PET铜/铝箔在动力电池中的应用分析 也不知道谁写的,反正不是我写的,一些行业常识收藏一下,怕找不着,复制发布了1. 简介1.1. 定义PET铜/铝箔是一种以... 

也不知道谁写的,反正不是我写的,一些行业常识收藏一下,怕找不着,复制发布了1.简介

1.1.定义

PET铜/铝箔是一种以聚对苯二甲酸乙二酯(PET)作为导电薄膜,两边分别以铜/铝箔为镀层的夹层状动力电池集流体材料。图表:PET铜/铝箔示意图

1.2.工艺简介

与传统箔材的制造工艺不同。传统的铝箔和铜箔主要是由辊压或电解工艺生产得到;电镀铜/铝箔是在厚度2μm的塑料薄膜表面采用磁控溅射和真空蒸镀的方式,制作一层50-80nm的金属层,然后通过水电镀的方式,将金属层加厚到1μm,制作总厚度在4μm的复合金属箔,用以代替6-9μm的电解金属箔。

1.3.创新点

增强安全性,提升能量密度:复合金属箔中间导电薄膜具有阻燃结构,提高电池安全性;PET材料较轻,因此PET金属箔整体质量较小,提升了电池的能量密度。

图表:PET复合金属箔结构

2.1.优势

1、提升了安全性

复合金属箔中间的PET层和磁控溅射形成的阻燃结构,当发生热失控时可以为电路系统提供无穷大的电阻,从而降低电池燃烧起火爆炸的可能性。

2、提升能量密度

PET材料较轻,因此PET铜箔整体质量较小(相当于把金属箔中间部分换成一层PET),减轻电池的重量,提升了电池的能量密度。

3、减少铜箔厚度,降低原材料成本

电镀技术比延展技术得到的材料更薄,PET层减少了铜/铝箔的用量,降低原材料成本有效应对金属价格上涨。

2.2.劣势

1、生产效率低,增加制造成本

由于磁控和蒸镀的工艺复杂,复合箔的生产效率不及传统箔材,并且需要增加转接焊等新工序,增加了电池的制造成本。

2、存在箔材穿孔问题

金属在磁控和蒸镀过程高温金属熔融物可能飞溅熔穿箔材形成通孔,在电池的生产过程中会引起箔材断带,影响电池生产效率。

3、增大电池内阻,影响输出功率

复合箔的PET和金属存在较大的接触电阻,同时由于阻燃剂等介质的引入,电池的电阻会有所增加,电池功率会小幅下降。

图表:复合箔与传统箔材对比

3.1.传统铜箔

传统铜箔生产工艺可分为电解和延压两种方式,目前主流为电解法,其设备简单、成本更低。

工序如下:

(1)溶铜工序:电解液制备,在特种造液槽罐内,用硫酸、去离子水将铜料制成硫酸铜溶液,为生箔工序提供符合工艺标准的电解液。

(2)生箔工序:在生箔机电解槽中,硫酸铜电解液在直流电的作用下,铜离子获得电子于阴极辊表面电沉积而制成原箔,经过阴极辊的连续转动、酸洗、水洗、烘干、剥离等工序,并将铜箔连续剥离、收卷而形成卷状原箔。

(3)后处理工序:对原箔进行酸洗、有机防氧化等表面处理工序后,使产品质量技术指标符合客户要求。

(4)分切工序:根据客户对于铜箔的品质、幅宽、重量等要求,对铜箔进行分切、检验、包装。

图表:电解铜箔制造工艺

3.2.传统铝箔

与铜箔不同,铝箔主要采用辊压工艺。

将熔炼的铝锭经多次轧制及热处理制成制定的厚度,在精轧后对铝箔进行表面处理,最后分切成锂电厂家需要的尺寸。其中对于铝箔的延伸率是通过轧制压力和热处理工艺实现。

图表:电池铝箔制造工艺

3.3.复合箔

复合箔制备工艺相比传统金属箔更为复杂,蒸镀是生产的核心工序,其次为水电镀。

工序如下:一次蒸镀、一次复合、二次复合+刻蚀、二次蒸镀、填充、三次蒸镀、辊压、水电镀。

蒸镀是生产的核心工序,其次是水电镀。材料的核心结构是通过至少三道磁控溅射和蒸镀来制造。

图表:蒸镀设备(金美新材料)

3.4.金美PET铜箔/铝箔

本实用新型的有益效果是:通过在第二薄膜的圆形孔洞内设置由改性石蜡密封的阻燃剂,当温度到达改性石蜡的软化点时,石蜡从孔洞中融化,阻燃剂从孔洞中释放出来,能够防止电池温度过高而燃烧;第二金属层为锂层,在阻燃剂释放后,也可以增加电池的能量密度。

