随着新能源汽车、消费类电子、储能等产业对锂电需求持续扩大,新型应用领域如eVTOL快速发展,再加上国家新能源战略推动,催生企业对锂电池要不断进行性能升级,进一步提升锂电池的能量密度、提高其安全性、降低制造成本。
集流体是锂电池中不可或缺的重要组成部件,然而集流体在电池中并不贡献容量。以负极集流体铜箔为例,它约占锂电池总重量的10%、总成本的15%,减少铜的用量有望提升锂电池质量能量密度、降低原材料成本。
复合集流体提供了解决方案,它具备创新的“三明治”结构,中间层为聚合物高分子基底,上下镀层为金属(例如铜或者铝),其在提高锂电池能量密度和安全性、降低重量和材料成本等方面均有重要作用,被认为是未来电池的关键组成部分。
如今复合集流体生产制造商大量涌现,争分夺秒地抢夺前期市场。苏州臻锂新材科技有限公司(以下称“臻锂新材”)作为一家创新型的新材料企业,聚焦高性能、低成本涂层制备技术,不断创新实践,采用差异化打法,致力于提高复合集流体产品性能,进一步降低生产成本。今年上半年,臻锂新材获得IDG、云启、德同数千万元天使轮融资。
日前,在CBIS2024由臻锂新材冠名的“电池材料迭代与产业化应用”专场主题论坛上,苏州臻锂新材科技有限公司研发总监程勋亮博士发表了题为《一步磁控复合集流体助力锂电池减重降本》的主题演讲,向与会代表分享了臻锂新材磁控溅射一步法制备复合铜箔、复合铝箔的技术特色。在论坛同期,臻锂新材还举行了“臻精引领,锂动未来”新品发布会,发布了超轻薄复合集流体、涂碳复合集流体、铜铝复合箔、真空补锂负极等新产品和新技术。
图为苏州臻锂新材科技有限公司研发总监程勋亮博士作主题演讲
01
创新“磁控溅射一步法”制备复合集流体,减重效果明显
“从传统铜箔到‘三明治结构’的复合铜箔,通过铜层的减薄能实现降本、减重、提升电池循环寿命的效果。”程勋亮在演讲中表示。关于复合铜箔的制备方法,他指出,现在的主流技术路线是水电镀方式,它至少需要两套设备来完成打底层和增厚层。而臻锂新材的特色是业内首家完成磁控溅射一步法技术突破与产业化生产,可在同等导电性要求下实现材料轻薄化,并具备更高的生产效率与良率。
在性能层面,得益于磁控溅射精细化镀膜技术,能有效解决镀层致密性不足、与膜基结合力较弱、A/B方阻偏差大等行业卡脖子难题;在成本层面,能有效提升生产效率和良品率,实现材料成本显著降低。此外,干法工艺对环境更友好,占地面积小利于扩大量产。
磁控溅射技术生产卷对卷的复合铜箔遇到的最大挑战是高温烧膜,磁控会产生高温,而基膜不耐高温。程勋亮表示,“臻锂新材凭借在上海交通大学近20年的技术积累,已实现了核心部件的自主设计,最终形成了高速低温的磁控溅射技术,实现了沉积速率的显著提升,解决了生产效率问题。”
程勋亮进一步介绍了超薄复合铜产品相关电池验证评测结果。以单侧纯镀铜0.7μm(ZMLC-25序列)的复合铜箔为例,相比传统6μm纯铜箔减重60%以上,在负极片中减重约15%,反映在电芯上可以提升质量能量密度4.5%以上。另一超单侧镀铜厚度0.4μm(ZLMC-50)的超薄复合铜集流体,有效提升电芯质量能量密度>5.5%。研究结果表明超薄款复合铜箔,相比传统6μm铜箔以及目前主流的单侧镀层1.0~1.2μm的复合铜箔具备更高性价比,且综合性能相当(包括倍率性能、循环性能等)。就复合铜箔导致电芯内阻增加的问题,程勋亮提出一系列解决方案,其中包括表面涂碳、表面粗糙化处理、极耳加宽、极耳增厚、全极耳设计等,并一一展示了相关电池验证结果,得到与会代表们的热烈讨论。
