復(fù)合銅箔嶄露頭角-鋰電池制造業(yè)的福音

      銅箔和鋁箔是鋰電池的正負極集流體材料，成本占比在15%左右。近年來，電池用銅箔、鋁箔行業(yè)隨著新能源汽車市場飛速發(fā)展而同步起飛。在2014年，國內(nèi)鋰電池出貨量只有30GWh，但到了2020年已經(jīng)達到158.4GWh，6年里翻5倍。同期鋰電銅箔的出貨量從3.1萬噸提升至14.6萬噸，復(fù)合增速高達29%，增長也是接近5倍。有機構(gòu)預(yù)計2025年全球電動車銷量將達到1800萬輛，2021-2025年復(fù)合增速為36%，在此背景下，預(yù)計銅箔到2025年的總需求約為109萬噸，而鋰電鋁箔需求增長同樣是受新能源汽車產(chǎn)業(yè)的拉動，預(yù)計全球電池箔需求量在2025年達到74萬噸，年復(fù)合增速37%。目前鋰電鋁箔平均售價4萬元/噸，據(jù)此測算，2025年電池箔市場空間296億元。


 
       2021年隨著電動車爆發(fā)式增長，銅箔的需求量急劇上升。而通常一條傳統(tǒng)的電解銅箔產(chǎn)線的擴建周期在1-2年。因此，盡管從去年下半年開始，銅箔企業(yè)大幅擴產(chǎn)，但供需缺口持續(xù)存在。供需失衡下，銅箔的加工費持續(xù)漲價，2021年上半年6微米和8微米銅箔加工費漲幅分別超過30%和50%。而鋰電池用鋁箔以“鋁價+加工費”方式進行定價，目前電池箔厚度在8-15μm之間，海外電動力電池和儲能領(lǐng)域的主流鋁箔厚度為15μm ，出口產(chǎn)品加工費2.2-2.6萬元噸；國內(nèi)電池廠對減薄趨勢要求較為積極，動力電池和儲能領(lǐng)域的主流型號為13μm，加工費1.5-1.8萬元。 

      復(fù)合銅箔或鋁箔是一種以聚對苯二甲酸乙二酯(PET)等材質(zhì)作為基礎(chǔ)材料，兩邊分別采用先進工藝沉積金屬銅/鋁層而制成的一種新型材料，目前已經(jīng)有量產(chǎn)產(chǎn)品推向市場，據(jù)電池廠家測試確認，新材料完全可以替代目前的電解銅箔和壓延鋁箔作為鋰電池正負極集流體的作用。

 


新材料制作工藝

      傳統(tǒng)的鋰電銅箔主要是電解工藝生產(chǎn)而成，而復(fù)合銅箔是在基材厚度3-8um的PET或PP等材質(zhì)表面采用磁控濺射的方式，制作一層30-70nm的金屬層，方阻約為0.5-2歐姆，實現(xiàn)基材表面金屬化。然后通過水電鍍增厚的方式，將金屬層加厚到1μm或以上，制作總厚度在5-10um的復(fù)合銅箔，用以代替4.5-9um的電解銅箔。而復(fù)合鋁箔的制作工序則更加簡單，只需要在PET或PP等材質(zhì)的超薄薄膜表面采用真空蒸鍍的方式將金屬鋁層沉積上去就可以完成。由于有機薄膜材料和金屬銅或者鋁等材料的特性有較大的差異，因此如何實現(xiàn)材料間的良好結(jié)合力，并確保好的導(dǎo)電性能以及表面無缺陷等等要求，都是這項工藝技術(shù)的難點。
技術(shù)及設(shè)備

      新型鋰電池復(fù)合集流體材料包括復(fù)合銅箔和復(fù)合鋁箔兩種。其中新型的復(fù)合銅箔材料是通過采用磁控濺射真空鍍膜技術(shù)時對有機薄膜首先進行材料表面金屬化處理，實現(xiàn)材料導(dǎo)電并保證膜層的致密度和結(jié)合力。磁控濺射真空鍍膜技術(shù)優(yōu)點是：具有穩(wěn)定性好、重復(fù)性好、均勻度好、適合大面積鍍膜、膜層致密、結(jié)合力好、工藝靈活度高等。在磁控濺射完成了底層之后再通過水電鍍增厚的辦法將銅層增厚至1um左右，就可以實現(xiàn)負極集流體的導(dǎo)電需求。新型的復(fù)合鋁箔材料則是通過真空蒸鍍的方法直接在有機薄膜表面進行沉積，金屬鋁層的最終厚度在1um左右，以滿足正極集流體的技術(shù)要求。

