12月20-21日，由第一锂电网、锂电百人会联合主办，上海贺励商务咨询有限公司承办的2022中国国际正负极材料产业大会（简称：金砖正负极论坛）在常州香格里拉大酒店顺利召开。本届大会设置“论坛峰会+展览展示”，以“紧抓材料机遇，大力发展锂电”为主题，通过话题设置，引发讨论，引爆业内对“正负极”的关注，解读最新能源发展困惑，诠释机遇及发展方向。促进投资商、生产商、运营商、政府之间的对接，深度了解用户体验。（大会论坛现场视频）演 讲 实 录
广东腾胜科技创新有限公司总裁朱刚毅出席论坛并发表主题演讲——《复合集流体镀膜技术及装备》以下为演讲实录： 朱刚毅：尊敬的各位来宾上午好！非常荣幸能够受邀参加正负极材料大会，我是来自广东腾胜科技创新有限公司的朱刚毅，今天跟大家分享的题目是《复合集流体镀膜装备及技术发展》，集流体不是锂电池的主材，但是是非常重要的辅材，它是正负极材料的载体。在锂电池发展复合集流体材料受到了广泛的关注，因为这个材料有非常好的优点，同时有非常大的性价比的优势。下面分享一下我们在这方面所取得的工作进展。报告分为以下几个部分：
第一，项目背景锂电池的结构里面集流体主要功能是支撑正负极材料的，同时并将活性材料产生的电子汇集并形成电流，对外输出。目前主要的锂电池复合集流体材料就是电解铜箔。目前采用金属集流体材料有几大痛点：（1）重量重。因为金属密度比较高，正极和负极集流体加起来占到电池重量的18%，铜箔约占13%。（2）成本高。尤其是铜这个材料，占到了锂电池的成本大概10%，集流体不仅在电池里面重量很重，而且占的成本比例很高，最主要的问题是第三点。（3）安全性（电池短路爆燃）隐患高。金属箔不断重复拉伸-恢复的过程，另外由于电解液腐蚀等等原因，导致整个性能下降，电阻增加，电池的安全性有可能产生是这个原因。（4）电池由于锂枝晶生长、外力等原因造成重要的安全事故。如果因为外力比如电池受到挤压或者穿刺等等一些非常极端的情况下，导致正负极材料短路之后就非常危险，电池燃爆的风险就非常高了。如何解决这些问题？复合集流体材料应运而生。复合集流体是什么样的概念？它就是一个三明治材料。中间是有机聚合物薄膜，正反面做成了金属层。比如PET、BOPP、PI，最终厚度在5~12微米之间，可以替代目前的电解铜箔和传统的压延铝箔。使用复合集流体的几大优点。同等厚度下，金属用量降低了，成本有望可以降低，尤其是负荷铜箔，电池重量减轻了，可以带来电池质量密度提高。因为复合集流体中间的有机材料，可以吸附因为膨胀收缩产生的应力，可以带来电池循环寿命提升5%，可以解决锂电池安全性的问题。如图所示，是减重对比表。如果采用了复合集流体，铜箔可以减重55%，如果用复合铝箔可以减重60%几，可以减一半以上。质量能量密度上，传统方案就是目前的锂电池的方案，用6微米的铜箔，正极集流体12微米的铝箔。如图所示，如果采用复合铝箔代替复合集流体，可以带来电池能量密度5%点几，如果两者都替换了，能量密度可以提升10%几。安全性方面如何解决，我这里有一个图，这是同济大学团队做的报告，我用这个数据讲述一下。如图所示，有用传统的金属铝箔作为正极集流体，有的电池用复合铝箔作为正极集流体，进行了穿刺实验。如果用传统的铝箔集流体做成的电池，迅速升温，能增加到70多度。如果用复合铝箔，穿刺之后，热量几乎没有改变。所以研究表明，整个电池的安全性非常高，可以100%通过各种穿刺实验，解决了锂电池穿刺导致的内短路和产生的燃烧、着火的问题。所以今年这个材料备受关注。第二，复合集流体的制备工艺及装备讲到制作，我们必须提一下PVD真空镀膜技术。PVD就是物理气相沉积的意思，包括蒸发镀膜技术和磁控溅射镀膜技术。蒸发镀膜技术，在真空环境下加热形成气化成膜，真空环境下没有杂质的气体，会形成非常好的膜层。针对的优势是成膜速度快，适合高速的膜层的生长，但是不足点在于膜层比较疏松，结合力、结合强度偏弱，另外它靠热量溶化材料，所以整体的温升会比较高。