復合銅箔——新型鋰電負極集流體材料

銅箔在鋰電池中作為負極集流體材料，在電芯成本中占10%左右，傳統(tǒng)銅箔包括壓延銅箔和電解銅箔，目前應用在鋰電池上的主流工藝是電解銅箔。

復合銅箔是一種新工藝，以PET（PP）等高分子材料為基材，上下兩面沉淀金屬銅，制成類似“三明治”的結構，復合銅箔相較于電解銅箔具備安全性和經(jīng)濟性。

銅箔是鋰電池的負極材料載體與集流體

銅箔是鋰離子電池的重要基礎材料，既充當負極活性材料的載體，又充當負極電子收集與傳導體，作用是將電池活性物質產生的電流匯集起來，以產生更大的輸出電流。銅箔具備良好的導電性、柔韌性、抗氧化性、機械加工性能、較成熟的制造技術、較低的成本，成為鋰離子電池負極集流首選。

傳統(tǒng)銅箔：根據(jù)銅箔制備的方法，主要有壓延銅箔和電解銅箔兩種

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1. 壓延銅箔

電池發(fā)明的早期，由于銅箔制備工藝設備技術等的限制，主要使用成本較高的壓延銅箔，壓延銅箔主要是將銅板經(jīng)過多次重復輥軋而制成的原箔，根據(jù)要求進行粗化處理。銅箔軋制工藝參數(shù)控制嚴格，對設備的要求很高，目前主要是日本在生產，少量用于鋰電池上。

2. 電解銅箔

?電解銅箔是指以銅料為主要原料，采用電解法生產的金屬銅箔。將銅料經(jīng)溶解制成硫酸銅溶液，然后在專用電解設備中將硫酸銅液通過直流電電沉積而制成原箔，再對其進行粗化、固化、耐熱層、耐腐蝕層、防氧化層等表面處理，鋰電銅箔主要進行表面有機防氧化處理，最后經(jīng)分切、檢測后制成成品。

電解銅箔制備工藝包括前段溶銅系統(tǒng)、中段生箔系統(tǒng)、后段表面處理和產品分切。

（1）溶銅工序：電解液制備，在特種造液槽罐內，用硫酸、去離子水將銅料制成硫酸銅溶液，為生箔工序提供符合工藝標準的電解液。

（2）生箔工序：在生箔機電解槽中，硫酸銅電解液在直流電的作用下，銅離子獲得電子于陰極輥表面電沉積而制成原箔，經(jīng)過陰極輥的連續(xù)轉動、酸洗、水洗、烘干、剝離等工序，并將銅箔連續(xù)剝離、收卷而形成卷狀原箔。

（3）后處理工序：對原箔進行酸洗、有機防氧化等表面處理工序后，使產品質量技術指標符合客戶要求。

（4）分切工序：根據(jù)客戶對于銅箔的品質、幅寬、重量等要求，對銅箔進行分切、檢驗、包裝。

圖：電解銅箔的制造過程

復合銅箔是一種新型鋰電負極集流體材料

鋰電銅箔研發(fā)的方向和目的是輕薄化、低成本，復合銅箔是重要的研發(fā)方向之一，其結構類似于“三明治”，主要由“銅-高分子-銅”復合而成。具體來看，是以高分子材料基膜為基材，隨后在兩側鍍上金屬銅，以實現(xiàn)降重的目標。

傳統(tǒng)銅箔與復合銅箔生產工藝對比

數(shù)據(jù)來源：Wind，中泰證券研究所，長江證券研究所

復合銅箔具備多重優(yōu)勢

復合型銅膜使集流體在安全性等方面實現(xiàn)顯著提升：高安全、高比容、長壽命、高兼容，低成本。

（1）高安全：消費端對鋰電池的最大顧慮是其不夠安全，電池自燃是由于發(fā)熱失控導致的內短路。復合銅膜對這一問題的解決方法就是高分子不容易斷裂，即便斷裂，1微米的鍍銅的強度無法達到刺穿隔膜的標準，可以實現(xiàn)不刺穿，把內短路的風險規(guī)避掉。

（2）高比容：復合銅箔重量更輕，目前集流體占電池重量的比重是15%，PET/PP技術可以提升5%-10%的電芯能量密度，實現(xiàn)高比容。

（3）長壽命：表面更為均勻，且金融結晶體更容易熱脹冷縮，高分子材料的膨脹率更低，更容易空置，保持表面完整性，提升程度在5%。

（4）高兼容：很多性能可以更高地去進行匹配，比如鋁箔和銅箔都可以應用PET/PP技術。

（5）低成本：傳統(tǒng)鋰電銅箔的成本以直接材料為主，以某上市公司為例，2021年其鋰電銅箔成本中直接材料成本占比為75.3%，而傳統(tǒng)銅箔的材料價格遠高于PET(或PP)材料價格。隨著PET（或PP）復合銅箔工藝的成熟，其生產良率將逐步提升，工藝成熟后PET（或PP）復合銅箔價格將低于傳統(tǒng)銅箔。

圖：銅價高于PET和PP材料價格（元/噸）

數(shù)據(jù)來源：Wind，東?；鹫?/span>

圖：復合銅箔對集流體材料性能提升情況

數(shù)據(jù)來源：重慶金美公司官網(wǎng)，東?；鹫?/span>

資料來源：東?；穑卧萍?/span>，Wind，重慶金美，中泰證券，長江證券等

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