复合铜箔——新型锂电负极集流体材料

       铜箔在锂电池中作为负极集流体材料，在电芯成本中占10%左右，传统铜箔包括压延铜箔和电解铜箔，目前应用在锂电池上的主流工艺是电解铜箔。

　　复合铜箔是一种新工艺，以PET（PP）等高分子材料为基材，上下两面沉淀金属铜，制成类似“三明治”的结构，复合铜箔相较于电解铜箔具备安全性和经济性。

　　铜箔是锂电池的负极材料载体与集流体。

　　铜箔是锂离子电池的重要基础材料，既充当负极活性材料的载体，又充当负极电子收集与传导体，作用是将电池活性物质产生的电流汇集起来，以产生更大的输出电流。铜箔具备良好的导电性、柔韧性、抗氧化性、机械加工性能、较成熟的制造技术、较低的成本，成为锂离子电池负极集流首选。

　　图：铜箔处于锂离子电池产业链中的位置

　    传统铜箔：根据铜箔制备的方法，主要有压延铜箔和电解铜箔两种。

　　1.压延铜箔：电池发明的早期，由于铜箔制备工艺设备技术等的限制，主要使用成本较高的压延铜箔，压延铜箔主要是将铜板经过多次重复辊轧而制成的原箔，根据要求进行粗化处理。铜箔轧制工艺参数控制严格，对设备的要求很高，目前主要是日本在生产，少量用于锂电池上。

　　2.电解铜箔： 电解铜箔是指以铜料为主要原料，采用电解法生产的金属铜箔。将铜料经溶解制成硫酸铜溶液，然后在专用电解设备中将硫酸铜液通过直流电电沉积而制成原箔，再对其进行粗化、固化、耐热层、耐腐蚀层、防氧化层等表面处理，锂电铜箔主要进行表面有机防氧化处理，最后经分切、检测后制成成品。

　　电解铜箔制备工艺包括前段溶铜系统、中段生箔系统、后段表面处理和产品分切。

　　（1）溶铜工序：电解液制备，在特种造液槽罐内，用硫酸、去离子水将铜料制成硫酸铜溶液，为生箔工序提供符合工艺标准的电解液。

　　（2）生箔工序：在生箔机电解槽中，硫酸铜电解液在直流电的作用下，铜离子获得电子于阴极辊表面电沉积而制成原箔，经过阴极辊的连续转动、酸洗、水洗、烘干、剥离等工序，并将铜箔连续剥离、收卷而形成卷状原箔。

　　（3）后处理工序：对原箔进行酸洗、有机防氧化等表面处理工序后，使产品质量技术指标符合客户要求。

　　（4）分切工序：根据客户对于铜箔的品质、幅宽、重量等要求，对铜箔进行分切、检验、包装。

　　图：电解铜箔的制造过程

   　复合铜箔是一种新型锂电负极集流体材料

　　锂电铜箔研发的方向和目的是轻薄化、低成本，复合铜箔是重要的研发方向之一，其结构类似于“三明治”，主要由“铜-高分子-铜”复合而成。具体来看，是以高分子材料基膜为基材，随后在两侧镀上金属铜，以实现降重的目标。

　　表：传统铜箔与复合铜箔生产工艺对比

　　复合铜箔具备多重优势

　　复合型铜膜使集流体在安全性等方面实现显著提升：高安全、高比容、长寿命、高兼容。

　　（1）高安全：消费端对锂电池的最大顾虑是其不够安全，电池自燃是由于发热失控导致的内短路。复合铜膜对这一问题的解决方法就是高分子不容易断裂，即便断裂，1微米的镀铜的强度无法达到刺穿隔膜的标准，可以实现不刺穿，把内短路的风险规避掉。

　　（2）高比容：复合铜箔重量更轻，目前集流体占电池重量的比重是15%，PET/PP技术可以提升5%-10%的电芯能量密度，实现高比容。

　　（3）长寿命：表面更为均匀，且金融结晶体更容易热胀冷缩，高分子材料的膨胀率更低，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进行匹配，比如铝箔和铜箔都可以应用PET/PP技术。

　　图：复合铜箔对集流体材料性能提升情况

　　复合铜箔材料成本低于传统铜箔，具备成本优势

　　传统锂电铜箔的成本以直接材料为主，以某上市公司为例，2021年其锂电铜箔成本中直接材料成本占比为75.3%，而传统铜箔的材料价格远高于PET(或PP)材料价格。随着PET（或PP）复合铜箔工艺的成熟，其生产良率将逐步提升，工艺成熟后PET（或PP）复合铜箔价格将低于传统铜箔。

　　图：铜价高于PET和PP材料价格（元/吨）