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PET铜/铝箔在动力电池中的应用分析 也不知道谁写的,反正不是我写的,一些行业常识收藏一下,怕找不着,复制发布了 1. 简介 1.1. 定义 PET铜/铝箔是...

 geejee80 2022-05-24 发布于江苏

也不知道谁写的反正不是我写的一些行业常识收藏一下怕找不着复制发布了
1. 简介

1.1. 定义

PET铜/铝箔是一种以聚对苯二甲酸乙二酯(PET)作为导电薄膜两边分别以铜/铝箔为镀层的夹层状动力电池集流体材料图表PET铜/铝箔示意图

来源东吴证券研究所

1.2. 工艺简介

与传统箔材的制造工艺不同传统的铝箔和铜箔主要是由辊压或电解工艺生产得到电镀铜/铝箔是在厚度2μm的塑料薄膜表面采用磁控溅射和真空蒸镀的方式制作一层50-80nm的金属层然后通过水电镀的方式将金属层加厚到1μm制作总厚度在4μm的复合金属箔用以代替6-9μm的电解金属箔

1.3. 创新点

增强安全性提升能量密度复合金属箔中间导电薄膜具有阻燃结构提高电池安全性PET材料较轻因此PET金属箔整体质量较小提升了电池的能量密度

图表PET复合金属箔结构

来源东吴证券研究所

2. PET铜箔铝箔与传统箔材比较

2.1. 优势

1提升了安全性

复合金属箔中间的PET层和磁控溅射形成的阻燃结构当发生热失控时可以为电路系统提供无穷大的电阻从而降低电池燃烧起火爆炸的可能性

2提升能量密度

PET材料较轻因此PET铜箔整体质量较小相当于把金属箔中间部分换成一层PET减轻电池的重量提升了电池的能量密度

3减少铜箔厚度降低原材料成本

电镀技术比延展技术得到的材料更薄PET层减少了铜/铝箔的用量降低原材料成本有效应对金属价格上涨

2.2. 劣势

1生产效率低增加制造成本

由于磁控和蒸镀的工艺复杂复合箔的生产效率不及传统箔材并且需要增加转接焊等新工序增加了电池的制造成本

2存在箔材穿孔问题

金属在磁控和蒸镀过程高温金属熔融物可能飞溅熔穿箔材形成通孔在电池的生产过程中会引起箔材断带影响电池生产效率

3增大电池内阻影响输出功率

复合箔的PET和金属存在较大的接触电阻同时由于阻燃剂等介质的引入电池的电阻会有所增加电池功率会小幅下降

图表复合箔与传统箔材对比

来源东吴证券研究所

3. 制造工艺

3.1. 传统铜箔

传统铜箔生产工艺可分为电解和延压两种方式目前主流为电解法其设备简单成本更低

工序如下

(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

图表电解铜箔制造工艺

来源嘉元科技招股书东吴证券研究所

3.2. 传统铝箔

与铜箔不同铝箔主要采用辊压工艺

工序如下

将熔炼的铝锭经多次轧制及热处理制成制定的厚度在精轧后对铝箔进行表面处理最后分切成锂电厂家需要的尺寸其中对于铝箔的延伸率是通过轧制压力和热处理工艺实现

图表电池铝箔制造工艺

来源鼎盛招股书东吴证券研究所

3.3. 复合箔

复合箔制备工艺相比传统金属箔更为复杂蒸镀是生产的核心工序其次为水电镀

工序如下一次蒸镀一次复合二次复合+刻蚀二次蒸镀填充三次蒸镀辊压水电镀

蒸镀是生产的核心工序其次是水电镀材料的核心结构是通过至少三道磁控溅射和蒸镀来制造

图表蒸镀设备金美新材料

来源重庆金美新材料科技有限公司双面连续镀膜的真空蒸镀装置东吴证券研究所

3.4. 金美PET铜箔/铝箔

本实用新型的有益效果是通过在第二薄膜的圆形孔洞内设置由改性石蜡密封的阻燃剂当温度到达改性石蜡的软化点时石蜡从孔洞中融化阻燃剂从孔洞中释放出来能够防止电池温度过高而燃烧第二金属层为锂层在阻燃剂释放后也可以增加电池的能量密度