据了解,臻锂新材的核心团队均来自于上海交通大学。其“磁控溅射一步法”制备技术源于上海交通大学机械与动力工程学院涂层技术小组的研究,该小组成立于2005年,聚焦高性能低成本涂层制备技术的研究。此后数年间,臻锂新材的核心团队围绕锂电池关键材料的先进制备技术,开展关键难点攻关,并于2022年取得技术突破,实现了第一代复合集流体产品制备。
值得一提的是,今年上半年,臻锂新材宣布完成数千万元天使轮融资。本轮融得的资金将主要用于2.0代设备投产、设备核心部件改造及研发生产等。据悉,臻锂新材超薄复合铜箔5月开始批量送样,得到头部客户正面反馈,目前已部分完成测试,并计划于明年实现规模化量产。
“磁控技术除了可以做复合铜箔、复合铝箔,还适用于其他新技术开发。”程勋亮表示,最近臻锂新材也在配合一些电芯厂做镀锂的预研,比如负极预锂化、超薄锂金属负极等。“未来臻锂新材将不断通过技术创新推动行业降本增效,助力锂电新能源行业高质量发展。”
02
“蝉翼”“鳞甲”“创见”系列新产品、新技术问世
峰会期间,臻锂新材还举行了“臻精引领,锂动未来”新品发布会,臻锂新材董事长兼总经理李骁博博士发布了“蝉翼”系列复合铜箔及涂碳复合铜箔、“鳞甲”系列复合铝箔及涂碳复合铝箔、“创见”系列铜/铝复合箔及一体化锂箔等新产品、新技术。
图为臻锂新材董事长兼总经理李骁博博士介绍新产品
>>>“蝉翼”系列复合铜箔及涂碳复合铜箔
该系列产品主打“轻薄”,面向不同市场需求、不同的细分场景匹配有多个序列的产品。
第一款:“蝉翼”59系列产品。该款产品以4.5μm的聚合基膜作为基材,表面进行0.7um的涂层,总厚度是5.9μm。其相较于传统的6μm铜箔可实现减重65%,同时适用的充放电倍率性能达到3C范围。
第二款:“蝉翼”59+系列产品。该款产品是在“蝉翼”59的表面再进行1μm的涂碳层制备而成,倍率性能可以提升至5C。据介绍,该款产品主要是为满足更高的电池能量密度、更快的充放电及更长的充放电循环寿命需求而推出。
此外,面向对电池本身充放电速率要求不高的场景,臻锂新材还能提供更薄的箔材。例如,可将表层的涂层厚度进一步减薄到0.4μm,总厚度为5.3μm,其相较于传统箔材,实现减重75%,减薄12%,适用的倍率场景约为2C。
>>>“鳞甲”系列复合铝箔及涂碳复合铝箔
第一款:“鳞甲”85系列产品。该款产品以6μm的聚合材料作为基膜,在表面应用1μm涂层的制备。其相较于传统12μm的铝箔,能实现减重58%,减薄34%。同时,它的倍率范围可以做到2C,表面完全是零针孔、零颗粒的状态。
第二款:“鳞甲”85+系列的产品。该款产品通过在复合铝箔表面涂碳,实现电池内阻的降低以及倍率的提升,其倍率范围、倍率性能可提升至4C。
第三款:最新系列产品“鳞甲”65。该款产品以4.5μm聚合基材作为基底,在表面进行1um的涂层之别,总的厚度是6.5um,相较于传统铝箔,可实现减重65%,减薄46%,满足的倍率范围约为2C。
>>>“创见”系列铜/铝复合箔及一体化锂箔序列产品
面向未来固态电池领域,臻锂新材基于自身涂层技术优势,积极进行前瞻性技术研发和布局。例如铜/铝复合箔、一体化锂箔等序列产品。
本场新品发布会,臻锂新材共发布了以上三款系列产品。面向当前材料体系,臻锂新材主推的材料以“蝉翼”系列复合铜箔为主。同时电池中国还了解到,臻锂新材目前已完成了“鳞甲”系列复合铝箔的开发,预计将在2025年Q2正式推出。面向未来固态电池领域,臻锂新材预计将在2026年推出铜铝复合箔以及一体化铝箔“创见”序列的产品,以满足未来在固态电池当中减薄以及提升电池寿命的需求。
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