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復(fù)合集流體迎來量產(chǎn)元年，三種技術(shù)路線各有優(yōu)劣

武子曄

(資料圖)

作為鋰電池領(lǐng)域的創(chuàng)新技術(shù)產(chǎn)品，復(fù)合集流體在產(chǎn)業(yè)化落地方面迎來進(jìn)展。

設(shè)備商、新型銅、鋁箔廠和電池廠等正在加快在復(fù)合集流體領(lǐng)域的布局和應(yīng)用。近日，安邁特新型高安全復(fù)合集流體產(chǎn)業(yè)化項目一期奠基，計劃建設(shè)年產(chǎn)7億平方米新型高安全復(fù)合集流體的產(chǎn)能，達(dá)產(chǎn)后可滿足約70GWh動力、儲能及3C鋰離子電池產(chǎn)業(yè)需求。項目總體規(guī)劃用地150畝，總投資30億元。其中一期投資8.5億元，建設(shè)年產(chǎn)2億平方米復(fù)合集流體生產(chǎn)線及配套設(shè)施等。不久前，雙星新材和萬順新材也宣布PET復(fù)合銅箔獲得客戶的首張產(chǎn)品訂單，而寧德時代麒麟電池也已采用復(fù)合集流體技術(shù)。

與傳統(tǒng)集流體采用較為純粹的鋁箔和銅箔不同，復(fù)合集流體是一種“三明治”結(jié)構(gòu)的電池材料，外面兩層由銅金屬或鋁金屬構(gòu)成，中間層是PET、PP或PI材質(zhì)的基層薄膜。川財證券發(fā)布的一份研究報告顯示，與傳統(tǒng)集流體相比，復(fù)合集流體具有制造成本低、安全性高、兼容性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，使用復(fù)合集流體的電池能量密度高、循環(huán)壽命長。目前，下游動力、儲能和3C數(shù)碼等電池廠商積極推進(jìn)復(fù)合集流體產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用布局。從專利角度來看，2021～2022年為專利爆發(fā)期，電池、材料廠商全面布局。近幾年也出現(xiàn)了一批新的參與者，下游電池企業(yè)紛紛加大投入，在其制備工藝、關(guān)鍵裝備方面得到了較顯著的突破。目前領(lǐng)跑的集流體企業(yè)已經(jīng)可以實現(xiàn)初步量產(chǎn)，其良率、生產(chǎn)效率仍在優(yōu)化，有望在2023年成為量產(chǎn)元年。

2017年，寧德時代在公布的一項發(fā)明專利文件《一種集流體及其極片和電池》中提出，可以采用真空蒸鍍或濺射法制造復(fù)合集流體。自此，復(fù)合集流體的概念開始興起。而比亞迪、國軒高科等電池廠也在復(fù)合集流體領(lǐng)域有相關(guān)專利。主機(jī)廠層面，廣汽埃安的彈匣電池2.0采用了復(fù)合集流體的材料，這是首家宣布使用復(fù)合集流體的汽車廠商。近兩年來，復(fù)合集體流開啟產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，被認(rèn)為是提升電池安全性、能量密度和降低電池成本的新一代電池關(guān)鍵材料。

安邁特董事長李永偉認(rèn)為，復(fù)合集流體技術(shù)憑借兼顧能量密度、安全性和低成本的綜合優(yōu)勢，市場應(yīng)用需求清晰，對傳統(tǒng)集流體替代優(yōu)勢明顯，市場潛力巨大。預(yù)計2023-2025年復(fù)合集流體將迎來大規(guī)模量產(chǎn)，到2030年滲透率有可能將超60%。

“我們對于電芯安全性非常重視，早就關(guān)注到了復(fù)合集流體，正在進(jìn)行測試。從理論上來說，復(fù)合集流體材料能夠降低三元電芯內(nèi)短路、熱失控方面的問題，因此在三元電芯上是比較適用的。采用復(fù)合集流體鋁箔代替?zhèn)鹘y(tǒng)集流體，可以直接減重2.5%。如果采用銅箔，可以降低4.5%。減重對于電池循環(huán)壽命、續(xù)航是非常重要的，但阻抗系數(shù)會提升20%左右，這對于整車管理來說會存在一定的問題。如果能夠解決阻抗問題，復(fù)合集流體的前景是非常廣闊的。”廣汽埃安電池研發(fā)部高級經(jīng)理顧曉瑜對記者表示。

阻抗系數(shù)與產(chǎn)品的電導(dǎo)率和制造良率相關(guān)，而當(dāng)前復(fù)合集流體需要突破的技術(shù)難題主要在于電導(dǎo)率和制造良率。

復(fù)合集流體產(chǎn)品主要涉及復(fù)合銅箔和復(fù)合鋁箔。其中，復(fù)合鋁箔主要用于高鎳三元電池，以提升安全性。復(fù)合銅箔則主要用于磷酸鐵鋰電池，提升能量密度為主，降低成本為輔。“從前期的布局來看，跨界企業(yè)對于復(fù)合銅箔的布局較為積極，而現(xiàn)有鋰電銅箔企業(yè)普遍熱情不高，因為復(fù)合銅箔快充性能等性能還有待提升，且低成本優(yōu)勢在形成一定規(guī)模之前，難以兌現(xiàn)，相較之下，優(yōu)化現(xiàn)有產(chǎn)品性能，降低成本更容易達(dá)成。”中關(guān)村新型電池技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟秘書長、電池百人會理事長于清教對記者表示。

值得注意的是，在復(fù)合集流體中的高分子材料支撐層，目前主要有PET、PP和PI三種基層薄膜的技術(shù)路線。近期，關(guān)于技術(shù)路線之爭引起業(yè)內(nèi)廣泛討論，有消息稱，某鋰電頭部企業(yè)已在上車量產(chǎn)的驗證中淘汰PET復(fù)合銅箔，并稱淘汰的原因是PET膜用于負(fù)極銅箔時，無法滿足動力電池中長循環(huán)壽命的要求。

一家復(fù)合集流體企業(yè)告訴記者，目前沒有聽說PET技術(shù)路線被淘汰的消息，關(guān)于技術(shù)路線的選擇仍未明確。華創(chuàng)證券發(fā)布的研報顯示，PET是當(dāng)前綜合優(yōu)選，PP密度小具備潛力。常見的高分子材料中，PET、PP、PI的延展性和強(qiáng)度較好，其中PET綜合性能優(yōu)異，熔點(diǎn)適中，是目前的優(yōu)選材料，也是中一科技、寶明科技、雙星新材等大部分企業(yè)目前開發(fā)的主要基材；PI由于耐溫性過好而且價格昂貴，商業(yè)化使用有待進(jìn)一步驗證；PP機(jī)械性能略差于PET，但耐酸性更好，未來具備開發(fā)潛力，也成為部分廠商研發(fā)的重點(diǎn)。

“目前，復(fù)合銅箔PET、PP、PI等多種路線都有企業(yè)在布局，也有各自優(yōu)點(diǎn)和缺陷，PET材料的耐高溫性能及物理強(qiáng)度相對于PI要弱一些，但技術(shù)難度與成本相對于后者有優(yōu)勢，PP在降成本、提升能量密度等方面更有優(yōu)勢，但不耐低溫，抗拉強(qiáng)度弱，銅附著力差。可以說，復(fù)合集體流各種路線將長期共存。”于清教對記者表示。