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“復(fù)合銅箔”的前世、技術(shù)現(xiàn)狀與未來

深圳市賽姆烯金科技有限公司 ? 來源:深圳市賽姆烯金科技有限 ? 作者:深圳市賽姆烯金科 ? 2022-12-01 09:22 ? 次閱讀
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《電子銅箔資訊》編者按

向業(yè)界推薦一篇好文。

本文對一類新問世的鋰電池負極集流體用“復(fù)合銅箔"產(chǎn)品及其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景做了深入細致的分析。文章所提出的問題,很有參考價值,也帶給我們更多的深層思考。此文觀點僅代表作者個人。

出于有助于我國鋰電池用電解銅箔及復(fù)合銅箔產(chǎn)業(yè)及市場的發(fā)展,中電材協(xié)電子銅箔材料分會秘書處很提倡對此論題有各種不同看法、觀點的更多論文發(fā)表。

“復(fù)合銅箔”替代“電解銅箔”在鋰離子電池中的應(yīng)用概念在市場上宣傳已有數(shù)年,尤其到今年達到一個前所未有的高度,今年10月,XX鋰電產(chǎn)業(yè)網(wǎng)在深圳“勝利舉辦了動力電池復(fù)合銅箔大會”,把復(fù)合銅箔“應(yīng)用前景”推到新高,所公布的“信息”引起電子銅箔行業(yè)內(nèi)外的相關(guān)利益群體惴惴不安,仿佛在短期內(nèi)就可以實現(xiàn)在鋰電池行業(yè)大規(guī)模應(yīng)用,這樣“場景”會產(chǎn)生嗎?為此本人就“復(fù)合銅箔”的前世、今生與未來做一粗略的研究、分析,供產(chǎn)業(yè)鏈同仁參考,起穩(wěn)定既有行業(yè)次序的作用。

1.復(fù)合銅箔“前世”

1.1 撓性覆銅板生產(chǎn)與命名規(guī)則

覆銅板有七種分類方法,其中按機械剛性劃分為剛性與撓性覆銅板(也可以稱為:柔性覆銅板)。撓性覆銅板具有良好的耐折性能,使之在便攜電子產(chǎn)品中大規(guī)模的應(yīng)用,撓性覆銅板有兩種生產(chǎn)工藝,一種是兩層法,另一種是三層法。兩層法有兩種工藝路線,第一種工藝路線為在絕緣基材上真空鍍膜(真空蒸鍍、磁控濺射鍍、等離子鍍、分子束外延鍍、激光鍍等幾種),形成銅箔層或基礎(chǔ)銅導(dǎo)電層,如形成的銅層厚度滿足目標(biāo)厚度指標(biāo),則無須電解液加厚電鍍,反之則需進行加厚電鍍;另一種工藝系在銅箔毛面刷涂PI膠(或其他種類膠),固化后則成柔性FCCL,該工藝與涂樹脂銅箔(RCC)工藝類似,只是絕緣基材不同而已。三層法生產(chǎn)工藝由金屬箔、絕緣介質(zhì)基片,中間用不同類型的膠粘劑經(jīng)過熱壓粘接而成,系主流FCCL生產(chǎn)方法。

不管是哪種方式生產(chǎn)的FCCL,其結(jié)構(gòu)顯示為金屬與非金屬組成的復(fù)合材料,故一般FCCL中文命名為:XX基X層撓性覆銅(其他金屬亦可)板,如PI基單層撓性覆銅板。該命名較為正規(guī),符合復(fù)合材料命名通用規(guī)則,讓人一目了然。