      據(jù)了解廣東騰勝科技創(chuàng)新有限公司研制出國內(nèi)首臺量產(chǎn)型復(fù)合銅箔的真空鍍膜設(shè)備。這家企業(yè)擁有較強的真空鍍膜技術(shù)與設(shè)備的設(shè)計制造經(jīng)驗，在復(fù)合銅箔、復(fù)合鋁箔材料工藝及裝備上已經(jīng)有多年的技術(shù)積累。設(shè)備已經(jīng)銷售到重慶金美、日本TDK等企業(yè)。據(jù)進一步的了解，國內(nèi)已經(jīng)有另外多家企業(yè)訂購了他們研制的新一代的復(fù)合集流體的真空鍍膜設(shè)備，但出于技術(shù)保密的原因，設(shè)備廠家并沒有透露具體的訂貨廠商。廣東騰勝科技創(chuàng)新有限公司目前也在積極進行產(chǎn)能擴充布局和下一代新型設(shè)備的研發(fā)，以應(yīng)對未來快速增長的市場對設(shè)備的需求。


創(chuàng)新優(yōu)勢

新材料的主要優(yōu)勢包括以下幾點：
1、大幅度提升了安全性。復(fù)合集流體中間的有機絕緣層，當(dāng)發(fā)生熱失控時可以為電路系統(tǒng)提供無窮大的電阻，并且它本身是不燃的，從而降低電池燃燒起火爆炸的可能性，提升電池的安全性。
2、有效提升電池的能量密度，因為PET材料較輕，所以PET銅箔整體質(zhì)量較小（相當(dāng)于把金屬箔中間部分換成一層PET），減輕電池的重量，提升了電池的能量密度。以復(fù)合銅箔為例在總體厚度基本不增加的情況下，比原來的傳統(tǒng)電解銅箔集流體的重量減輕了將近60%。
3、因為減少金屬材料的厚度，因此可以有效降低原材料的成本。以復(fù)合銅箔為例，如果產(chǎn)線能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的連續(xù)生產(chǎn)，制作成本能比傳統(tǒng)的電解銅箔節(jié)省40%左右。具有很大的競爭優(yōu)勢。

市場機會

       隨著鋰電池行業(yè)快速增長的需求，鋰電集流體正向著更薄、高抗拉強度、高延伸率和更低的成本的方向發(fā)展。由于復(fù)合集流體材料可以提升電池能量密度、提高電池的安全性并有效降低成本，使得復(fù)合集流體有可能在不久的將來逐步替代金屬集流體而成為鋰電集流體的主要材料。
2022年隨著銅箔、鋁箔供應(yīng)的持續(xù)緊張，金屬材料的價格可能會繼續(xù)上漲。復(fù)合集流體有望獲得更大的使用機會，并迅速打開市場。
目前國內(nèi)已經(jīng)有多家電池頭部企業(yè)提前進行新材料的布局。比如重慶金美，目前就是寧德時代的復(fù)合集流體材料供應(yīng)商之一。在2022年內(nèi)重慶金美預(yù)計將實現(xiàn)PET復(fù)合集流體新材料的快速放量，目標(biāo)是到年底能夠達到過億平米的產(chǎn)量。日本TDK公司以及廈門海辰公司等鋰電池生產(chǎn)企業(yè)也在積極布局復(fù)合集流體材料的制作和應(yīng)用。傳統(tǒng)電解銅箔的主要生產(chǎn)廠家之一的諾德股份也曾經(jīng)在公開場合透露了公司正在推動復(fù)合銅箔的新材料的工藝研發(fā)和測試，并且已經(jīng)可以進行小批量的樣板制作。

總結(jié)

      隨著越來越多的鋰電池及鋰電池上下游廠家關(guān)注復(fù)合集流體這種新材料，以及不斷廠商投入到這個產(chǎn)業(yè)，未來幾年鋰電池集流體產(chǎn)業(yè)格局有可能會發(fā)生重大的變化。這種復(fù)合集流體新型材料有望成為鋰電池產(chǎn)業(yè)未來幾年內(nèi)的一個重要的關(guān)注焦點，也必將引起更多投資機構(gòu)以及企業(yè)的關(guān)注。新型復(fù)合集流體材料未來的發(fā)展非常值得期待。