小于0.015mm的箔需要采用特殊工藝，同時需在設備與潤滑方面作一些改進。

310N/mm2這個值是當前1XXX系及8XXX系（AI-Li合金除外）合金箔材能夠達到的最高強度。電池箔的進展不但要求其抗拉強度Rm越來越高，而且其厚度卻反其道而行，已從最初的20μm減薄到8μm，這個減薄過程是一步一步的，歷時20余年，20μm—16μm—15μm—13μm—12μm—10μm—9μm—8μm。再減薄的空間不太大了，因為在減薄的同時，必須同步提高其抗拉強度Rm，否則耐破度不能滿足要求。

不斷地提高對電池箔抗拉強度Rm的要求，是為了減薄箔的厚度，以提高電池的能量密度。目前我國生產的電池箔的抗拉強度Rm都能達到160N/mm2，但要生產Rm≥200N/mm2則需要克服一些困難。

目前，電池箔的最薄厚度已達8μm，再減薄的空間不是太大。另外，有些電池企業要求厚度偏差＜±2%，實際很難達到，因為當前箔軋機的AGC控制系統無法達到這種控制精度。當然，如若對現有的AGC系統加以改造有可能生產出厚差更精細的電池箔。

電池箔對表面品質與切邊品質的要求也比普通箔高。電池箔表面上不允許有直徑＞1mm的麻點，0.5mm～1mm的麻點應＜3個/m2，0.5mm的麻點不允許成片出現＞1mm；暗面不允許有凸點，對于單面光箔，暗面不得有亮點；表面上允許有長度＜5mm的黑油線，但應≤3條/m2；打底起皺長度應≤10m。

切邊品質應高，不得有裂邊與毛刺。在無張力情況下，邊部波峰應≤2mm，斷面鋁粉膠帶法檢測≤25個/（10cm）。

總之，電池箔要求的六要素缺一不可，即：最薄的厚度、最高的強度、最大的表面達因值、最小的厚度偏差、最優的板形、最潔凈的表面。

電池及其鋁箔的新進展

●5分鐘可充滿電的汽車電池

中國億緯鋰能股份有限公司與其合作伙伴以色列斯托多特公司（StoreDot）研制出一種只需5分鐘就能充滿電的鋰電池，這是鋰電池發展歷程上的一次小革命。1月19日，斯托多特公司為新電池的面世舉行推介會，這對電動汽車的發展來說可不是一件小事，電動汽車的充電時間將從目前的幾小時縮短到傳統汽車加油所需的短短幾分鐘。不過目前該電池還不能用于現有的汽車上，還需要一段改進與完善時間，可能要到2025年后才能大規模地生產與應用，因為還有許多工作要做，包括基礎設施方面的建設。

●軋制電池鋁箔的OPTIMILLR軋機

德國阿申巴赫公司（Achenbach）設計制造了一種名為“OPTIMILLR”的4輥不可逆軋機，是一種專用于軋制電池箔的“精準軋機”，其附屬設備如剪切機、厚度控制儀、吹干系統、冷卻潤滑劑噴灑系統、張力控制系統，都是精心設計制造的，達到了前所未有的靈敏度和精確度。冷卻潤滑噴灑系統為阿申巴赫勻速噴灑系統R（Achenbach UniSprayR），帶材軋制時的邊部加熱系統為該公司特有的“熱邊系統”（Hot Edge System，HES），裝有特有的平整度監控器 UniFlatR和自動帶材平整度測量儀OPTIROLL MillFlat，還裝有支撐輥動力可變凸度（DVC，DynamicVariable Crown）監測儀。

為了軋制出完全能滿足六要素的電池箔，應特別注意的是，箔材表面應干干凈凈，不得有殘留軋制油，以確保箔材有良好的可焊性和足夠的達因值。高效的阿申巴赫吹干系統Achenbach UniDryR 能完全做到這一點，不會產生任何帶邊滴油現象。高精縱剪線能確保所切帶材沒有毛刺（bur）、皺紋（wrinkle），有非常好的卷取質量，卷材端面整整齊齊，猶如一層。

制取電池箔的車間應非常潔凈，不但箔材本身應潔凈，車間環境也應無塵。阿申巴赫剪切機之上設有吸塵罩，可達到一級吸塵效果，保證剪切在無塵環境下進行，吸氣氣流均勻無阻，氣流大小適當，確保周圍環境保持最大的潔凈度。

另一個必須進行的工作是應對電池箔質量進行專門的檢查、測量和分析。該項工作不但能保證箔的質量透明度，同時，對生產方與用戶都是非常有益的。該公司為進行此項工作提供了一切工具與檢查手段。

電池外殼

不管是汽車電池還是其它電池都要有個堅實的外殼，以保護電池本身不受損害，維持電池工作正常，這種外殼雖有種種形狀，但是都是用鋁合金1070-O圓片或其它形狀片沖制的。圓片Φ6～220mm，Φ偏差±0.05mm，厚度偏差-0.5～+0.10mm，產品厚度2～25mm，也可以更薄些。1070-O合金有良好的冷沖壓成形性能，實際上是一種常用的工業純鋁，其成分（質量%）：Si0.20、F0.25、Cu0.04、Mn0.03、Mg0.03、Zn0.04、Ti0.03、V0.05，其它雜質單個0.03，Al≥99.70。還可以用3003-O、H14或1050-O、H14合金冷沖制。也有一些公司研制出特殊的外殼合金，如日本聯合鋁業公司的MG212合金，其力學性能比3003、1050合金高得多。