1.2金屬箔的命名規(guī)則

金屬箔標(biāo)識(命名)起源于印制線路用金屬箔(IPC4562標(biāo)準(zhǔn))標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)對各類金屬箔標(biāo)識(命名)進行規(guī)范,舊版電解銅箔國標(biāo)(GBT5230,2020年前標(biāo)準(zhǔn))對其參照使用,使用時去除其他種類金屬箔,新版電解銅箔國標(biāo)(GBT5230,2020年標(biāo)準(zhǔn))在舊版國標(biāo)基礎(chǔ)上,進一步去除壓延銅箔種類,僅納入5個電解銅箔型號進行規(guī)范;對照IPC印制電路用金屬箔標(biāo)準(zhǔn)、不同版本中國電解銅箔國家標(biāo)準(zhǔn),本人認為IPC標(biāo)準(zhǔn)對金屬箔材標(biāo)識(命名)更具有規(guī)范性、全面性,故此列出金屬箔標(biāo)識(命名)規(guī)則:

規(guī)格單號;金屬類型;工藝類型;箔型號;箔厚度;表面處理;輪廓度;質(zhì)量等級。

標(biāo)識(命名)依序有8個部分組成,可以覆蓋既有印制線路用金屬箔品種及其即將誕生品種標(biāo)識(命名),從標(biāo)識(命名)8個分項內(nèi)容來看,其并未列入絕緣基材組成項,故此我們可以理解為:印制線路用金屬箔就是以電解、壓延工藝生產(chǎn)的,具有不同物理特性(如延伸率、抗拉強度、抗曲繞、粗糙度、厚度)、耐化學(xué)特性(耐儲存與高溫氧化能力)、質(zhì)量進行分級的單一金屬為主金屬箔。

1.3“復(fù)合銅箔”名稱的由來

復(fù)合銅箔早期來源于“復(fù)合銅箔膜”,在上世紀(jì)末我國電纜材料工業(yè)出現(xiàn),其由銅箔、聚酯膜、粘結(jié)劑組成,裁成目標(biāo)寬度卷材,纏繞到通信電纜內(nèi)層,起到信纜電磁屏蔽防止信號傳輸失真作用,目前我國電纜材料企業(yè)已就該產(chǎn)品申請多個發(fā)明專利與實用新型專利,從此誕生了我國最早 “復(fù)合銅箔”產(chǎn)業(yè)。

1.4不同內(nèi)含的“復(fù)合銅箔”

隨著我國PCBLED、CCL、FCCL、鋰電池、阻根材料產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,為解決原材料來源多樣化、低成本化問題,上述產(chǎn)業(yè)逐漸開發(fā)、發(fā)明出不同技術(shù)路線、不同技術(shù)指標(biāo)、不同應(yīng)用領(lǐng)域的都以“復(fù)合銅箔”命名的產(chǎn)品,以滿足目標(biāo)領(lǐng)域的產(chǎn)品使用,目前我們看到除鋰離子電池產(chǎn)業(yè)外,這些類“復(fù)合銅箔”均已工業(yè)化生產(chǎn)、使用,可謂是銅加工品內(nèi)單一名稱內(nèi)含最為豐富的產(chǎn)品。

1.5鋰離子電池集流體用“復(fù)合銅箔”

早在本世紀(jì)初,鋰離子電池產(chǎn)業(yè)就在鋰電池制造專利中出現(xiàn)復(fù)合銅箔應(yīng)用概念,為此掀開了鋰電池產(chǎn)業(yè)負極集流體用“復(fù)合銅箔”(或PET銅箔等)關(guān)注熱潮,眾多發(fā)明者參照早期FCCL兩層法制造工藝,申請近數(shù)百項發(fā)明、實用新型專利,與此同時鋰電池企業(yè)申請了涉及鋰電池負極集流體使用“復(fù)合銅箔”專利數(shù)千項,可謂“成果累累”。

1.6企業(yè)、地方、行業(yè)、國家標(biāo)準(zhǔn)目前仍是空白

查詢鋰離子電池用“復(fù)合銅箔”、“PET銅箔”國家、行業(yè)、地方乃至企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),均無所獲,僅能查詢部分產(chǎn)品質(zhì)量特性技術(shù)指標(biāo)值。

根據(jù)上述“復(fù)合銅箔”前世考究,我們大致總結(jié)如下:

