復(fù)合鋁/銅箔在主流電池企業(yè)和車企中的滲透率進(jìn)一步提升

摘要

以廣東匯成真空為代表的領(lǐng)先設(shè)備廠商，將推動(dòng)復(fù)合鋁/銅箔在材料結(jié)構(gòu)層面的變革，助力復(fù)合鋁/銅箔在主流電池企業(yè)和車企中的滲透率進(jìn)一步提升，并為鋰電池行業(yè)升級(jí)帶來福音。

2021年，多功能復(fù)合集流體技術(shù)啟動(dòng)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

寧德時(shí)代首創(chuàng)的四維優(yōu)勢(shì)動(dòng)力電池革新技術(shù)以其“高安全、高比能、長(zhǎng)壽命、強(qiáng)兼容”的特點(diǎn)引發(fā)討論，代表了多功能復(fù)合集流體技術(shù)在動(dòng)力電池場(chǎng)景的下的應(yīng)用邏輯。

而此種技術(shù)，也早就延伸到了3C領(lǐng)域。如OPPO便在去年7月發(fā)布了“夾心式安全電池”，采用的是具備五層安全結(jié)構(gòu)的復(fù)合集流體。

以上兩個(gè)案例都基于一種叫“三明治”的復(fù)合集流體創(chuàng)新結(jié)構(gòu)。

自動(dòng)力電池邁入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的階段起，安全性與能量密度之間的博弈就持續(xù)存在。二者難以兼顧的問題甚至成為了動(dòng)力電池行業(yè)的“阿克琉斯之踵”。

一直以來，不論是結(jié)構(gòu)創(chuàng)新還是材料創(chuàng)新，要突破的關(guān)鍵點(diǎn)都是安全性與能量密度的平衡問題。

近兩年來，電池?zé)崾Э貙?dǎo)致的爆炸自燃，引發(fā)了大眾對(duì)新能源汽車的安全焦慮。因此可以兼顧電池性能與安全性的“三明治”式復(fù)合集流體，成為動(dòng)力電池領(lǐng)域的技術(shù)焦點(diǎn)。

高工鋰電了解到，目前代表性的正負(fù)極集流體材料復(fù)合鋁/銅箔，便采用了“三明治”結(jié)構(gòu)：以PET等高分子材質(zhì)作為基礎(chǔ)材料，上下兩面采用先進(jìn)工藝沉積金屬鋁/銅層而制成。這種復(fù)合箔具備四大優(yōu)勢(shì)：

1.高能量密度：高分子有機(jī)材料密度更低，可將復(fù)合集流體的重量降低50%-80%。相對(duì)應(yīng)可提升5-10%的電池能量密度。

2.高安全性：復(fù)合鋁/銅箔所具備的“絕緣基材+輕薄導(dǎo)電層”結(jié)構(gòu)，已通過針刺實(shí)驗(yàn)。在電池內(nèi)短路時(shí)，可通過熔斷、絕緣材料提供較大電阻，短時(shí)間內(nèi)切斷或降低短路電流；電池循環(huán)壽命可提升5%。

3.低成本：與傳統(tǒng)鋁/銅箔相比，復(fù)合箔的鋁/銅厚度減少了66.7%，并且隨著規(guī)?；a(chǎn)成本有望進(jìn)一步降低。

4.對(duì)鋁/銅材價(jià)格敏感度更低：復(fù)合箔原材料成本占比約40%-50%，明顯低于傳統(tǒng)電解鋁/銅箔的78%。

高工鋰電獲悉，國(guó)內(nèi)早期從事復(fù)合集流體產(chǎn)品研發(fā)的廠商廣東匯成真空科技股份有限公司是一家研發(fā)、生產(chǎn)和銷售真空鍍膜設(shè)備、光學(xué)鍍膜設(shè)備、卷繞鍍膜設(shè)備、連續(xù)式磁控濺射鍍膜設(shè)備、半導(dǎo)體PVD設(shè)備等真空應(yīng)用解決方案的國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)。

經(jīng)過多年技術(shù)發(fā)展和經(jīng)驗(yàn)積累，廣東匯成真空具備了完整的真空鍍膜設(shè)備研發(fā)、制造能力以及鍍膜工藝開發(fā)能力，開發(fā)出實(shí)現(xiàn)在爐內(nèi)一次走帶完成在柔性基底雙面制備高質(zhì)量強(qiáng)結(jié)合力的金屬膜層PVD鍍膜設(shè)備。實(shí)現(xiàn)在2.0-4.5微米厚、寬幅600-1700MM的PET等塑料薄膜表面一次完成雙面鍍銅膜，“金屬銅-高分子支撐層-金屬銅”三明治結(jié)構(gòu)，高產(chǎn)能批量化生產(chǎn)，設(shè)備鍍膜走速0.5-30m/min。