基膜一般都不耐温，容易产生变形。磁控溅射镀膜技术，实际上在磁场和电场的作用下，通过辉光放电离化气体并由离子轰击靶材溅射出材料粒子而形成膜层的方法。它的优点有镀膜稳定性好、重复性好、均匀度好，适合连续大面积镀膜，但是这种技术也存在不足，效率比较低，镀膜技术比较慢，另外设备投资比较高。下面看一下复合铜箔怎么做的。2017年当时我们采用的方法是三步法，磁控溅射+蒸发镀膜，正方加起来2微米。第二代工艺技术在2020年开发的，2021年我们推出了这个设备，第一台设备出口到日本，目前第二代技术简化了，把原来的三步法压缩成两步，原来磁控溅射+蒸发镀膜，现在只保留了磁控溅射，通过两步法做了这个材料，这个做法良率更高，设备更稳定。当然目前这两种工艺路线都在做，都有相关企业在做。首先我们把这个材料进行金属化，让金属和有机材料非常好地结合。大概做到30~80nm的厚度，我们把边缘切掉，拿去水电镀增厚，最终的厚度增加到1个微米，表面方阻在20m欧姆左右。如图所示，目前我们可以对标传统的电解铜箔的尺寸，现在的生产效率可以最高。复合铝箔如何制备的？它跟复合铜箔不一样，所采用的设备也有差异。它是一种全真空的制成，复合铝箔的制作不需要到水电镀，不需要化学镀，一套设备就可以完成。它采用了蒸发镀膜技术，最大优势是沉积效率高，因为要做1微米的金属材料，如何提高效率最重要，这是降本的关键点。采用蒸发之后，这个方法包含了电阻、感应以及电子束，这几项技术目前我们都有相关产品，都能制作出这个材料。整个制程是环保的，工序非常简单，没有两步法、没有三步法，一步法就可以完成。因为有水电镀的问题，涉及到环评资质的问题，所以就没有这方面的需要了。制程方面我们有不同的宽度，1米3或者1米55，基材厚度主要在4.5~8微米的PET，现在传统正极的集流体压延铝箔不太容易做到12微米以下，所以采用复合铝箔不仅仅实现了刚才的优势，它可以把体积减薄很多，让渡出很多空间，进行涂覆材料，它在体积上可以降低很多。最终做成的厚度在1微米左右，方阻在40欧姆。如图所示这是我们的设备，做出来的材料这是以6微米的PET+1微米的复合铝箔，它在抗拉强度、断裂伸长率都要优于铝箔，所以对于电池的制作没有带来困难，另外不单是减薄，而且强度更好。 第三，挑战与机会这个材料还有什么问题需要我们解决呢？我们用复合铜箔对标就是传统的电解铜箔这个复合集流体材料。复合集流体材料现在主流的电解铜箔做到了6微米左右，尤其动力电池，今年2022年6微米以及6微米以下的电解铜箔占比超过了80%了，向着更薄和超薄的方向发展，目的希望降低成本，另外增加电池能量密度。如果进一步减薄这个材料的话，制造难度很高，加工成本很高，另外抗拉强度就很弱了，对于电芯制作过程中像涂布等等工艺，会带来很多问题，所以复合铜箔有很大优势，但是主要面临的问题是内阻偏大，因为金属层很薄，加起来两个微米的金属，比起传统的6微米、8微米的金属来讲，电阻率相对会高。这个材料未来的技术发展会有什么方法？目前主流的工艺是干湿法制成，不管是两步法还是三步法，都用到真空技术+电化学，干湿法目前是主流。未来很可能进一步发展，会是全干法的制程，当然复合铝箔已经是全干法了。复合铜箔还涉及到湿法，未来会不会全真空制程这是有可能的。现在也有人尝试用全湿法，用化学镀+水电镀的方法，这种方式个人认为除了性能以外，这个制程不环保，涉及到很多化学药品，未来更多的应该往干法的方向，这才是发展的主流方向。除了制程以外，到底用什么基膜做聚合物？底材是什么？到底是PET还是PP还是PI？因为我们要选择一种材料既能满足特性要求，又能非常便宜，这样才能够进入大规模生产。PET和PP这两个材料是具备这个优势的，这两种材料目前都在用于制作复合集流体，正极集流体基本上用PET，负极集流体有用PET，也有用PP的，这里面有材料的特性对比，我不详细赘述。