(1)“復(fù)合銅箔”是復(fù)合材料,按PCB產(chǎn)業(yè)鏈分工,應(yīng)該屬于FCCL行業(yè);

(2)“復(fù)合銅箔”命名存在瑕疵:基于金屬箔、銅箔、銅及其合金材料的標(biāo)識(命名)規(guī)則,應(yīng)該命名為XX基材雙面撓性覆銅板,當(dāng)然也可以參照“背膠銅箔”命名為“XX基雙面復(fù)合銅箔”,但按PCB產(chǎn)業(yè)鏈傳統(tǒng)來講,“背膠銅箔”屬于FCCL行業(yè);

(3)各級產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本處于空白狀態(tài),生產(chǎn)商、使用(試用)商處于無標(biāo)可依狀態(tài),無法對產(chǎn)品質(zhì)量進行有效的約束,大規(guī)模生產(chǎn)、使用難以產(chǎn)生。

2.復(fù)合銅箔生產(chǎn)、使用的技術(shù)經(jīng)濟難點

2.1生產(chǎn)端面臨技術(shù)、質(zhì)量難點

“復(fù)合銅箔”類比FCCL兩層法進行制造,其第一步的導(dǎo)電層制造主要采用真空磁控制濺射工藝,第二部銅加厚層采用類似于電解銅箔表面處理工藝,兩個步驟雖有參考,可以借助于類似工程、工藝經(jīng)驗,但目標(biāo)產(chǎn)品“復(fù)合銅箔”在衡量指標(biāo)上與借助工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品大相徑庭,故此,應(yīng)該對兩個步驟質(zhì)量“使命”要進行特殊“定義”與分析,基于已選工藝與設(shè)備,我們分析認為目前“復(fù)合銅箔”試制存在以下主要的技術(shù)、質(zhì)量、成本難點。

(1)基材質(zhì)量控制與“預(yù)處理”

目前業(yè)界報到可用多種高分子薄膜作為復(fù)合銅箔基材,據(jù)已知消息,PET膜選擇最為熱衷,最薄厚度已經(jīng)到4μm以下。

從真空濺射原理上認知,基材膜上下表面質(zhì)量瑕疵、全表面張力均一性、膜本身的物理特性等,都將對真空磁控制濺射銅層(導(dǎo)電層)質(zhì)量形成產(chǎn)生影響,故此應(yīng)該建立嚴(yán)格PET原材料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),但到現(xiàn)在為止尚未有基材質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)報道(可能還在試用與商討中);再有即便形成質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn),供給的PET膜質(zhì)量可能還是難以達到表面張力均一、表觀無瑕疵的要求,如無膜清潔處理裝備與工藝,數(shù)十nm厚的無瑕疵真空磁控制濺射鍍層實現(xiàn)是難以想象的。

(2)真空鍍層厚度均勻性與表觀質(zhì)量瑕疵

任何產(chǎn)品金屬鍍層均存在厚度均勻性與表觀質(zhì)量瑕疵問題,真空磁控制濺射鍍層工藝也不例外,其小面積靜態(tài)真空磁控制濺射鍍層質(zhì)量或許表現(xiàn)結(jié)果較好,當(dāng)大幅寬、連續(xù)化生產(chǎn)時會因系統(tǒng)真空度不穩(wěn)定問題、非均勻濺射控制問題、非同步有效送收卷問題、冷卻問題而變得復(fù)雜,任何一方出問題,均會產(chǎn)生料卷上(長度與寬度)非均勻濺射鍍現(xiàn)象,也會出現(xiàn)漏鍍、針孔、打皺現(xiàn)象,加之無厚度、CCD測定裝置對連續(xù)鍍層(對兩面厚度同時測量尚存在技術(shù)難度)進行在線檢測,連續(xù)無瑕疵導(dǎo)電層質(zhì)量目標(biāo)實現(xiàn)難度較大,生產(chǎn)效率也難以提升。

