作为锂电池领域的创新技术产品,复合集流体在产业化落地方面迎来进展。

设备商、新型铜、铝箔厂和电池厂等正在加快在复合集流体领域的布局和应用。近日,安迈特新型高安全复合集流体产业化项目一期奠基,计划建设年产7亿平方米新型高安全复合集流体的产能,达产后可满足约70GWh动力、储能及3C锂离子电池产业需求。项目总体规划用地150亩,总投资30亿元。其中一期投资8.5亿元,建设年产2亿平方米复合集流体生产线及配套设施等。不久前,双星新材和万顺新材也宣布PET复合铜箔获得客户的首张产品订单,而宁德时代麒麟电池也已采用复合集流体技术。

与传统集流体采用较为纯粹的铝箔和铜箔不同,复合集流体是一种“三明治”结构的电池材料,外面两层由铜金属或铝金属构成,中间层是PET、PP或PI材质的基层薄膜。川财证券发布的一份研究报告显示,与传统集流体相比,复合集流体具有制造成本低、安全性高、兼容性强等优点,使用复合集流体的电池能量密度高、循环寿命长。目前,下游动力、储能和3C数码等电池厂商积极推进复合集流体产业化应用布局。从专利角度来看,2021~2022年为专利爆发期,电池、材料厂商全面布局。近几年也出现了一批新的参与者,下游电池企业纷纷加大投入,在其制备工艺、关键装备方面得到了较显著的突破。目前领跑的集流体企业已经可以实现初步量产,其良率、生产效率仍在优化,有望在2023年成为量产元年。

2017年,宁德时代在公布的一项发明专利文件《一种集流体及其极片和电池》中提出,可以采用真空蒸镀或溅射法制造复合集流体。自此,复合集流体的概念开始兴起。而比亚迪、国轩高科等电池厂也在复合集流体领域有相关专利。主机厂层面,广汽埃安的弹匣电池2.0采用了复合集流体的材料,这是首家宣布使用复合集流体的汽车厂商。近两年来,复合集体流开启产业化进程,被认为是提升电池安全性、能量密度和降低电池成本的新一代电池关键材料。

安迈特董事长李永伟认为,复合集流体技术凭借兼顾能量密度、安全性和低成本的综合优势,市场应用需求清晰,对传统集流体替代优势明显,市场潜力巨大。预计2023-2025年复合集流体将迎来大规模量产,到2030年渗透率有可能将超60%。

“我们对于电芯安全性非常重视,早就关注到了复合集流体,正在进行测试。从理论上来说,复合集流体材料能够降低三元电芯内短路、热失控方面的问题,因此在三元电芯上是比较适用的。采用复合集流体铝箔代替传统集流体,可以直接减重2.5%。如果采用铜箔,可以降低4.5%。减重对于电池循环寿命、续航是非常重要的,但阻抗系数会提升20%左右,这对于整车管理来说会存在一定的问题。如果能够解决阻抗问题,复合集流体的前景是非常广阔的。”广汽埃安电池研发部高级经理顾晓瑜对记者表示。

阻抗系数与产品的电导率和制造良率相关,而当前复合集流体需要突破的技术难题主要在于电导率和制造良率。

复合集流体产品主要涉及复合铜箔和复合铝箔。其中,复合铝箔主要用于高镍三元电池,以提升安全性。复合铜箔则主要用于磷酸铁锂电池,提升能量密度为主,降低成本为辅。“从前期的布局来看,跨界企业对于复合铜箔的布局较为积极,而现有锂电铜箔企业普遍热情不高,因为复合铜箔快充性能等性能还有待提升,且低成本优势在形成一定规模之前,难以兑现,相较之下,优化现有产品性能,降低成本更容易达成。”中关村新型电池技术创新联盟秘书长、电池百人会理事长于清教对记者表示。

值得注意的是,在复合集流体中的高分子材料支撑层,目前主要有PET、PP和PI三种基层薄膜的技术路线。近期,关于技术路线之争引起业内广泛讨论,有消息称,某锂电头部企业已在上车量产的验证中淘汰PET复合铜箔,并称淘汰的原因是PET膜用于负极铜箔时,无法满足动力电池中长循环寿命的要求。

一家复合集流体企业告诉记者,目前没有听说PET技术路线被淘汰的消息,关于技术路线的选择仍未明确。华创证券发布的研报显示,PET是当前综合优选,PP密度小具备潜力。常见的高分子材料中,PET、PP、PI的延展性和强度较好,其中PET综合性能优异,熔点适中,是目前的优选材料,也是中一科技、宝明科技、双星新材等大部分企业目前开发的主要基材;PI由于耐温性过好而且价格昂贵,商业化使用有待进一步验证;PP机械性能略差于PET,但耐酸性更好,未来具备开发潜力,也成为部分厂商研发的重点。

“目前,复合铜箔PET、PP、PI等多种路线都有企业在布局,也有各自优点和缺陷,PET材料的耐高温性能及物理强度相对于PI要弱一些,但技术难度与成本相对于后者有优势,PP在降成本、提升能量密度等方面更有优势,但不耐低温,抗拉强度弱,铜附着力差。可以说,复合集体流各种路线将长期共存。”于清教对记者表示。