图表导电薄膜的制备

来源重庆金美新材料科技有限公司一种导电薄膜导电薄膜的制备方法及锂离子电池东吴证券研究所

根据金美新材料导电薄膜的制备方法包括以下的步骤:

S10选取支撑层后采用真空镀膜设备在支撑层的上下表面分别镀上第一金属层为200-300nm的铜层真空镀膜设备包括磁控溅射装置或者真空蒸镀装置;

S20在其中一个第一金属层的表面复合第一薄膜在另一个第一金属层的表面复合第二薄膜;

S30采用薄膜复合技术在第一薄膜和第二薄膜的表面上复合第三薄膜在第三薄膜和第二薄膜上蚀刻出多个贯穿的圆形孔洞;

S40在第三薄膜的外表面和圆形孔洞的内壁上镀上第二金属层第二金属层为20-100nm的锂层;

S50复合薄膜的制备将第三薄膜从第二薄膜上剥离同时保留镀在第二薄膜的圆形孔洞内壁上的第二金属层;在圆形孔洞内填充阻燃剂在阻燃剂上填充一层改性石蜡密封;或者在圆形孔洞内填充阻燃剂在阻燃剂上填充一层改性石蜡并在改性石蜡的基础上再填充阻燃剂再采用改性石蜡密封;得到复合薄膜;

S60采用真空镀膜技术在复合薄膜的上下表面镀上第三金属层辊压后得到导电薄膜

图表导电薄膜的制备

来源重庆金美新材料科技有限公司一种导电薄膜及锂离子电池东吴证券研究所

所述支撑层10的上表面和下表面均镀有第一金属层101第一薄膜201和第二薄膜202分别复合在两个第一金属层101的表面上所述的第一薄膜和第二薄膜上设置有多个贯穿的圆形孔洞204且圆形孔洞的内壁上镀有横截面呈环形的第二金属层102第二金属层中心的孔洞内填充有阻燃层301所述的第一薄膜的外表面和第二薄膜的外表面均镀有第三金属层103

通过在第二薄膜 202 的圆形孔洞 204 内设置由改性石蜡 302 密封的阻燃剂 301当温度到达改性石蜡 302 的软化点时石蜡从孔洞中融化阻燃剂 301 从孔洞中释放出来能够防止电池温度过高而燃烧第二金属层 102 为锂层在阻燃剂 301 释放后也可以增加电池的能量密度另外在第一薄膜 201 和第二薄膜 202 中间增加第一金属层 101 增加了导电薄膜的导电性能和拉伸强度

4. PET铜箔/铝箔公司

4.1. 金美新材料

金美新材料是导电薄膜的领先者拥有多项真空蒸镀等核心设备相关专利在PET铜箔铝箔技术处于领先水平

公司由长江晨道(21.26%宁德时代间接参股)和中国宝安参股4.42%

图表公司股权结构

来源天眼查东吴证券研究所

公司成立于2017年在2018年便开始导电薄膜领域的布局形成真空蒸镀等核心设备相关专利2019年公司开始导电薄膜基础材料相关探索将导电涂料采用塑料的加工方法制成导电性能优异的薄膜基材随后公司在导电铜箔的制备工艺商开展探索先后尝试四种不同的方法最终形成发明专利一种导电薄膜导电薄膜的制备方法及锂离子电池中的方案再次过程中公司自主研发了阻燃剂镀铜溶液等原材料公司经过多年的不懈努力最终积累了集设备原料制备方案在内的多重专利壁垒