(3)真空鍍層厚度量值及其設(shè)備產(chǎn)能分析

目前業(yè)界已經(jīng)形成導(dǎo)電層厚度“共識”,單側(cè)厚度大約在20~60nm范圍,本人認為該“量值”值得商榷,應(yīng)該研究透導(dǎo)電層增厚過程中“累積”效應(yīng)(導(dǎo)電層增厚對抗剝離強度變化影響、鍍層厚度不均勻變化加大影響)、導(dǎo)電層厚度對后續(xù)工序的合格率、成本、電耗的影響等關(guān)鍵問題,從中優(yōu)化出不同產(chǎn)品銅厚所需最佳導(dǎo)電層銅厚數(shù)據(jù);如無成本、累積效應(yīng)的影響,理論上分析認為均勻的導(dǎo)電層越厚,越有利于第二步產(chǎn)品質(zhì)量形成。據(jù)設(shè)備廠家介紹,真空磁控制濺射機可以以12m/min線速度生產(chǎn)雙面20nm鍍層的中間產(chǎn)品,單機理論產(chǎn)能可以達近800萬m2/a,實際產(chǎn)能為300萬m2/a(合6μm鋰電池銅箔160.5噸),按單位時間濺射能力分析,其面積產(chǎn)能與導(dǎo)電層厚度成反比,考慮到成品率、負荷率、開工率的因素,實際產(chǎn)能可能更低;

(4)可溶性陽極對產(chǎn)品質(zhì)量影響

從業(yè)界公布信息我們看到,加厚鍍銅采用了堿性+酸性鍍銅組合工藝,兩種工藝均選用磷銅球(角)做銅原料--可溶性陽極,該工藝存在陰陽極間距隨著磷銅球(角)溶解加大的固有缺陷,同時存在陽極溶解過程粉末化效應(yīng)影響,如控制不當(dāng),將對鍍層質(zhì)量產(chǎn)生致命影響;

(5)陰陽極平行精度的影響分析

電解銅箔生箔機陰陽極為剛性約束,即便如此,其陰陽極間距同心度只能做到0.2mm,在此精度條件下,其面積質(zhì)量極差也難以做±1%(相對誤差),我們觀察到“復(fù)合銅箔”加厚鍍銅設(shè)備類似于電解銅箔的表面處理機,其陰陽極面皆為“非剛性約束”定位,陰陽極之間平行度、間距存在較大變化,其變化量是生箔機間距1~2個數(shù)量級,預(yù)計其鍍層面積質(zhì)量波動極差可能達±5%以上,甚至更高!

(6)導(dǎo)電輥鍍銅及其影響

表面處理機陰極導(dǎo)電由導(dǎo)電輥承擔(dān),該導(dǎo)電方式就決定其導(dǎo)電輥“鍍銅”不可避免性,即便做導(dǎo)電輥材質(zhì)調(diào)整也無法徹底解決,根據(jù)電解銅箔表面處理經(jīng)驗,我們已知銅箔越薄,受導(dǎo)電輥“鍍銅”影響越大,其生產(chǎn)效率降幅越大、成本升幅越大,如“復(fù)合銅箔”也采用該技術(shù),那就是一個難以逾越“坎”!我們看到用PCB電鍍使用的“導(dǎo)電夾”導(dǎo)電技術(shù)(主要用于靜態(tài)電鍍)可能應(yīng)用到加厚“動態(tài)”鍍銅設(shè)備中,能否達到預(yù)期還是個未知。