主要PET比PP有更好的耐温特性、更好的粘结强度，但是PP有更好的耐腐蚀性，在电池电解液里面耐腐性更有优势，所以两者各有优缺点。PI不错，但是最大的问题是材料成本很高。未来PPS、PEI这些新材料可能会应用，但是可能会在某些特定的场合里面。我们在下游电池厂所面临的问题是如何用好这个材料，目前把复合集流体材料用好的基本上是头部的几个电池厂，二三线的电芯厂还在努力。估计在1~2年内，主流的电芯厂都可以用好，但是这里面要解决电解液的涂布，包括辊轧和极耳焊接等等，因为会涉及到电池制造的相关设备工艺参数调整，另外会增加工序和设备，这些都是面临的问题，电信厂要去解决，如何用好这个材料。另外，在上游装备、中间的材料厂和电芯厂都在积极布局集流体的专利，未来专利上也会形成一些竞争或者相关的压力。前面讲的是挑战，机会在哪里？整个锂电池发展非常迅猛，数据大家都很熟悉了。以动力电池和储能电池来看，到2025年，整个年复合增长率都会在50%左右，所以是一个巨大的增量市场。我这里收集了一下各平台机构的预测，它们对这个材料将来的使用渗透率的预测，基本上到2025年大家认为这个材料相对不太乐观地认为大概在7%、8%左右的渗透率，较为乐观的超过20%，甚至20%几。也就是说，这个材料从0到占有这么大的份额，只是在短短几年内实现，而且这个市场关键是增量市场，不是一个存量市场，还在增长，这里面增长的势头非常迅猛，值得大家期待。另外国家层面上也非常支持这个材料，今年初国家科技部发布了材料项目，其中提到了开发这种耐穿刺的复合集流体材料，要解决动力和储能电池的本征安全，所以政策层面上也非常支持这个材料。成本有没有优势？成本是锂电池厂，包括下游、中端厂非常关注的，复合集流体不仅仅实现了上面很多的优点，还有一个优势，它甚至有可能比传统材料更便宜，这个是很难的。因为我们做材料一般来讲，我们要把材料性能提升、技术突破，但是往往带来成本的提升，不太容易找到一个材料既提升了性能，还能降本的，所以复合集流体受到广泛关注也是因为这个原因。看一下成本，我们的设备有2代、2.5代，我们看一下它的组成。原材料很成本，1.5元/平米，真空制程大概7毛多到9毛多就完成了，水电镀大概在2块多，合计每平方米这个材料大概3.5~3.7块钱的范围，这个范围已经跟目前主流的6微米的电解铜箔是持平的。随着这个技术不断地迭代完善，包括批量化生产之后，相关的耗材包括靶材、电镀添加剂等等成本的降低，未来复合铜箔成本下降的潜力较大，会显现出更大的竞争优势。从这一点来看，我们可以预测到这个材料未来的发展空间。 第四，企业简介我们公司是复合集流体真空镀膜设备的先行者。我们是全球量产化这个材料的装备第一家，我们2017年就开发出第一台复合铜箔设备，2021年第二代量产复合铜箔设备，今年我们推出2.5代量产型复合铜箔和第二代复合铝箔真空镀膜设备，目前这两个装备都有，复合铜箔、复合铝箔的制备装备我们都有。技术方面，经过五年迭代，从2017~2022年，我们从运行速度和产能上看一下：第一代设备一年只能做0.2gwh，2022年现在一台设备可以干1gwh，五年时间效率提高了5倍。随着这个技术的发展，产能更高，对应折旧的成本更低，材料成本也会进一步下降。我们这个装备也取得了一些成绩，这个装备的专利大概20项，2016年获得了科技进步二等奖，连续2016、2017、2018年获得广东省首台套。如图所示是我们最新获得的成果，一个是广东省真空科技进步一等奖，还有一个是首个真空卷绕镀膜设备的先行者。结束语：随着新能源汽车、储能对电池安全性的要求越来越高，复合铜箔、复合铝箔新型的集流体材料将迎来重要的发展机遇。随着技术和装备的发展，复合集流体的性价比优势会逐步体现，市场渗透力会快速递增。我们公司希望联合友商和上下游的共同努力，一起助推锂电池产业的持续、高速、健康发展，我的报告结束谢谢！