超薄復(fù)合鋁箔PVD鍍膜設(shè)備，配備高精度卷繞系統(tǒng)，優(yōu)化卷繞路徑，一次完成雙面鍍鋁膜工藝，低張力控制，基材特殊展平效果。采用雙排、頂夾、多組蒸發(fā)等技術(shù)靈活組合，鍍膜輥專利冷卻技術(shù)和低溫處理工藝，優(yōu)化蒸發(fā)單元結(jié)構(gòu)布局、密集大量蒸發(fā)，保障幅寬方向均勻性高，蒸發(fā)工藝和基材線速穩(wěn)定，保障傳輸方向均勻性高，攻克大規(guī)?？焖僬舭l(fā)沉積厚鋁膜難關(guān)，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)能批量化生產(chǎn)。

2021年8月，廣東匯成真空被國(guó)家工信部授予第三批“專精特新‘小巨人’”企業(yè)稱號(hào)。

由于PET等高分子材料的結(jié)晶度大、極性小、表面能低，會(huì)影響鍍層與基材之間的黏合力，且高分子材料大多為不導(dǎo)電的絕緣體，因此無法直接進(jìn)行電鍍，需要先對(duì)高分子材料進(jìn)行表面處理、活化等，使其表面沉積一層導(dǎo)電的金屬膜，再進(jìn)行電鍍。

此環(huán)節(jié)的關(guān)鍵在于應(yīng)用磁控濺射工藝使高分子材料“金屬化”。具體來說，多以純度為99.999％的銅作為靶材，在PET基膜上進(jìn)行真空納米級(jí)涂層，通過一次或多次轟擊銅靶材，使其沉積在PET基膜表面，濺射形成厚度約為20nm-70nm的金屬銅膜。

但磁控濺射環(huán)節(jié)也常面臨銅膜與聚合物基體的結(jié)合力差、銅膜針孔率高等問題，而且由于常規(guī)磁控濺射技術(shù)的沉積速度慢，造成了產(chǎn)能瓶頸。

而廣東匯成真空的PVD鍍膜設(shè)備，與常規(guī)的磁控濺射技術(shù)相比，具備多個(gè)工藝優(yōu)勢(shì)：

設(shè)計(jì)界面互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高柔性基底與金屬層結(jié)合強(qiáng)度，避免外部擠壓碰撞帶來的銅層大面積脫落，降低電池內(nèi)部短路概率及短路熱量，提高電池安全性能。

提高柔性基底與金屬層的界面結(jié)合強(qiáng)度，避免電池充放電過程中負(fù)極材料體積變化導(dǎo)致的銅膜剝落，保持復(fù)合銅箔界面長(zhǎng)期完整性，降低安全隱患。

調(diào)控鍍膜基材卷繞過程中的恒張力；發(fā)展多電機(jī)恒速度恒張力走膜卷繞傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和智能控制技術(shù)，避免薄膜拉伸變形，提高良品率。

高能量低密度氬離子+低能量高電離度金屬離子技術(shù)，通過降低沉積溫度、提高銅膜結(jié)晶性，提高導(dǎo)電性能，加快磁控濺射的節(jié)拍，顯著提高產(chǎn)能。

低能量高電離度金屬離子沉積致密+高能量低密度氬離子刻蝕致密，降低箔材穿孔風(fēng)險(xiǎn)。

高能量低密度氬離子粗化導(dǎo)電集流體表面，使導(dǎo)電集流體與活性物質(zhì)充分接觸，降低電池內(nèi)阻。

概括來說，廣東匯成真空鍍膜設(shè)備生產(chǎn)的復(fù)合鋁/銅箔，通過鋁/銅膜與PET/PP高結(jié)合以保障電池安全性的同時(shí)，大大提升了電池的導(dǎo)電性能與生產(chǎn)節(jié)拍。

從市場(chǎng)前景來看，目前包括諾德股份、德福科技、金美新材料在內(nèi)的復(fù)合箔材料企業(yè)，都在持續(xù)加大復(fù)合箔的研發(fā)力度。

受益于行業(yè)增長(zhǎng)需求，到2025年國(guó)內(nèi)復(fù)合鋁/銅箔設(shè)備市場(chǎng)有望達(dá)130億元規(guī)模。早期布局的設(shè)備龍頭有望憑借先發(fā)優(yōu)勢(shì)持續(xù)受益。

可以預(yù)見的是，以廣東匯成真空為代表的領(lǐng)先設(shè)備廠商，將推動(dòng)復(fù)合鋁/銅箔在材料結(jié)構(gòu)層面的變革，助力復(fù)合鋁/銅箔在主流電池企業(yè)和車企中的滲透率進(jìn)一步提升，并為鋰電池行業(yè)升級(jí)帶來福音。

審核編輯 ：李倩