(7)單機產(chǎn)能受導(dǎo)電層厚度約束

目前電解銅箔表面處理機在處理12μm銅箔時質(zhì)量可控的最大單槽電流為5000A,合單位銅箔截面積電流傳輸能力極限為300A/mm2,已是安全電流150倍以上,此時線速度在20m/m,箔面在電解液上停留時間小于小于3s(單側(cè),要注意該指標(biāo)的意義?。?,銅箔表面劇烈發(fā)熱,溫度達60度以上,箔面水快速蒸發(fā);比照該條件(以初始導(dǎo)電層厚度60μm計算),加厚鍍銅機第一級電鍍槽電流最高為12μm的1/100,即50A(雙面),最后一級電鍍槽最高電流為12μm的1/6,即1000A(雙面),如加厚電鍍整機按10級鍍銅槽設(shè)置,其整機電鍍電流小于5000A,每小時電鍍銅沉積量大體為5.9kg,約可以形成330平方米2μm的銅鍍層,合1300mm幅寬最大線速度只有4.3m/min(設(shè)備廠商已經(jīng)報道給出7m/min生產(chǎn)速度),即便加到20槽,其最大線速度只有8.6m/min,預(yù)計實際運行電流還將小于理論計算值,實際產(chǎn)能更低;

(8)成品率問題

產(chǎn)品最終成品率是每步工序合格率的乘積,每一步工序過程合格率均對產(chǎn)品成品率產(chǎn)生“貢獻”,表面上“復(fù)合銅箔”生產(chǎn)只有真空鍍、加厚電鍍、分切三道工序,如細分,應(yīng)該還有基材處理、返切,如各級工序合格率為95%,其最終成品率為77%,如各級工序合格率為90%,其最終成品率為59%,從已知工藝設(shè)置、質(zhì)量控制難度預(yù)測,按目前業(yè)界默認(實物質(zhì)量)驗收標(biāo)準(zhǔn),預(yù)計產(chǎn)品成品率在底限區(qū)間,甚至更低!

(9)單位產(chǎn)能投資過高

目前看到了300萬平方米“復(fù)合銅箔”產(chǎn)能需一臺真空磁控制濺射機(報到報價1100萬元)、兩臺加厚鍍銅機(報到報價1200萬元),三臺設(shè)備的報價已達3500萬元,這些還不包含真空系統(tǒng)、電解液儲存系統(tǒng)、質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)、公用工程系統(tǒng)(水、電、氣)、廠房、酸霧凈化、水處理系統(tǒng)、空調(diào)凈化等投資,按其尺寸、功率估算,其未列入項的投資最少也得1500萬元(實際上應(yīng)該更高?。嫌嬐顿Y將達5000萬元,這些投入最多可以生產(chǎn)300萬平方米/年“復(fù)合銅箔”,相當(dāng)于160.5噸6μm鋰電池銅箔面積,而投資同樣產(chǎn)能電解銅箔,最大800萬元(按萬噸鋰電池銅箔產(chǎn)能固定資產(chǎn)投資最高5億元計算),其單位產(chǎn)能投資是鋰電池銅箔625%,目前鋰電池銅箔單位產(chǎn)能年折舊、投資利息大體為合計為12%,合單位產(chǎn)能固定成本約6000元/噸(合0.32元/m2),參照計算,“復(fù)合銅箔”單位固定成本將達合2元/m2,這僅為理想值,如實際產(chǎn)出減小50%,其固定成本將達4元/m2。

(10)變動成本

同樣產(chǎn)能(按面積計)“復(fù)合銅箔”設(shè)備投資是鋰電池銅箔625%,且大多數(shù)為耗能設(shè)備,主要耗能設(shè)備有:主生產(chǎn)設(shè)備、凈化恒溫恒濕設(shè)備、環(huán)保(水供給、處理,廢氣處理,固體廢棄物處理等)設(shè)備等,且主生產(chǎn)均以“高能量態(tài)”(濺射能損、高電流密度傳輸工藝用電能損)運行,其單位銅“沉積量”電耗大大高于電解銅箔(目前電解銅箔噸產(chǎn)品電耗低于8000kwh/t,6μm銅箔合0.43kwh/m2),初步計算,“復(fù)合銅箔”單位面積電耗是6μm電解銅箔1~2倍,預(yù)計單位面積“復(fù)合銅箔”(兩面銅層厚度均為1μm)電耗在0.86~1.29kwh/m2區(qū)間,如電耗管理欠缺與達產(chǎn)率不足其電耗還將上升。

