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电极的复合集流体|每日观点
2023-07-01 01:05:32 来源:韭研公社

一、什么是复合集流体


(资料图片)

复合集流体为新的技术路径,通过在高分子材料层材料两侧镀一定厚度的铜层,形成“三明治”型的复合结构,目前复合集流体中采用的高分子层厚度一般约4um,上下两层铜层厚度各1um,合计约6um。

中间层选用高分子材料,可选择PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PP(聚丙烯)、PI(聚酰亚胺),复合集流体通过高分子材料的替代部分金属材料,可显著降低集流体的材料成本和重量。

二、复合集流体优势

1、能量密度提升

PET/PP/PI 聚酯材料质量较轻,由于材料密度差异,同厚度的 PET 复合集流体对比传统铜箔减重效果显著,对提高电池能量密度效果明显,从而有利于提升整车的续航里程。铜箔对电池能量密度提升相较于铝箔更明显,复合铜箔单电芯下降 %质量,铝箔下降 %。

2、安全性高

高分子不容易断裂,即便断裂,铜层比传统的更薄,穿刺时产生的毛刺更短,1 微米的镀铜的强度无法达到刺穿隔膜的标准,降低了毛刺穿透隔膜并与电极接触的风险;

PET 等有机层不导电且熔点低,发生局部短路时较易熔断并实现局部电流的点断路,发生大面积短路时 PET 层和阻燃结构可提供无穷大电阻从而有效避免电池热失控。从原理上,铝箔&铜箔在解决内短路基本一致,二者无较大差别。

3、物料成本低

传统铜箔原材料占成本 70%+,降本空间有限。替代的复合材料显著低于金属价格,理论降本空间大。复合铜箔单平成本下降幅度大于铝箔,单平原材料成本下降 2 元以上,铝箔由于原材料&单平质量都低,单平原材料成本下降绝对值较小,幅度在 元/平以上。

4、污染小

传统镀膜工艺有污水、金属废水和挥发物废气,废渣几乎无价值;设备有较大的机械噪声。真空镀膜直接在离子臵换设备中反应无污染,废渣是有价值的金属渣;同时采用新型的药剂体系,规避了氰化物等剧毒物质。抗氧化采用有机抗氧化液,抗氧化直接进行烘干工艺,药剂进行循环使用,避免了金属污染物的排放。

三、复合铜箔最受益

当前锂电池正极和负极分别使用金属铝箔和铜箔作为集流体,其中负极所采用的传统铜箔厚度通常为6um-12um,占电池质量比例约9%,占成本比例约8%-10%。

由于铜材本身密度较大,并且价格相对较高,因此铜箔的轻薄化可有效降低电池质量和成本,为当前集流体创新研发的主流方向。铜箔需要保持一定机械强度,不可能无限减薄,因此复合铜箔成为轻薄化的新思路——可具备存在高安全性,高能量密度以及低成本优势

复合铜箔与传统铜箔工艺对比:

由于复合铝箔只采用蒸镀工艺,其难度相较于复合铜箔是下降的,但普通的蒸镀设备一次只能镀 60nm,镀 1μm 至少要镀 17 次,蒸镀设备投资较高,因此复合铝箔单平折旧成本较高,相较于传统铝箔没有成本优势,主打高端应用。

四、设备最先受益

磁控溅射:设备海外较为先进,国内腾胜领先。磁控溅射是两步法制复合铜箔中的第一步,由于基膜不导电且铜不容易直接沉积,因此需要在基膜上先通过磁控溅射形成纳米级的铜层。设备海外较为先进:海外厂商爱发科、德国莱宝占据真空镀膜较大市场份额。国内广东腾胜已大批量供货,具备客户和产能优势。

广东腾胜 代机性能翻倍。具体进展:磁控溅射设备已出 代机,速度可以达到 20m/min,年产能约 1100 万平/台,对应 1GWh,相比于 2 代机产能提升一倍。客户认证节奏:国内前五电池厂均在使用公司设备打样;双星、东台、中一科技、光腾微纳、胜利精密等已下订单,订单量一般 1-2 台,近期订单 80%以上都是订购 代机。

水电镀设备:东威科技为领头羊。水电镀环节生产速度亟待提升,东威科技是国内唯一能批量化生产 PET 铜箔水电镀设备的厂商。东威科技生产“卷式水平膜材电镀设备”:主要应用于锂电复合铜膜在磁控溅射或真空镀后,在电镀条件下,在 PET、PP 等膜上双面镀一层 1 微米铜金属导电层的生产设备。镀铜采用电镀夹两边夹膜材进行导电,后处理用滚轮辅助传动膜材。设备现阶段主要生产 微米 PET/PP 复合铜箔,PET/PP 复合铜箔具有安全性高、能量密度高、理论成本低等优点,产业化趋势明显。

复合集流体作为锂电池中的新型技术产品,目前国内各家企业正在推进产业化。设备端:东威科技、骄成超声为代表的设备企业均开始供应下游客户。2产品端:重庆金美、厦门海辰、万顺新材、宝明科技以及传统铜箔企业中一科技、嘉元科技、诺德股份等企业均在积极布局复合铜箔的研发及生产。

五、市场空间测算

预计2022-2025年全球电池出货量为776/1093/1502/1938GWh,年增速分别为49%/41%/37%/29%,假设6um复合铜箔单的GWh电池用量为吨。

2025年悲观/中性/乐观情况下6um复合铜箔需求量为。参考当前6um电池级铜箔售价,假设2024年复合铜箔售价为元/平,2025年为元/平。

2025年悲观/中性/乐观情况下6um复合铜箔市场空间为

2025年复合铝箔需求为 亿平,对应市场空间为约 亿元。

从整个市场空间来看,市场并不算太大,但逻辑还是很正的,就是降本增效。

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