复合集流体PETPP铜箔简介–20221122

复合集流体铜箔简介PET/PP一、为什么要用复合集流体PET/PP铜箔替代电解铜箔？ 常见金属和高分子材料密度表材料密度熔点铜8.961083铝2.7660铁7.8-7.91538聚氯乙烯(PVC)1.19-1.35100-260聚对苯二甲酸乙 二醇酯(PET)1.29-1.41>250聚丙烯(PP)0.85-0.992160-170复合集流体性能优、成本低，将逐步替代传统集流体。复合铜箔是一种“三明治结构”的负极集流体材料，其中间的基膜通常为PET或者PP膜，厚度为4.5μm。 在基膜两侧各镀有1μm的铜层。 1、电解铜箔对锂电池的安全性存忧电解铜箔为锂电池负极的关键基础材料，在锂电池中是负极活性物质的载体，也是负极电子的收集体和传导体。 由于具备良好的导电性、柔韧性和机械加工性能，同时加工成本低，工艺成熟，铜箔是锂电池负极材料载体和集流体的首选材料。 在锂电池的制作过程中，负极活性物质由约90%的负极活性物质碳材料、4%-5%的乙炔黑导电剂、6%-7%的粘合剂均匀混合后涂覆于铜箔集流体表面，经过干燥辊压与分切等工序可以制得负极电极，铜箔的性能对于锂电池的性能有很大影响。 根据《电动汽车锂电池内短路诱发热失控的机理研究进展》（范志强），引发电池热失控的主要滥用条件为电滥用（过充电、过放电）、机械滥用 （碰撞、挤压、穿刺、振动）和热滥用（高温下隔膜瓦解），《锂离子电池多点内短路及物理场变化》（陈明彪等）中称，三种滥用条件最终几乎都伴随着正负极材料直接接触导致的内短路，进而引发热失控，因此电池内短路为电池热失控的重要环节。 消费端对于锂电池的最大顾虑是其安全性，而电池自燃是由于发热失控导致的内短路。 传统电解铜箔为纯铜，承载颗粒活性材料、电解液具有流动性、在动力电池装车中需要应对不同的复杂路况，颠簸下造成某个点应力集中，交替反复产生细小裂纹，后发展为断裂，薄膜表面断裂会产生毛刺，有穿透隔膜的风险，造成内短路。 2、复合集流体PET/PP铜箔的好处PP-PET复合铜箔安全性提升，削弱穿刺隔膜影响因素，降低电池内短路风险。内短路诱发原因之一：应力集中下金属薄膜疲劳断裂产生毛刺。 PP-PET复合铜箔在提升电池安全性之外，凭借其低密度，降低集流体重量。PP-PET复合铜箔兼容性较好，能够匹配现有的电池系统。 （1）复合铜箔为铜-高分子-铜复合结构，为以高分子为基材，两侧镀铜的新型铜箔材料。基材选取PET、PP等高分子材料作为基材。 有机高分子材料具备绝缘性和柔韧性，能够满足箔材的卷绕需求。 塑料复合铜箔中内部基材为高分子材料，其抗疲劳能力优异，能够吸收一部分应力，削弱金属薄膜断裂以及锂枝晶对于隔膜穿刺的影响。 磁控溅射：磁控溅射属于物理气相沉积的一种，是电子在电场的作用下，与氩气碰撞后，高能量的氩原子电离后撞击靶材表面，使得靶材发生溅射。 溅射粒子在基片上沉积形成薄膜。 真空蒸镀：真空蒸镀属于物理气相沉积的一种，为在真空条件下，采用一定的加热蒸发方式使得镀膜材料气化，粒子在基材表面沉积凝聚为膜的工艺方式。 水电镀：水电镀为传统电镀工艺，PET/PP等基材在经过磁控溅射后，基材表面沉积一层薄金属层，通过电化学方式实现在溅射金属层-PET基材-溅射金属层复合材料两侧进行金属沉积，增加金属层厚度，降低电阻。 （2）塑料复合铜箔在提升电池安全性之外，凭借其低密度，降低集流体重量。 铜箔占锂电池总重量比例约13%，仅次于正极材料、负极材料和电解液，是影响电池质量能量密度的关键材料。相较于金属材料，高分子有机材料密度低。 在集流体中，采用高分子材料部分替代传统金属集流体，在保证导电层导电性能和集流性能前提下，能够显著减少集流体重量，从而降低电池整体重量，提高电池能量密度。 据比亚迪股份有限公司专利显示，在电池正极片和负极片中应用复合集流体能够提升电池重量能量密度，以3μmPP材料上下镀铜复合集流体替换传统铜箔，在相同厚度下，重量能量密度提升3.3%，正负极均替换为复合集流体则重量能量密度提升6.1%。 以PET复合铜箔为例，若以1μm铜箔+4.5μmPET基材+1μm铜箔复合集流体替代传统6μm电解铜箔，根据密度计算，理论上复合集流体重量相较于传统铜箔降低55%（PET材料密度以1.4g/cm3计算）。 二、复合集流体PET/PP铜箔的市场有多大？ 根据以上两图可得：（1）每GWH锂电池约需用复合铜箔1200万平方米。 （2）每平方米复合铜箔初期约7-8元，大规模生产后约5元每平方米。 （3）2025年约2000GWH的锂电池，市场规模未来1000-1500亿。 （4）渗透率从0-50%，由复合集流体PET/PP铜箔的质量和进度决定。 （5）2022年12月开始实验室送样阶段，2023年年中中试出结果三、PP复合铜箔和PET复合铜箔的比较PP复合铜箔和PET复合铜箔各具优势，静待市场研发与验证情况。 复合铜箔为新型锂电负极集流体材料，相关技术工艺仍旧处于送样-测试-再送样的循环阶段，目前高分子膜真空镀铜的技术仍是产业关键难点。磁控溅射或真空蒸镀温度较高，技术不达标会使得薄膜烧穿孔，影响卷材长度，从而影响下游电池厂商进行量产使用。 复合铜箔相关专利中为全面保障权利，声明采用PET、PP、PVC、PI等高分子材料，然而目前行业内对于塑料复合铜箔的基材选用主要有 PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）和PP（聚丙烯）两种。 东材科技和重庆金美选用PP复合铜箔技术，而双星新材、万顺新材、宝明科技等公司选用PET复合铜箔技术。 两种材料在耐热性、价格与密度上各有千秋，对于行业内的后续发展需要评估选择不同技术路线企业的技术发展水平和产品迭代速度。 PP复合铜箔重量更轻，对于电池重量能量密度的提升更胜一筹。 PP相较于PET来说密度更低，若将PET替换为等厚度的PP，6μmPP复合铜箔材料重量相较于6μm纯铜箔可降低至60%，根据前述内容，PET复合铜箔材料重量可降低至55%，能够进一步提升锂电池的重量能量密度。 四、东材科技与宝明科技等产业链企业东材科技不仅是中游PP-PET基膜生产商，还是PP复合铜箔生产商，当产品完善量产如市场占有率10-20%，市场销售100-150亿，毛利率40-50%，净利率20-30%，该产品新增年利润20-50亿。 （本文参考了中信证券和东方财富相关研报，内部材料，切勿外传）