目前生產(chǎn)鋰離子電池用電解銅箔全員勞動生產(chǎn)率在30噸/年水平(按6μm計算),按人均12萬元/年(工資+“五險一金”)人工成本計算,噸均鋰電池銅箔人力成本4000元,合6μm鋰電池銅箔單位面積成本為0.21元/m2。

目前鋰電池銅箔行業(yè)生箔崗位1人最少管理三臺生箔機(DN2700設(shè)備),其面積產(chǎn)能相當(dāng)于5×(一臺真空+2臺加厚鍍銅機)“復(fù)合銅箔”生產(chǎn)設(shè)備的產(chǎn)出,而一臺真空+2臺加厚鍍銅機最少需要6人值機,即該工序生產(chǎn)效率是電解銅箔1/30,考慮到其他崗位“拉平效應(yīng)”,單位面積“復(fù)合銅箔”用工應(yīng)該高于電解銅箔15倍,即單位面積“復(fù)合銅箔”人工成本大體為3.05元/m2。

鋰電銅箔產(chǎn)生的廢箔是循環(huán)利用,按成品率為80%,其僅要付出200kg/t額外溶銅質(zhì)量成本,計算該成本為150元/噸產(chǎn)品,合6um鋰電銅箔廢箔質(zhì)量成本僅為0.008元/m2。而“復(fù)合銅箔”就無法實現(xiàn)循環(huán)使用,其廢箔只能當(dāng)含銅廢料出售處理,按照60%的成品率計算,18700平方米(合6μm鋰電池銅箔1噸)將形成12470平方米報廢,按2μm的銅厚計算,其金屬量為222kg,如廢品按銅價60%計算,18700平方米成品箔將產(chǎn)生40%×70元/kg×222kg=6216元質(zhì)量成本,合單位面積銅報廢質(zhì)量成本為0.33元/m2,遠高于鋰電池銅箔的質(zhì)量成本。

以上僅列出電耗、人工、質(zhì)量三項主要變動成本項,分析得知,同樣的產(chǎn)能(按面積計算),“復(fù)合銅箔”變動成本為4.67元/m2(高限),6μm電解銅箔為0.65元/m2,“復(fù)合銅箔”的變動成本是6μm電解銅箔的7.18倍;

經(jīng)計算,立出項的“復(fù)合銅箔低限”固定成本+變動成本為6.67元/m2,高限成本為8.67元/m2,完全項合并計算,其變動成本還將更高。

2.2使用端面臨技術(shù)難點

本人在2021年年會上發(fā)表了《 鋰離子電池負極集流體應(yīng)用質(zhì)量實質(zhì)研究》論文,該文章從宏觀、微觀角度分析了負極集流體在制造、使用、終端產(chǎn)品動態(tài)、靜態(tài)充放電時的質(zhì)量行為,較全面全面解讀了鋰離子電池用負極集流體應(yīng)該具有的“質(zhì)量性能”,比照該分析邏輯,以下對“復(fù)合銅箔”應(yīng)用面臨的“重點”技術(shù)、質(zhì)量、經(jīng)濟難點進行分析。

(1)單面鍍1μm銅層的“復(fù)合銅箔”可以安全使用到高倍率充放電動力電池中嗎?

依據(jù)內(nèi)阻模型,如用單面鍍1μm銅層的“復(fù)合銅箔”替代6μm鋰電池用電解銅箔使用,以同樣電流進行充放電,其單位時間發(fā)熱將增加三倍,電芯充放電電能內(nèi)損增加三倍,隨充放電倍率提高、電芯加大、電池組加大,熱效應(yīng)愈加明顯,電芯、電池組熱失控風(fēng)險數(shù)倍增加!單面鍍1μm銅層的“復(fù)合銅箔”能否用到較高充放電倍率動力電池做集流體取決于電池散熱與管控技術(shù)進展,目前為止尚未看到突破!

