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云母制品在下游新能源汽車(chē)及電池儲能行業(yè)的運用
(1)新能源汽車(chē)行業(yè)
云母制品在新能源汽車(chē)行業(yè)中主要作為動(dòng)力電池熱失控防護材料使用。近年來(lái)在全球新能源汽車(chē)行業(yè)快速發(fā)展的背景下,動(dòng)力電池作為新能源汽車(chē)的核心部件其性能也不斷提升,電池能量密度逐步提升成為總體趨勢。
隨著(zhù)電池能量密度提升,電池熱失控引發(fā)起火爆炸的安全性問(wèn)題成為新能源汽車(chē)廠(chǎng)商亟待解決的重要技術(shù)挑戰。為提升新能源汽車(chē)安全防護水平,我國 2021 年 1 月 1 日起開(kāi)始執行《GB 38031-2020 電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力蓄電池安全要求》,要求電池單體發(fā)生熱失控后,電池系統在 5 分鐘內不起火不爆炸,為乘員預留安全逃生時(shí)間。
目前新能源汽車(chē)廠(chǎng)商用于動(dòng)力電池熱失控防護材料主要有氣凝膠氈、阻燃泡棉、云母材料、陶瓷化硅橡膠等。
隔熱泡棉是一種高分子彈性體,具有低硬度高回彈特性,但其不耐高溫,在 120℃左右就會(huì )發(fā)生軟化或較大形變,部分材料燃燒時(shí)會(huì )釋放有毒氣體。目前泡棉主要用于模組間和電芯之間,以及電池包密封。
云母材料一般加工為云母板使用,具有優(yōu)異的耐高溫絕緣性能,在 500℃-1000℃的使用環(huán)境下,仍能保持良好的絕緣性能。云母板具有良好的抗彎強度和硬度,耐酸堿、耐老化,可加工成各種形狀,在高溫下不產(chǎn)生有毒氣體。
云母材料應用于電池熱失控防護具有較長(cháng)的歷史,方案成熟已被行業(yè)內較多企業(yè)使用。目前主要用于模組與模組間及模組與電池蓋之間,隨著(zhù)無(wú)模組化趨勢的發(fā)展,云母材料將應用在電芯與電池蓋間進(jìn)行熱失控防護。
氣凝膠是由膠體粒子相互聚結形成納米多孔網(wǎng)絡(luò )結構,并在孔隙中充滿(mǎn)氣態(tài)分散介質(zhì)的一種高分散固態(tài)材料,具有優(yōu)異的隔熱性能、密度低,但其在高溫環(huán)境下隔熱性能會(huì )下降,有氧環(huán)境下長(cháng)期使用溫度不超過(guò) 650℃;同時(shí)本身強度較低,需要和補強材料復合后成為氣凝膠氈使用。目前主要用于電芯之間。以新能源客車(chē)為代表的部分車(chē)型還設置有防火毯,該材料也以氣凝膠氈復合材料為主。
陶瓷化硅橡膠是以硅橡膠為基體,加入成瓷填料、助熔劑、補強劑等無(wú)機填料,經(jīng)過(guò)硫化制成的硅橡膠基防火復合材料,具有良好的彈性和耐熱性,在600℃-1000℃高溫中可長(cháng)時(shí)間保持結構完整性。陶瓷化硅橡膠材質(zhì)柔軟需要和補強材料復合后使用,陶瓷化硅橡膠復合材料可以用于模組與模組間及模組與電池上蓋板間的熱失控防護。
根據高工產(chǎn)研鋰電研究所(GGII)的測算,2022 年新能源汽車(chē)動(dòng)力電池包上蓋板及電池模組間阻燃隔熱材料使用面積分別為 675 萬(wàn)平米和 671 萬(wàn)平米,云母材料分別占到 83%和 30%,并預測 2025 年電池包上蓋板及電池模組間阻燃隔熱材料使用面積分別為 1,499 萬(wàn)平米和 1,170 萬(wàn)平米,云母材料將分別占到其中的 80%和 45%。
目前國家尚未制定用于新能源汽車(chē)熱失控防護材料的國家標準,為了促進(jìn)相關(guān)材料行業(yè)的發(fā)展,浙江省率先制定了《新能源汽車(chē)用硬質(zhì)金云母板》團體標準(T/ZZB 1722-2020)并于 2020 年 10 月 30 日起實(shí)施
由于新能源汽車(chē)的消費品屬性以及汽車(chē)固有的推重比、車(chē)型等因素,熱失控防護材料需要在阻燃性能、電氣絕緣性能、耐候性、熱傳導性能、機械強度之外,綜合考慮制造成本、使用經(jīng)驗、材料體積重量等因素,云母材料因其高度適配的阻燃絕緣性能和極佳的綜合性能被廣泛應用于新能源汽車(chē)熱失控防護系統。新能源汽車(chē)廠(chǎng)商目前一般采用氣凝膠、泡棉和云母組件整體組合的熱失控防護方案。
根據 EV Tank 和中國汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì )的統計,2022 年全球新能源汽車(chē)銷(xiāo)量達到 1,082.4 萬(wàn)輛同比增長(cháng) 62%,其中我國新能源汽車(chē)銷(xiāo)量達到 688.7 萬(wàn)量同比增長(cháng) 97%。EV Tank 預計 2025 年和 2030 年全球新能源汽車(chē)銷(xiāo)量將達到 2,542萬(wàn)輛和 5,212 萬(wàn)輛,新能源汽車(chē)的滲透率將持續提升并在 2030年超過(guò) 50%。
根據弗若斯特沙利文的研究,2022 年全球新能源汽車(chē)云母材料市場(chǎng)規模為17.30 億元,2017 到 2022 年全球新能源汽車(chē)云母材料市場(chǎng)年均復合增長(cháng)率為86.40%,預測 2023 年到 2027 年該市場(chǎng)年均復合增長(cháng)率為 37.60%,預計 2027年全球新能源汽車(chē)云母材料市場(chǎng)規模約為 104.40 億元。
(2)電池儲能行業(yè)
云母制品在電池儲能領(lǐng)域主要用于儲能電池的阻燃絕緣防護。隨著(zhù)傳統能源向清潔能源轉型成為全球共識,而新能源發(fā)電相較于傳統能源存在不穩定、不均衡的特點(diǎn),從而催生了發(fā)電側和電網(wǎng)側儲能快速增長(cháng)的需求,儲能產(chǎn)品市場(chǎng)發(fā)展潛力巨大。根據 GGII 的預測,2025 年全球儲能電池出貨量將達到 476GWh,2021-2025 年均復合增長(cháng)率超過(guò) 60%;家用儲能市場(chǎng)方面,GGII 預計 2025 年全球裝機規模有望達到 100GWh,較 2021 年增長(cháng)約 14.6倍。
根據弗若斯特沙利文的研究,2022 年全球儲能云母材料市場(chǎng)規模為 1.30 億元,預測 2023 年到 2027 年該市場(chǎng)年均復合增長(cháng)率將為 64.40%,預計 2027 年全球儲能云母材料市場(chǎng)將達到 19.20億元。