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常见问题

0.01MM镀金铜箔和镀金铝箔铜箔是以PET/PP等高分子材料为基膜、上下两面电镀沉积铜膜,所形成的具有三明治结构的铜箔材料

时间:2023-02-18浏览次数:1133
PET和PP表面特性差异大,影响铜箔性能。由于PET和PP薄膜分属极性和非极性聚合物,表面特性差异大, 这种差异对基材与铜膜之间的结合力有明显影响,从而导致与不同基材相对应的PVD镀膜设备的配置及产 能指标存在很大不同。
    从性能端来看,PP和PET膜各有优势。具体如下:
PET膜:
1)结合力更好、熔点更高、工艺难度较低;
2)抗拉强度更大、原材料成本更低。
PP膜:
1)耐酸碱度更好,在电解液中更稳定;
2)密度更低,可提升的能量密度空间更大。
    PET膜推进较快,当前产业内以PET膜为主,未来预计PP膜与PET膜路线并行。由于工艺难度低,目前 PET膜产业化进度较快,是当前产业内公司的主要选择。而PP膜在磁控溅射中结合力和抗拉强度较弱,目 前仍在改性,预计随着复合箔工艺逐渐成熟,PP膜凭借在电池应用端的优势,被选做复合铜箔基膜的比例 会上升。
    镀膜方式:主流有两步法和三步法,三步法增加蒸镀
    目前复合铜箔的制备方法主要有两步法和三步法,三步法增加真空蒸镀环节:
两步法为磁控溅射+水介质电镀:
1)磁控溅射对高分子膜进行活化。由于PET/PP表面不导电,无法 直接进行电镀,需要先对高分子材料进行表面处理、活化,溅射形成方阻小于2Ω(厚度约为30nm70nm)的金属铜膜;
2)水介质电镀加厚金属层至实现导电功能。在磁控溅射形成基础铜膜后,通 过水介质电镀的方法将两边铜层分别增厚至1µm左右,实现集流体导电的功能,与传统铜箔工艺上 具有相通性。
三步法为磁控溅射+真空蒸镀+水介质电镀:在磁控溅射后增加真空蒸镀环节,目的是提高沉积速度, 真空蒸镀的沉积速度是磁控溅射的3-4倍,可以快速补足薄铜膜到适合电镀的厚度。
    磁控溅射:难点在于防击穿,结合力好但均匀性差
    磁控溅射的工艺难度在于防止基膜击穿。由于PET基膜很薄,仅有4μm,溅射铜原子仅靠动能穿透嵌进去, 基膜很容易被完全打穿,需要找到合适的生产参数、速度、张力控制,做到嵌入高分子却不打穿。 磁控溅射结合力好但均匀性差,是影响复合铜箔良率的关键。磁控溅射工艺的优势在于沉积紧密,铜层与 高分子层结合的好,但是缺点也比较明显,两步法中,一般在磁控溅射环节会损失10%的良率: 表面不均匀,溅射很难去控制每次轰击出来多少个金属原子,会导致表面凹凸不平,影响电池性能; PET基膜非常薄,在进行放/收卷时容易造成薄膜的褶皱,导致薄膜的不平整; 磁控溅射的沉积效率比较低,仅采用磁控溅射镀层成本太高。磁控溅射设备不断迭代,随着线速度和良率不断提升,单台设备产能成正比增长。最初磁控溅射设备的线 速度不足10m/min,目前已经达到20m/min(腾胜2.5代机),未来会继续提升;除此之外,头部厂商磁 控溅射设备的良率已提升至90%,由于线速度和良率的提升,单台磁控溅射设备产能成倍增长。

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传统铜箔:减薄存在理论上限,成本和性能难以兼顾

铜箔作为锂电池负极集流体,主要起到承载负极活性物质+汇集电流的作用。传统铜箔以99%高纯度电解铜为 主要材料,具有导电性强、散热性好、制造成本低等优势,但也存在着质量占比高、原材料成本高等问题: 传统铜箔占锂电池总重量比例约13%,但在电池的充放电过程中并没有提供任何的容量,因此电池质量 能量密度有进一步提升的空间; 当受到穿刺时易内部短路,引起热失控甚至电池自燃,因此存在较严重的安全隐患。

铜箔正向轻薄化发展,以提升能量密度,目前超薄电解铜箔的厚度已经低于4.5μm,从6μm降到4μm,电池 能量密度可以提高5%左右,但理论上存在减薄上限: 铜箔越薄,加工费越高,6微米锂电铜箔的加工费为每吨4万元,而4微米锂电铜箔的加工费至少是每吨6 万元,厚度降低2微米,附加值提升50%。 铜箔做的越薄,越容易断裂,越容易形成尖锐的毛刺,刺穿隔膜造成安全问题。

复合铜箔:打破瓶颈,当下负极集流体新选择

复合铜箔是以PET/PP等高分子材料为基膜、上下两面电镀沉积铜膜,所形成的具有三明治结构的铜箔材料。 其在工艺原理、材料构成、性能特点等方面均与传统铜箔不同。目前主流产品为6-6.5μm的PET铜箔以代替6- 9μm的传统电解铜箔。 复合铜箔打破了传统铜箔瓶颈,兼具高安全性+高能量密度+低成本优势,从理论上或为当下负极集流体较优 解,正在引领新一轮产业趋势。

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PET铜箔有诸多优势,直戳锂电痛点:

一是安全性。安全性是锂电池的重要评估维度。PET铜箔中间为PET或PP有机绝缘层,可以降低锂电池起火或爆炸的风险。

二是成本。铜箔占锂电池成本的比例约8%,是影响锂电池成本的关键材料之一。PET的使用降低了成本高昂的铜箔使用量,成本可以下降约40%,对应整个锂电池降本约3%。

三是能量密度。铜箔占锂电池总重量比例约为13%,也是影响锂电池能量密度的关键材料之一。由于PET的密度比铜更低,PET的使用可以降低锂电池的质量,在厚度不变的情况下,可以减轻质量约60%,进而可以提升锂电池的能量密度。

此外,PET铜箔还被认为具有循环次数、兼容性等方面的优势。

无论安全性,还是成本,亦或能量密度,都是锂电池技术革新的重要方向,这些优势一一戳中锂电行业痛点,难怪大家对PET铜箔充满期待。
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