(2)超薄銅層難以逾越負極壓實質(zhì)量關(guān)

為提升鋰電池負極體積能量密度、負極材料與集流體的粘接強度,需對涂覆完成負極卷材進行壓實處理,壓實過程的巨大垂直壓力在“凹凸不平”(微觀層面)負極材料表面上形成“剪切力”,附著在“軟基”PET膜上的1μm銅層,在“剪切力”作用下產(chǎn)生塌陷、斷裂、與基膜分離“概率”大幅度增加,理論上負極材料不平整度越大、銅層越薄,其“剪切力”破壞越大,預(yù)計壓實工序合格率(與用鋰電池銅箔相比)將大幅度降低。

(3)極耳問題

主流電芯負極極耳由負極卷材“留白處”激光切出單極耳,單極耳組合形成陰極極耳,無須焊接;如“復(fù)合銅箔”也采用該方法,其“整極耳”由數(shù)個復(fù)合結(jié)構(gòu)單極耳組成,復(fù)合結(jié)構(gòu)使電流傳輸在厚度方向隔斷,必須附加極耳“截面”導(dǎo)電工序,不知成本幾何?

可能有人認為可以返回焊接極耳工藝,如如此,不但極耳要加倍(兩面均要抽頭),也將面臨在1μm銅層焊接諸多質(zhì)量難題(擊穿、虛焊、脫焊等),總而言之,銅層減薄的“尺寸效應(yīng)”與“復(fù)合結(jié)構(gòu)”給極耳制造帶來新的難題。

(4)基材耐老化、塑性形變性能對產(chǎn)品質(zhì)量影響

PET、PP膜是目前行業(yè)主要選用基材,屬線性高分子材料,為提升該類材料塑性與耐久性,一般會添加增塑劑與抗氧化劑,其長期在紫外線、酸堿鹽、熱環(huán)境時,增塑劑與抗氧化劑就會緩慢分解、消耗,隨時間推移,輕者表現(xiàn)為物理性能衰減,重者表現(xiàn)為斷裂、粉化;再有在外力作用下,會產(chǎn)生“塑性形變”,局部外力產(chǎn)生局部“塑性形變”,重度“塑性形變”將會發(fā)生銅層與基材“脫離”現(xiàn)象,這些都是業(yè)界要充分關(guān)注并要解決問題。

實際上“復(fù)合銅箔”應(yīng)用還存在涂覆、倍率充放電過程面臨高溫、循環(huán)壽命、耐電解液與電解質(zhì)化學(xué)腐蝕難題,鑒于篇幅限制,在此不做過多分析。僅依照以上重點分析,我們大體可以得出:a、單側(cè)1μm銅厚復(fù)合銅箔替代6μm鋰電池銅箔在鋰電池應(yīng)用時,難以實現(xiàn)6μm鋰電池銅箔在鋰電池內(nèi)的“等效目標(biāo)”;b、如使用單側(cè)銅層加厚產(chǎn)品,如單側(cè)銅層厚度2μm產(chǎn)品,或許鋰電池產(chǎn)品性能指標(biāo)離“等效目標(biāo)”更近,但成本幾乎會成倍上升;

2.3“復(fù)合銅箔”產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)面臨技術(shù)難題

(1)產(chǎn)品導(dǎo)電層厚度測量與標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)量值的難題

鋰電池銅箔實驗室測量方法有三種,即稱重法、螺旋測微器法(也稱萬分尺法)、截面顯微測定法,仲裁方法為稱重法;“復(fù)合銅箔”也可以采用類似方法測定,前兩種測量方法測定數(shù)據(jù)是“三明治層”的復(fù)合總厚度,而非單側(cè)銅的厚度,截面積顯微測定法可以顯示各層的厚度,但其檢測費時、成本是前兩種方法數(shù)十倍,如按目前行業(yè)對鋰電池銅箔厚度檢測頻率,其檢測成本將是數(shù)倍上升。

目前下游行業(yè)對鋰電池銅箔厚度均勻性質(zhì)量指標(biāo)要求已達±2%(相對誤差量值),如以此邏輯對“復(fù)合銅箔”兩側(cè)銅層厚度均勻性量值,其產(chǎn)品合格率將是“零”,預(yù)計放大數(shù)倍指標(biāo)范圍后,其均勻性指標(biāo)合格率方可與鋰電池銅箔行業(yè)表現(xiàn)水平相當(dāng),如如此,該指標(biāo)量值失去“約束”、“滿足下游需求”基本目的,下游行業(yè)難以接受!

