復(fù)合銅/鋁箔作為極具潛力的新型集流體材料，因具備高安全、長(zhǎng)壽命、低成本、強(qiáng)兼容等突出優(yōu)勢(shì)，成為產(chǎn)業(yè)關(guān)注度最高的熱點(diǎn)之一。數(shù)據(jù)顯示，2025年國(guó)內(nèi)復(fù)合集流體市場(chǎng)規(guī)模有望突破290億元，2030年復(fù)合銅箔最大市場(chǎng)替代空間超400億平方米，2023～2024年有望批量商業(yè)化應(yīng)用。
? ? ? ? ?
圖1 正負(fù)極復(fù)合集流體的結(jié)構(gòu)形態(tài)
為何新型復(fù)合集流體材料會(huì)成為產(chǎn)業(yè)關(guān)注度最高的熱點(diǎn)之一呢？
其一是新能源汽車(chē)及儲(chǔ)能市場(chǎng)的迅猛發(fā)展所致，電動(dòng)汽車(chē)的銅消耗量是傳統(tǒng)燃油車(chē)的4倍多，持續(xù)帶動(dòng)鋰電池的革新和技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新。
其二是在全球新能源汽車(chē)滲透率走高、歐盟燃油車(chē)禁令正式出臺(tái)的背景下，銅箔及銅材的使用量在電氣化轉(zhuǎn)型中的地位始終獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，以及光伏產(chǎn)業(yè)同樣是耗銅產(chǎn)業(yè)，導(dǎo)致銅價(jià)連續(xù)上漲，2023年7月，根據(jù)7月17日的最新價(jià)格，滬銅報(bào)價(jià)已接近7萬(wàn)元/噸。
其三鋰電復(fù)合銅箔因減少耗銅量、降低原料成本的突出優(yōu)勢(shì)，疊加電池安全性剛需，熱度持續(xù)高漲。復(fù)合銅箔較傳統(tǒng)銅箔能夠減少 2/3 的金屬銅使用，大規(guī)模量產(chǎn)后有望降低40%的制造成本。同時(shí)由于復(fù)合銅箔的箔材用量相對(duì)傳統(tǒng)銅箔減重達(dá)58%，由此帶來(lái)能量密度的提升。
復(fù)合集流體作為一種材料創(chuàng)新，能夠在短路時(shí)起到保險(xiǎn)絲的作用，率先攻克了高鎳三元電池內(nèi)短路引發(fā)熱失控的安全痛點(diǎn)。
當(dāng)前復(fù)合集流體的工藝難點(diǎn)主要是高端的鍍膜設(shè)備與基膜，首先我們來(lái)了解一下基膜，國(guó)內(nèi)復(fù)合集流體的基膜主要用PET、PP、PI等，主要采用PET材料，但是以PET為基膜做的復(fù)合集流體有很多弊端，其中主要的就是造成熱損傷，蒸發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生的高溫及蒸發(fā)材料對(duì)處于鍍膜主輥冷卻保護(hù)范圍之外的柔性薄膜造成熱損傷，起皺，斷膜。PI的成本過(guò)高，其市場(chǎng)價(jià)格在40萬(wàn)-60萬(wàn)元/噸，在實(shí)際應(yīng)用中性加比較低。其次就是PET基膜的機(jī)械強(qiáng)度及耐溫、耐酸堿方面在應(yīng)用過(guò)程的安全隱患問(wèn)題還有待商榷，期望我國(guó)可以在此賽道彎道超車(chē)，但是少走彎路才是硬道理。
是否有性價(jià)比較高，同時(shí)性能又比較優(yōu)異的薄膜呢，下面我就探討解析一下特種工程塑料薄膜領(lǐng)域的將才聚苯硫醚薄膜。聚苯硫醚薄膜的研究始于1980年，日本東麗公司因注意到PPS的優(yōu)異特性，開(kāi)始進(jìn)行膜的研究, 并于1987年達(dá)到了工業(yè)化的生產(chǎn)水平。
聚苯硫醚薄膜是一種性能優(yōu)良的F級(jí)絕緣膜，同時(shí)它的熱穩(wěn)定性、電氣性能、耐化學(xué)性和抗水解性等方面都比較優(yōu)異。
聚苯硫醚薄膜的吸濕膨脹系數(shù)：水份對(duì)PPS膜的影響極小，其吸濕膨脹系數(shù)比其它的功能膜要小，作為跟圖像、磁性記錄等有關(guān)的基膜材料，尺寸穩(wěn)定性是極為合適的。
圖4 不同材質(zhì)的薄膜在不同介質(zhì)中的尺寸穩(wěn)定性