图表:导电薄膜的制备

根据金美新材料,导电薄膜的制备方法包括以下的步骤:

S10、选取支撑层后,采用真空镀膜设备在支撑层的上、下表面分别镀上第一金属层,为200-300nm的铜层,真空镀膜设备包括磁控溅射装置或者真空蒸镀装置;

S20、在其中一个第一金属层的表面复合第一薄膜,在另一个第一金属层的表面复合第二薄膜;

S30、采用薄膜复合技术在第一薄膜和第二薄膜的表面上复合第三薄膜,在第三薄膜和第二薄膜上蚀刻出多个贯穿的圆形孔洞;

S40、在第三薄膜的外表面和圆形孔洞的内壁上镀上第二金属层,第二金属层为20-100nm的锂层;

S50、复合薄膜的制备,将第三薄膜从第二薄膜上剥离,同时保留镀在第二薄膜的圆形孔洞内壁上的第二金属层;在圆形孔洞内填充阻燃剂,在阻燃剂上填充一层改性石蜡密封;或者,在圆形孔洞内填充阻燃剂,在阻燃剂上填充一层改性石蜡,并在改性石蜡的基础上再填充阻燃剂,再采用改性石蜡密封;得到复合薄膜;

S60、采用真空镀膜技术,在复合薄膜的上、下表面镀上第三金属层,辊压后得到导电薄膜。

所述支撑层10的上表面和下表面均镀有第一金属层101,第一薄膜201和第二薄膜202分别复合在两个第一金属层101的表面上;所述的第一薄膜和第二薄膜上设置有多个贯穿的圆形孔洞204,且圆形孔洞的内壁上镀有横截面呈环形的第二金属层102,第二金属层中心的孔洞内填充有阻燃层301;所述的第一薄膜的外表面和第二薄膜的外表面均镀有第三金属层103。

通过在第二薄膜202的圆形孔洞204内设置由改性石蜡302密封的阻燃剂301,当温度到达改性石蜡302的软化点时,石蜡从孔洞中融化,阻燃剂301从孔洞中释放出来,能够防止电池温度过高而燃烧。第二金属层102为锂层,在阻燃剂301释放后,也可以增加电池的能量密度。另外,在第一薄膜201和第二薄膜202中间增加第一金属层101增加了导电薄膜的导电性能和拉伸强度。

4.1.金美新材料

图表:公司股权结构

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金美新材料董事长制定的公司未来发展的十年规划:一年内将实现MA和MC(新型铜和铝导电膜)产品的真正量产,到2022年达到过亿平米的产量,实现盈利。

5.1.箔材发展复盘

5.1.1.铜箔发展

锂电铜箔正向着更薄、微孔、高抗拉强度和高延伸率方向发展。

铜箔厚度减少:1、可以提升电池能量密度;2、降低成本:虽发展初期加工成本较高,长期是更经济的选择。

目前中国锂电铜箔以6-8μm为主,为提高锂离子电池能量密度,更薄的4.5μm铜箔成为国内主流锂电铜箔生产企业布局的重心。

5.1.2.铝箔发展

铝箔正向更薄、更纯、更均匀、高导电及高延伸率方向发展。

由早期16μm降到12μm,目前国内电池厂商已量产10μm的铝箔。

5.2.国内外对比

薄化技术难点:涂布工艺中过辊时容易断裂、褶皱

2、国内铝箔技术落后于国外

全球动力锂电池铝箔生产厂家主要集中在日本和韩国。

国外以日本的东洋铝业、UACJ和韩国的乐天等为主。

5.3.市场需求

2021铜箔供应紧张,PET铜箔/铝箔有望获得更大的试用机会,打开市场。

图表:2015-2025年中国锂电铜箔出货量及需求预测(单位:万吨,%)

5.4.市场推广方向

从下游电池厂来看,对复合铝箔的需求更加迫切。影响复合铜箔/铝箔进度有两个关键点:安全和成本。该材料的引入可以很大程度解决安全问题,随着三元体系在市场的普及,充电的安全问题成为焦点,电镀铜/铝箔对于高镍三元体系的推广有关键性作用。同时由于其提高能量密度的属性,对于下游整车厂来说是缓解里程焦虑的新方案。

5.5.目前进展

金美新材料一年内将实现MA和MC(新型铜和铝导电膜)产品的真正量产,到2022年达到过亿平米的产量,实现盈利。

THE END
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