(2)產(chǎn)品含鉻量指標(biāo)量值面臨難題

目前鋰電池行業(yè)接受銅箔中含鉻量值≤100PPM,6μm及其以上厚度銅箔達標(biāo)問題不大,厚度6μm以下的銅箔執(zhí)行該指標(biāo)已經(jīng)有困難,已經(jīng)出現(xiàn)較大百分比不合格現(xiàn)象!如對銅層總厚度僅為2μm“復(fù)合銅箔”采用同樣量值(采用鋰電池銅箔普片采用鈍化工藝),并參照執(zhí)行鋰電池銅箔抗氧化與儲存指標(biāo)量值,其含鉻指標(biāo)均將不合格,這是我們必須面臨難題,要么通過工藝進步使含鉻量達標(biāo),要么放寬指標(biāo)量值!

3.“復(fù)合銅箔”未來

基于鋰離子電池用“復(fù)合銅箔”生產(chǎn)工藝、工序質(zhì)量難點與質(zhì)量成本、擬生產(chǎn)成本核算、使用機理、使用質(zhì)量難點與成本、擬使用成本核算、產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)編制與主要技術(shù)指標(biāo)量值難點分析,我們認為以既有工藝(技術(shù)路線)生產(chǎn)、既有鋰電池制造工藝使用的“復(fù)合銅箔”,在技術(shù)、質(zhì)量、安全、成本乃至能量密度上,與鋰電池用電解銅箔不具備技術(shù)、經(jīng)濟競爭的可比性。

對于極小規(guī)模實驗室出品的鋰離子電池用“復(fù)合銅箔”,有可能在下游部分客戶(忽略成本、質(zhì)量焦慮的情況下)中得到研發(fā)試驗應(yīng)用,實驗產(chǎn)品能否以批量交付到終端客戶不得而知。我本人沒有公開層面能獲取的批量應(yīng)用的相關(guān)案例,在此保持謹慎和關(guān)注的態(tài)度。

在下游電芯客戶及終端應(yīng)用客戶對上端供應(yīng)鏈材料逐年降本的基本采購宗旨下,鋰電池用“復(fù)合銅箔”就現(xiàn)狀的技術(shù)而言,且不說能否大規(guī)模生產(chǎn),其目前高于電解鋰電銅箔6倍余的生產(chǎn)成本和近乎10倍余的投資成本,短期內(nèi)代替電解鋰電池銅箔的可能性極小。下游行業(yè)應(yīng)用信息的缺失、產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的不可確定性應(yīng)證了我們今天分析的結(jié)論。

鑒于鋰電池用“復(fù)合銅箔”概念提出并非源于本行業(yè),迄今為止,行業(yè)協(xié)會未組織行業(yè)人士分析、研究“復(fù)合銅箔”替代電解銅箔在鋰離子電池中應(yīng)用的技術(shù)、經(jīng)濟可行性,也沒意識到“復(fù)合銅箔”過渡宣介對電解銅箔行業(yè)可持續(xù)性發(fā)展的影響,基于成員義務(wù)與本人“職業(yè)生涯”技術(shù)積累,花數(shù)天撰寫此文,是基于技術(shù)+生產(chǎn)管理研究與探討,無任何商業(yè)目的,僅為電解銅箔產(chǎn)業(yè)鏈健康發(fā)展服務(wù)。

審核編輯 :李倩

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原文標(biāo)題:“復(fù)合銅箔”的前世、技術(shù)現(xiàn)狀與未來

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