鋰電池的封口鋁材為8021-O、H14、H16、3003-O、H14、1050-O合金。

新電池研發

新電池研發可從兩個方面進行：一是對現行鋰電池進行改進，提高其壽命與續航里程，縮短充電時間，提高鋰的提取效率與降低生產成本；二是研發全新的高效新電池?，F在在這兩個方面都取得了非凡的成就。

●寧德時代公司的超級電池可行駛200萬公里

寧德時代新能源股份有限公司成立于2010年，是世界最大的新能源汽車鋰電池研發與生產者。該公司研制出一種可持續使用16年、行駛總里程可達200萬公里的動力電池，而目前電動汽車電池的使用壽命約8年。該公司還在擴展國際業務，在德國開設的首家國外工廠已于2021年運營。

●日本的低成本高安全電池

如何降低鋰離子電池成本并提高其安全性，是研究人員一直追求的目標。日本科學家堀江英明（Hidiaki Horie）發明出一種比鋰離子電池量產成本低90%的新型電池，同時具有高度的安全性。該研究是用樹脂結構代替電池的金屬內襯電極和液態電解質，從而提高電池安全性并降低生產成本，因此大大簡化與加快了生產進程。

●充電速度比鋰離子電池快60倍的石墨烯電池

澳大利亞布里斯班市的石墨烯制造集團研發出新型的石墨烯鋁離子電池，其充電速度比鋰離子電池快60倍，儲能能力是最佳鋁基電池的3倍。石墨烯具有一系列優異特性：硬度比鉆石還大、韌性比鋼更高、密度僅為鋼的1/200、有較高的導熱率和極佳的導電性、可進行化學反應，形成新的化合物、資源豐富。該公司稱，今年已開始生產用于個人電子產品等較小設備的紐扣式石墨烯鋁離子電池，2024年將生產電動汽車用電池。

●物美價廉的鈉電池

俄羅斯和德國的研究人員發現，可用特殊結構的鈉替代昂貴的稀有金屬鋰制造汽車電池。采用新技術制造的鈉電池比鋰電池的造價低得多，但容量不差分毫。目前，用鈉和石墨烯制成的多層結構電池還處在測試階段，鈉離子電池的成本僅約為鋰離子電池的1/100，因為鈉本身價格低廉、儲量豐富，而其化學性質又表明，可用質輕又低價的鋁代替銅作為電池輔料。鈉電池的缺點是壽命短、放電快，科學家們正在研究針對性的解決方案。

●固態電池

可能在不久的將來，汽車工業還會投入巨資和大量科技力量研發固態電池。因為它的制造成本比鋰電池低60%，而且充電時間短，奉命也長。中國蔚來技術公司已將固態電池的生產安排在今年，全球產銷量最大的日本豐田汽車公司和德國大眾汽車公司把固態電池在其車上的應用計劃安排在2025年，預計其他汽車公司在未來幾年內也會陸續采用此種電池，因為制造和應用固態電池的障礙和技術難點幾乎都已解決。

●室溫液態金屬電池

目前，所有的液態金屬電池的工作溫度都≥240℃，美國德克薩斯大學奧斯汀分?？茖W家開發出一種可在室溫下工作的新型液態電池，兼具固態金屬電池和液態金屬電池優點：能儲存更多的電量、更穩定、更節能、更環保。

●“秒充”電動汽車的量子電池

目前，在用電池的能量密度比碳氫化合物的低得多，所以導致電池續航時間短、充電時間長。韓國基礎科學研究所復雜系統理論物理中心的科學家的研究表明，采用全局操作的量子電池可以實現充電速率成百倍地上升，從而可以實現充電時間縮短到約3min，實現“秒充”。

●美國和歐盟斥巨資研發車載電池

歐盟于早些時候設立30億歐元研究基金推動車載電池項目研發，比利時、芬蘭、法國、德國、意大利、波蘭和瑞典等國家將為這個定于2031年前完成的計劃提供多達32億歐元資金。歐盟委員會稱，預計該項目還將獲得50億歐元的私人投資，共計約將投入112億多歐元用于研發車載電池。

結束語

我國是世界上最大的汽車產銷國，2021年，汽車產銷2608.2萬輛和2627.5萬輛；新能源汽車產銷分別達到354.5萬輛和352.1萬輛，分別約占全球產銷量的60%。我國已成為名副其實的電動汽車“世界工廠”。在世界10大車載電池生產公司中，我國占半數之多，也已成為車載電池“老大”。寧德時代新能源科技有限公司是世界第一大電池制造企業。我國在電動汽車及電池出口方面也是世界領軍者。2021年，我國電動汽車出口量遠遠超過排名第二的德國。我國電動汽車品種多、價格合理、設計時尚，并且擁有產業聚集優勢，在全球的影響力正在迅速擴大，正在歐洲、亞洲市場迅速打開銷路，并準備拓展美洲市場。

另外，美國也在斥巨資發展電池生產。據外媒報道，美國政府將撥30多億美元資助電動汽車動力電池制造，特別是大容量電池制造與廢電池回收。近日，美國總統拜登對媒體宣布，美國將在2030年銷售的汽車要有一半是電動汽車。此外，美國基礎設施法還為政府劃撥了數十億美元資金用于購買電動公交車和安裝電動汽車充電裝置。

可見，全球電動汽車電池鋁箔產業龐大的市場正在加速形成，我國企業也將引領全球電動汽車電池鋁箔產業奮進新征程。