锂离子电池的集流体是使电池与外部环境不可缺少的桥梁元件。集流体在锂电池中不仅起到承载活性物质的作用,并将电化学反应所产生的电子汇集起来导至外电路,从而实现化学能转化为电能的过程。集流体的质量对电池的容量、倍率性能和长期的稳定性能有着很大的影响。它有利于提高锂离子电池的容量、提升电池的倍率能力,提高效率和循环稳定性。
考虑到集流体是非活性材料,只考虑其导电的作用时,电极应该做到尽可能地薄,但是太薄的集流体会牺牲电池地导电性能以及导热性能,因此在设计集流体时,需要权衡电池的能量以及功率。超纯、高导电率、高强度、高柔韧性和超薄的集流体是未来集流体的发展趋势。
目前商用的正极材料集流体是铝箔,铝箔导电性较好,质量轻,成本低廉,并且在充放电过程中其表面的纯化层壳避免电解液的腐蚀。铝箔主要采用轧制工艺制成。2020年国内电池铝箔出货量为6.1万吨,2021年中国电池铝箔出货量已经超过13万吨,较2020年增长超过一倍。当前中国电池铝箔产能20万吨左右。
负极集流体使用的是铜箔。铜箔具备良好的导电性、柔韧性、机械加工性能、成熟的加工技术、低廉的加工成本,铜箔按制备方法可分为电解铜箔,压延铜箔和复合铜箔。目前市场上锂电池中绝大多数使用的是电解铜箔。压延铜箔主要用于柔性覆铜板,电子电路板。
复合铜箔质量相对电解铜箔轻,从而可以提升电池能量密度、同时可以提高电池的安全性并降低材料成本,这些优点使得复合铜箔有望成为未来锂电负极集流体的主要材料,复合铜箔核心工艺为磁控溅射和水电镀,生产过程中主要用到大气等离子表面清洗及预处理设备,真空磁控溅射镀膜设备和水电镀设备。
复合铜箔生产工艺图 图源:广东汇成真空
中信证券指出,塑料复合铜箔为新型锂电池负极集流体,对传统电解铜箔替代空间广阔,随产业链技术发展,复合铜箔渗透率有望提升,乐观预计下2025年复合铜箔市场空间有望达290亿元。
为了更好促进行业人士交流,搭建有锂电池铜箔铝箔微信群,包括铜箔,铝箔,原材料等材料企业以及铜箔铝箔生产过程中的设备厂商,欢迎大家申请加入。