聚苯硫醚薄膜的熱穩(wěn)定性：厚度在2微米以上的聚苯硫醚薄膜可以長(zhǎng)期工作在160℃的溫度下，機(jī)械性能基本無(wú)變化，其本身具有阻燃性，聚苯硫醚原材料本身的阻燃性就能達(dá)到V-0級(jí)材料。聚苯硫醚薄膜具有較好的高溫短期耐熱性，對(duì)于較短的時(shí)間，聚苯硫醚薄膜能夠承受更高的溫度，在230℃-260℃下加熱1h前后可根據(jù)圖5所示可以看到，聚苯硫醚薄膜機(jī)械性能沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的降低，先天就有比較優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。
聚苯硫醚薄膜的耐水解性：在水分存在下聚苯硫醚薄膜在高溫下的劣化速率也同干燥環(huán)境是一樣的。而在干燥條件下比聚苯硫醚薄膜耐熱性高的聚酰亞胺（PI）薄膜卻在高溫水蒸氣作用下表現(xiàn)過(guò)早的劣化。圖6是將三種不同的薄膜放置在155℃的飽和水蒸氣中膜的耐水解性能曲線圖。從圖中可以看出PET薄膜和PI薄膜的機(jī)械性能影響比較大，但是聚苯硫醚薄膜的伸長(zhǎng)率變化很小，保持了相對(duì)持久的穩(wěn)定性能。
聚苯硫醚薄膜的電性能：基本不受溫度和頻率的影響，其介電常數(shù)是3.0，聚苯硫醚薄膜在較寬的溫度和頻率范圍內(nèi)具有超乎尋常的穩(wěn)定性。圖7是溫度和頻率的變化兩種薄膜的電性能對(duì)比曲線。
聚苯硫醚薄膜的耐化學(xué)性能：幾乎在所有溶劑中聚苯硫醚薄膜的拉伸強(qiáng)度都十分穩(wěn)定，除了濃硫酸和硝酸之外。在2-氯萘、二苯醚等特殊溶劑中，也要在200℃以上才開(kāi)始溶解,其耐化學(xué)性僅次于聚四氟乙烯。
圖8 不同化學(xué)試劑下的薄膜拉伸強(qiáng)度
聚苯硫醚薄膜的抗蠕變性能穩(wěn)定：聚苯硫醚薄膜即使經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)期的應(yīng)力作用，它仍表現(xiàn)出較高的尺寸精度。如圖所示為聚苯硫醚薄膜和聚酯薄膜的性能比較。
聚苯硫醚薄膜的其它性能：對(duì)于γ射線和中子射線有很高的耐久性和穩(wěn)定性，是極少數(shù)有機(jī)薄膜材料能用在核反應(yīng)堆和核聚變爐周?chē)摹?/section>
目前全球主要PPS薄膜生產(chǎn)商為菲利普斯、東麗、大日本油墨等，國(guó)內(nèi)目前還未形成量產(chǎn)，大多處于小試、中試階段。PPS薄膜由于行業(yè)技術(shù)壁壘高，國(guó)外對(duì)我國(guó)進(jìn)行了技術(shù)封鎖。據(jù)了解，國(guó)內(nèi)四川中科興業(yè)成立了PPS膜重點(diǎn)工程實(shí)驗(yàn)室，已經(jīng)開(kāi)始了PPS薄膜的研發(fā)工作，取得了一定成果，相對(duì)走在了行業(yè)前面。
由于我國(guó)PPS薄膜研究起步較晚，但隨著近年來(lái)一些大型PPS生產(chǎn)廠家的崛起，許多高校也投入了大量的研發(fā)人員開(kāi)發(fā)PAS類(lèi)薄膜，如四川大學(xué)、電子科技大學(xué)、上海交大等也投入了專門(mén)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)在薄膜領(lǐng)域持續(xù)專研，多年致力于PAS類(lèi)功能膜以及PPS下游細(xì)分市場(chǎng)的產(chǎn)品應(yīng)用開(kāi)發(fā)。
由此可知聚苯硫醚薄膜的優(yōu)點(diǎn)多多，并且在工業(yè)上有著廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景，特別是應(yīng)用與復(fù)合集流體領(lǐng)域是不二的選擇，選擇大于努力，請(qǐng)別讓我們的復(fù)合集流體技術(shù)創(chuàng)新之路越走越遠(yuǎn)。
備注：部分圖片來(lái)自于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請(qǐng)告知?jiǎng)h除
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（鋰電產(chǎn)業(yè)通）：復(fù)合集流體，不要走了彎路！
歡迎關(guān)注艾邦鋰電產(chǎn)業(yè)微信公眾號(hào)；鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈交流、資訊、人脈圈。從正負(fù)極材料生產(chǎn)到涂布，隔膜、電解液、封裝材料到檢測(cè)組裝等這些環(huán)節(jié)涉及的材料、輔材、添加劑、耗材，以及相關(guān)設(shè)備，相關(guān)企業(yè)介紹。
