复合铜箔得到各大电池厂及材料厂的追棒

      近期锂电铜箔相关企业的股票如诺德股份、嘉元科技等都有比较大的回调，市场上有种传言说，是因为出现了一种新材料，将会取代传统的锂电铜箔。在这种背景下，铜箔股票杀估值就理所当然。今天就和大家一起研究了下这种复合铜箔新材料及制备技术。

 

首先来了解一下传统用的电解铜箔。电解铜箔通常作为动力电池的负极集流体材料，具有导电性高、质地柔软、抗氧化性和抗腐蚀性高等优点。电解铜箔越薄，能量密度就越高。所以目前所有的电解铜箔厂家都向着轻薄的方向发展。国外主流动力电池企业一般采用8 µ m铜箔、国内主流动力电池企业采用的是6 µ m铜箔。宁德时代有少部分动力电池则超前采用了4.5 µ m铜箔，诺德和嘉元的4.5 µ m铜箔均是卖给宁德时代。

虽然电解铜箔拥有技术成熟度高等众多优势，但也存在着一定的使用问题。在电池充放电使用过程中，负极材料体积会随之变化，铜箔不停的处于拉伸-恢复的过程，另外由于电解液中残留 HF 的腐蚀铜箔，铜箔的抗拉强度也会逐渐降低，引起容量降低性能下降，电阻增加，产热增加等安全隐患。另外，电池由于枝晶生长、外力等原因受损引起热失控后，阴阳极室穿透引起热量瞬间爆发，而电池爆燃，短时间内引起更大范围内电池组的安全风险。

而今天要说的复合集流体恰恰就很好地改善这个安全隐患，它就像一个保险，针刺后针刺位点迅速断开，从而保证了电池的安全。下图中就是针刺测试，刺穿后电池没有冒烟、没有着火。

 

那我们就来介绍一下这种新型的复合集流体材料：

传统的铜箔主要是由辊压或电解工艺生产而成，而复合铜箔是在基材厚度3-8μm的PET、PP、PI等材质表面采用磁控溅射的方式，制作一层30-70nm的金属层，表面方阻约为0.5-2欧姆，实现基材表面金属化。然后通过水电镀增厚的方式，将金属层加厚到1μm或以上，制作总厚度在5-10μm的复合铜箔，用以代替4.5-9μm的电解铜箔。

 

 

 

那么复合铜箔在锂电池应用中有什么优势呢？小编整理一下，大概有以下几点：

（1）成本减低：受上游铜价上涨的影响，目前复合铜箔的制造成本已与铜箔接近。据生产厂家反映，若当产品良率达到 80%时，经模型测算最终成本为 6.42 元/㎡，与 6μm 电解铜箔 6.45 元/㎡的最终成本接近。但未来随着设备良率的进一步提升，设备的不断改进，复合铜箔有望在成本上具备更大的优势。

 

（2）能量密度高：由于PET等聚合物材料相对于铜较轻，如相同厚度和面积的pet复合铜箔较6μm电解铜箔的质量减轻60%以上，从而带来电池重量的减轻，传统纯金属集流体占电池比重达15%，随着复合集流体重量占比降低，电池能量密度实现提升5%-10%。

 

（3）安全性高：在“点接触”内短路时，导电层在短路点受力开裂剥离或在短路大电流瞬间熔断，毫秒内切断短路电流回路；在“点接触”内短路时，支撑层在短路面受热熔融收录形成集流体结构局部坍塌，在热失控前切断短路电流回路。

 

（4）寿命长：高分子材料相比金属具有低碳型模量，在电池充放电过程中，吸收极片活性物质层锂离子嵌入脱出产生的膨胀-收缩应力，保持极片界面长期完整性，电池的循环寿命实现提升5%。

 

下面来说一下复合铜箔的制备技术及对应的加工设备：

复合铜箔材料首先是通过采用一种名为卷绕式真空镀膜机的设备来制备基础层的，对应的技术名为：磁控溅射真空镀膜技术，采用这种设备是先对有机薄膜表面进行金属化处理，实现材料导电并保证膜层具有好的致密度和结合力。磁控溅射真空镀膜技术的优点是：稳定性好、重复性好、均匀度好、适合大面积镀膜、膜层致密、结合力好、工艺灵活度高等。在磁控溅射完成了基础层之后再将半成品材料拿到水平式水电镀设备上，并通过水电镀增厚的办法将铜层增厚至1um左右，就可以实现材料的导电需求。

目前成熟的量产设备分别是由广东腾胜科技创新有限公司研制的卷绕式磁控溅射真空镀膜设备以及江苏昆山东威科技股份有限公司生产的水平式镀铜线。据说对应的设备已经交付给国内和国外的知名的锂电池或其上下游企业，而且量产的复合铜箔材料已经在国内头部的锂电池行业中得到应用。小编了解到广东腾胜科技公司以及江苏东威科技公司都是在相应的行业深耕多年，并且在5年前已经提前着手研发复合铜箔材料的制造装备及工艺，具有相当的技术沉淀，对应的装备技术水平已经达到国内甚至国际领先的水平。

     

最后我们再来看看传锂电行业上下游企业对这种新材料的部署。如诺德股份曾在2021年11月8日在一个互动平台活动时表示，公司一直紧跟下游市场的需求对电池负极极流体的需求进行研发，PET复合铜箔是行业的研发方向之一。另外有消息指2022年内重庆金美公司将实现PET复合集流体新材料的快速放量，目标是到年底能够达到过亿平米的产量。中金公司最近发表的一份公司研报内，对这种材料的市场前景做了预测：结合产业链调研，中金公司判断伴随技术成熟，渗透率有望加速提升，预计 2022-2025 年复合铜箔工艺渗透率分别有望达到 3%/7%/13%/23%，对应新增复合铜箔产能合计约 188GWh。如下图表所示：

 

除了宁德时代之外，日本TDK以及厦门海辰等不少锂电池企业也在积极布局复合集流体材料的制作和应用。相信随着这种新型材料的不断放量，未来有望会在更多的锂电池企业内得到推广和应用。