公司重庆綦江网消息重庆金美新材料科技有限公司自主研发的高分子复合膜产品成功应用到新能源车辆电池上并顺利通过德国穿刺实验进入量产阶段

消息来源

/county/qijiangqu/qijiangquxinwen/2020-12-14/3415583_ml

金美新材料董事长制定的公司未来发展的十年规划:一年内将实现MA和MC新型铜和铝导电膜产品的真正量产到2022年达到过亿平米的产量实现盈利

4.2. 东威科技

东威科技是国内电镀设备生产龙头

公司主要从事高端精密电镀设备及其配套设备的研发设计生产及销售主要产品包括应用于PCB电镀领域的垂直连续电镀设备水平式表面处理设备以及应用于通用五金电镀领域的龙门式电镀设备滚镀类设备凭借公司自主研发的垂直连续电镀等技术公司VCP设备在电镀均匀性贯孔率TP等关键指标上均达到了业内领先水平其中柔性板片对片VCP在板厚36μm-300μm时电镀均匀性能够达到10μm±1μm达到了国际同类设备的技术水平

图表东威科技垂直连续电镀设备

来源东威科技招股说明书东吴证券研究所

5. 市场发展

5.1. 箔材发展复盘

5.1.1. 铜箔发展

锂电铜箔正向着更薄微孔高抗拉强度和高延伸率方向发展

铜箔厚度减少1可以提升电池能量密度2降低成本虽发展初期加工成本较高长期是更经济的选择

目前中国锂电铜箔以6-8μm为主为提高锂离子电池能量密度更薄的4.5μm铜箔成为国内主流锂电铜箔生产企业布局的重心

图表铜箔厚度变化嘉元科技

来源嘉元科技招股书东吴证券研究所

5.1.2. 铝箔发展

铝箔正向更薄更纯更均匀高导电及高延伸率方向发展

由早期16μm降到12μm目前国内电池厂商已量产10μm的铝箔

图表铝箔厚度变化南山铝业

来源南山铝业年报东吴证券研究所

5.2. 国内外对比

1国内铜箔技术领先与国外

薄化技术难点涂布工艺中过辊时容易断裂褶皱

国外电池厂多采用8μm铜箔松下LG三星

国内电池厂宁德时代4.5μm铜箔其他电池厂商6μm铜箔

2国内铝箔技术落后于国外

全球动力锂电池铝箔生产厂家主要集中在日本和韩国

国外以日本的东洋铝业UACJ和韩国的乐天等为主

国内以鼎胜新材南山铝业

5.3. 市场需求

2021铜箔供应紧张PET铜箔/铝箔有望获得更大的试用机会打开市场

图表2015-2025年中国锂电铜箔出货量及需求预测单位万吨%

来源高工产研锂电研究所(GGII)东吴证券研究所

5.4. 市场推广方向

从下游电池厂来看对复合铝箔的需求更加迫切影响复合铜箔/铝箔进度有两个关键点安全和成本该材料的引入可以很大程度解决安全问题随着三元体系在市场的普及充电的安全问题成为焦点电镀铜/铝箔对于高镍三元体系的推广有关键性作用同时由于其提高能量密度的属性对于下游整车厂来说是缓解里程焦虑的新方案

从上游材料竞争格局来看电镀铜/铝箔的降本属性更加受到关注国内铜价一直持续上涨2021年上半年铜价涨幅达到21.6%而电池铜箔全年供应紧张扩产周期长市场需求存在缺口虽然说现在复合铜箔的成本因为制造初期成本比较高在价格上没有传统铜箔低理论上单位材料的铜用量仅有传统箔的1/3左右当后期形成规模效应后降本空间明确

5.5. 目前进展

金美新材料一年内将实现MA和MC新型铜和铝导电膜产品的真正量产到2022年达到过亿平米的产量实现盈利

6. 总结

PET铜/铝箔通过阻燃剂结构提升电池安全性同时减重提升能量密度但其工艺复杂生产效率低增加制造成本并且增大电池内阻宁德时代先手通过金美新材料进行布局目前处于产业化前夕但是短期内规模不大主流仍为传统铜箔/铝箔对传统铜箔铝箔替代进度如何

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