近期鋰電銅箔相關(guān)企業(yè)的股票如諾德股份、嘉元科技等都有比較大的回調(diào)，市場(chǎng)上有種傳言說(shuō)，是因?yàn)槌霈F(xiàn)了一種新材料，將會(huì)取代傳統(tǒng)的鋰電銅箔。在這種背景下，銅箔股票殺估值就理所當(dāng)然。今天就和大家一起研究了下這種復(fù)合銅箔新材料及制備技術(shù)。

 

首先來(lái)了解一下傳統(tǒng)用的電解銅箔。電解銅箔通常作為動(dòng)力電池的負(fù)極集流體材料，具有導(dǎo)電性高、質(zhì)地柔軟、抗氧化性和抗腐蝕性高等優(yōu)點(diǎn)。電解銅箔越薄，能量密度就越高。所以目前所有的電解銅箔廠家都向著輕薄的方向發(fā)展。國(guó)外主流動(dòng)力電池企業(yè)一般采用8 μ m銅箔、國(guó)內(nèi)主流動(dòng)力電池企業(yè)采用的是6 μ m銅箔。寧德時(shí)代有少部分動(dòng)力電池則超前采用了4.5 μ m銅箔，諾德和嘉元的4.5 μ m銅箔均是賣給寧德時(shí)代。

雖然電解銅箔擁有技術(shù)成熟度高等眾多優(yōu)勢(shì)，但也存在著一定的使用問(wèn)題。在電池充放電使用過(guò)程中，負(fù)極材料體積會(huì)隨之變化，銅箔不停的處于拉伸-恢復(fù)的過(guò)程，另外由于電解液中殘留 HF 的腐蝕銅箔，銅箔的抗拉強(qiáng)度也會(huì)逐漸降低，引起容量降低性能下降，電阻增加，產(chǎn)熱增加等安全隱患。另外，電池由于枝晶生長(zhǎng)、外力等原因受損引起熱失控后，陰陽(yáng)極室穿透引起熱量瞬間爆發(fā)，而電池爆燃，短時(shí)間內(nèi)引起更大范圍內(nèi)電池組的安全風(fēng)險(xiǎn)。

而今天要說(shuō)的復(fù)合集流體恰恰就很好地改善這個(gè)安全隱患，它就像一個(gè)保險(xiǎn)，針刺后針刺位點(diǎn)迅速斷開，從而保證了電池的安全。下圖中就是針刺測(cè)試，刺穿后電池沒(méi)有冒煙、沒(méi)有著火。

 

那我們就來(lái)介紹一下這種新型的復(fù)合集流體材料：

傳統(tǒng)的銅箔主要是由輥壓或電解工藝生產(chǎn)而成，而復(fù)合銅箔是在基材厚度3-8μm的PET、PP、PI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，表面方阻約為0.5-2歐姆，實(shí)現(xiàn)基材表面金屬化。然后通過(guò)水電鍍?cè)龊竦姆绞?，將金屬層加厚?μm或以上，制作總厚度在5-10μm的復(fù)合銅箔，用以代替4.5-9μm的電解銅箔。

 

 

 

那么復(fù)合銅箔在鋰電池應(yīng)用中有什么優(yōu)勢(shì)呢？小編整理一下，大概有以下幾點(diǎn)：

（1）成本減低：受上游銅價(jià)上漲的影響，目前復(fù)合銅箔的制造成本已與銅箔接近。據(jù)生產(chǎn)廠家反映，若當(dāng)產(chǎn)品良率達(dá)到 80%時(shí)，經(jīng)模型測(cè)算最終成本為 6.42 元/㎡，與 6μm 電解銅箔 6.45 元/㎡的最終成本接近。但未來(lái)隨著設(shè)備良率的進(jìn)一步提升，設(shè)備的不斷改進(jìn)，復(fù)合銅箔有望在成本上具備更大的優(yōu)勢(shì)。

 

（2）能量密度高：由于PET等聚合物材料相對(duì)于銅較輕，如相同厚度和面積的pet復(fù)合銅箔較6μm電解銅箔的質(zhì)量減輕60%以上，從而帶來(lái)電池重量的減輕，傳統(tǒng)純金屬集流體占電池比重達(dá)15%，隨著復(fù)合集流體重量占比降低，電池能量密度實(shí)現(xiàn)提升5%-10%。

 

