“凭借可以提高电池安全性、能量密度,降低成本、工艺适应强等优势,复合集流体有望实现对传统集流体50%以上的替代。”
第九届动力电池应用国际峰会(CBIS2024)上,安迈特科技(北京)有限公司董事长李永伟在题为《聚力汇智 推动产业链协同创新》的主旨发言中,向与会代表分享了其对电池行业的洞察,以及安迈特科技在复合集流体领域的最新成果和实践经验。
李永伟表示,安迈特科技作为行业内较早具备成熟产品量产能力的供应商,已在头部电池企业实现批量化导入,并在不同领域的应用端开始发挥该材料的作用。
01
复合集流体将规模化替代传统箔材
市场方面,作为在安全、降本等方面极具竞争力的电池关键材料,复合集流体已迎来产业化的关键时间节点。
技术导入方面,目前,国内外头部电池企业已在积极布局或批量导入复合集流体。
从应用端来看,复合集流体已在国内外部分车型的动力电池上实现批量化的应用,并且逐步在手机、无人机、储能等多个领域开始应用。
当前,复合集流体的发展现状和产业化前景,也受到业界重点关注。
“随着电池行业的发展,复合集流体将迎来巨大的发展空间,凭借其诸多优势,将实现对传统集流体50%以上的替代。”在李永伟看来,市场需求的不断升级,将加快复合集流体的规模化应用。
李永伟指出,一方面,权威机构数据显示,在新能源汽车起火事故的原因中,除交通事故、底部碰撞等外力因素外,电池热失控的内在因素是最大的起火诱因。
另一方面,正朝着500Wh/kg以上能量密度的方向发展,随着电芯能量密度的不断提高,也进一步增加了电池的安全风险。
在市场追求电池高安全保障,叠加降本等需求的共同作用下,使具有高安全性、低成本特性的复合集流体材料,有望逐步替代传统集流体。
02
复合集流体的优势不只在于高安全、低成本
复合集流体具有“三明治”结构,中间层采用PET、PP、PI膜等高分子材料,上下两面为铝或铜的金属层,使其具备了独特的应用优势。
据李永伟介绍,相较传统集流体,复合集流体的优势主要表现在以下五个方面:
一是提高电池安全性。因其结构和材料特点而具有主动安全机制,复合集流体(复合铝箔)可以有效减少和抑制电池起火爆炸的发生。
二是降低制造成本。当良品率达到95%左右时,复合集流体(复合铜箔)较传统集流体可实现20%-30%的降本空间。
三是提升电芯高能量密度。复合集流体的应用,可以使电芯能量密度提升5%-6%。
四是减少金属用量。复合集流体可以减少约60%-70%的金属使用量,符合电池轻量化、降低材料成本,以及节约资源、绿色发展的趋势。
五是工艺适应性强。由于复合集流体无极片毛刺,将大幅减少电池生产过程中异物的产生,进一步提高电芯良品率和安全性。
03
复合铝箔以真空蒸镀为主流工艺
复合铜箔多样化工艺大比拼
作为复合集流体领域的先行者,李永伟对复合集流体工艺发展现状和产业化有着深刻的理解。
李永伟表示,“从工艺路线看,复合铝箔主要是能够提升电芯安全性和能量密度,目前行业主要采用真空蒸镀工艺进行制备;?复合铜箔主要是可以大幅降低材料成本和实现电芯减重,现阶段工艺多样化,包括两步法(磁控溅射+水电镀)、三步法(磁控溅射+真空蒸镀+水电镀)、化学镀、干法贴合、真空沉积等,目前均处于开发定型阶段,尚未形成统一加工工艺。”
在产业化进展方面,李永伟指出,“目前,复合集流体处于初级发展阶段,复合铝箔已批量进入行业,复合铜箔正在积极开展验证。”
04
安迈特科技复合集流体已导入头部电池企业
李永伟认为,“复合集流体产业化仍存在一些难点,当前,复合铝箔要进一步提高产品质量、应用规模;复合铜箔要在提高产品性能和质量的同时,降低制造成本,主流工艺路线也需加快验证和规模化应用的速度。”
为了加快复合集流体的产业化,安迈特科技聚焦复合集流体前沿工艺的研发和应用,重点结合电池高能量密度、高安全、低成本的要求,将高效真空沉积技术引入到复合集流体制备过程中,以助力复合集流体突破产业化瓶颈。
据介绍,在复合铝箔方面,安迈特科技采用“全干法一次真空蒸镀成膜”技术,可以一次性在基膜上沉积1000纳米及以上的金属功能层,能够有效提高电池安全性、能量密度,提高电池企业生产效率,降低制造成本,更好地满足电池行业的需求。
值得一提的是,安迈特科技的复合铝箔已实现双面金属层一次性真空蒸镀成膜,且在方阻、材料结合力、抗拉强度、表面张力等核心指标上均表现突出。
由于其一次蒸镀成膜的工艺特性,安迈特科技的复合铝箔,相较多次蒸镀成膜工艺,金属层晶体的致密性更强,使其产品具有明显的方阻优势,材料导电性能比多次镀可提升20%-30%;材料结合力大、镀膜表面张力大,使金属层不易与基膜分离,提升了材料稳定性;抗拉强度大、伸长率大,使复合集流体不易损坏,柔韧性和一致性显著提升,且电池的加工及循环性能更好;双面一次蒸镀成膜使工艺简化、加工成本降低60%以上,直通率提升30%。
基于复合铝箔的技术,安迈特科技还研发了真空蒸镀制备复合铜箔工艺,主要增加了基材预处理、磁控溅射种子层,以及成膜后保护层钝化处理的步骤,亦可进行双面金属层一次性真空蒸镀成膜。
李永伟表示,“不管是复合铝箔,还是复合铜箔,安迈特科技均已实现了长距离高速蒸镀成膜,产品一致性良好。”
产业化方面,安迈特科技的复合集流体产品已获得市场认可,该公司已成为国内多家头部电池企业的重要供货商,并开始布局国际市场。
李永伟表示,复合集流体已成为全球新能源电池材料的技术开发热点之一,新能源电池龙头企业良好的应用效应,将加快复合集流体产业化进程。展望未来,双极复合集流体是更加前沿的技术,采用双极复合集流体可以实现固态电池内串组合,在保障高安全性的基础上,或将进一步提高电池的能量密度、倍率性能等。
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