（3）安全性高：在“點(diǎn)接觸”內(nèi)短路時(shí)，導(dǎo)電層在短路點(diǎn)受力開裂剝離或在短路大電流瞬間熔斷，毫秒內(nèi)切斷短路電流回路；在“點(diǎn)接觸”內(nèi)短路時(shí)，支撐層在短路面受熱熔融收錄形成集流體結(jié)構(gòu)局部坍塌，在熱失控前切斷短路電流回路。

 

（4）壽命長(zhǎng)：高分子材料相比金屬具有低碳型模量，在電池充放電過(guò)程中，吸收極片活性物質(zhì)層鋰離子嵌入脫出產(chǎn)生的膨脹-收縮應(yīng)力，保持極片界面長(zhǎng)期完整性，電池的循環(huán)壽命實(shí)現(xiàn)提升5%。

 

下面來(lái)說(shuō)一下復(fù)合銅箔的制備技術(shù)及對(duì)應(yīng)的加工設(shè)備：

復(fù)合銅箔材料首先是通過(guò)采用一種名為卷繞式真空鍍膜機(jī)的設(shè)備來(lái)制備基礎(chǔ)層的，對(duì)應(yīng)的技術(shù)名為：磁控濺射真空鍍膜技術(shù)，采用這種設(shè)備是先對(duì)有機(jī)薄膜表面進(jìn)行金屬化處理，實(shí)現(xiàn)材料導(dǎo)電并保證膜層具有好的致密度和結(jié)合力。磁控濺射真空鍍膜技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：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。在磁控濺射完成了基礎(chǔ)層之后再將半成品材料拿到水平式水電鍍?cè)O(shè)備上，并通過(guò)水電鍍?cè)龊竦霓k法將銅層增厚至1um左右，就可以實(shí)現(xiàn)材料的導(dǎo)電需求。

目前成熟的量產(chǎn)設(shè)備分別是由廣東騰勝科技創(chuàng)新有限公司研制的卷繞式磁控濺射真空鍍膜設(shè)備以及江蘇昆山東威科技股份有限公司生產(chǎn)的水平式鍍銅線。據(jù)說(shuō)對(duì)應(yīng)的設(shè)備已經(jīng)交付給國(guó)內(nèi)和國(guó)外的知名的鋰電池或其上下游企業(yè)，而且量產(chǎn)的復(fù)合銅箔材料已經(jīng)在國(guó)內(nèi)頭部的鋰電池行業(yè)中得到應(yīng)用。小編了解到廣東騰勝科技公司以及江蘇東威科技公司都是在相應(yīng)的行業(yè)深耕多年，并且在5年前已經(jīng)提前著手研發(fā)復(fù)合銅箔材料的制造裝備及工藝，具有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)沉淀，對(duì)應(yīng)的裝備技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)到國(guó)內(nèi)甚至國(guó)際領(lǐng)先的水平。

     

最后我們?cè)賮?lái)看看傳鋰電行業(yè)上下游企業(yè)對(duì)這種新材料的部署。如諾德股份曾在2021年11月8日在一個(gè)互動(dòng)平臺(tái)活動(dòng)時(shí)表示，公司一直緊跟下游市場(chǎng)的需求對(duì)電池負(fù)極極流體的需求進(jìn)行研發(fā)，PET復(fù)合銅箔是行業(yè)的研發(fā)方向之一。另外有消息指2022年內(nèi)重慶金美公司將實(shí)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(dá)到過(guò)億平米的產(chǎn)量。中金公司最近發(fā)表的一份公司研報(bào)內(nèi)，對(duì)這種材料的市場(chǎng)前景做了預(yù)測(cè)：結(jié)合產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研，中金公司判斷伴隨技術(shù)成熟，滲透率有望加速提升，預(yù)計(jì) 2022-2025 年復(fù)合銅箔工藝滲透率分別有望達(dá)到 3%/7%/13%/23%，對(duì)應(yīng)新增復(fù)合銅箔產(chǎn)能合計(jì)約 188GWh。如下圖表所示：

 

除了寧德時(shí)代之外，日本TDK以及廈門海辰等不少鋰電池企業(yè)也在積極布局復(fù)合集流體材料的制作和應(yīng)用。相信隨著這種新型材料的不斷放量，未來(lái)有望會(huì)在更多的鋰電池企業(yè)內(nèi)得到推廣和應(yīng)用。