5月31日,在SMM主办的CLNB2024(第九届)中国国际新能源产业博览会-先进材料运用高峰论坛上,安徽华创新材料股份有限公司研究员韩浩表示,锂电铜箔的更薄化发展趋势明显;电池企业对锂电铜箔的抗拉强度要求日益提高;电池企业对锂电铜箔的延伸率要求也日益提高。高延锂电铜箔产品的需求比重在快速提升,超高延锂电铜箔产品的需求也已提出。
铜箔的发展
铜箔生产的起源
1922年美国的Edison发明了薄金属镍片箔的连续制造专利,成为了现代电解铜箔连续制造技术的先驱。
美国铜箔企业发展
1937年美国Anaconde(安拿康达)铜业公司利用上述Edison专利原理及工艺途径,成功地开发出工业化生产的电镀铜箔产品。首先研制生产出0.035mm厚的较薄电解铜箔,始用于电子工业的电路板。
1955年,Circuitfoil公司(简称CFC,即以后称为Yates公司的厂家)成立。
1957年从Anaconda公司又派生出Gould和Clevite公司。他们也开始生产印制电路板用电解铜箔。20世纪50年代后期,Gould公司已成为世界最大的电解铜箔生产企业。
日本铜箔的发展与崛起
1958年,日本电解公司、福田公司、古河电气工业公司、三井金属矿业公司纷纷建立电解铜箔生产厂。采用的是间断式电解法,全日本每月可生产几千米的薄铜片。
20世纪60年代,三井公司(Mitsui)从美国Anaconda公司首次引进了连续电解制造铜箔的技术。
古河电工公司(Furukawa)从美国的CFC公司引进了铜箔生产技术。
日本电解公司和福田公司(Fukuda)利用独自开发的连续电解铜箔的技术及铜箔表面处理技术,在20世纪70年代得开始了工业化电解铜箔的生产。
日本几大家铜箔厂在技术及生产上,于70年代初,得到飞跃性进步。
国内铜箔的发展与崛起
我国生产本溪合金厂经过于1963年9月投入生产。本溪市合金厂开始生产时是单张间断铜箔。1965年,开始实验生产连续电解铜箔,即成卷铜箔。
本世纪,新能源锂电行业的快速发展,推动了国内铜箔行业的崛起,锂电铜箔企业和产能规模快速增加。
当前有超50家锂电铜箔企业,产能规模百万吨左右,铜箔性能迅速提升挤进先进水平,打破日美行业垄断。
锂离子电池与锂电铜箔相互助力发展
1985年,日本科学家吉野彰发明了首个可用于商业的锂离子电池。
在1991年索尼成功开发出商用锂离子电池。基于对锂离子电池的安全、质量、寿命、成本等综合因素的研究认知,日本首先是选择了压延铜箔做负极集流体。
为进一步解决压延铜箔做负极集流体成本过高问题,在上世纪90年代中期,美国人发明了双面光锂电池用电解铜箔,使锂电池用途拓宽可能得以实现。
锂电新能源行业飞速发展-铜箔行业迅速发展
铜箔做为锂离子电池负极集流体,是锂离子电池的重要组成部分,在锂电池电芯材料中的成本占比达到5%-8%。随着锂离子电池的快速发展进步,对铜箔材料的性能、质量和成本的要求也日益提高。
国内、国际新能源政策推动铜箔发展
国际发改委、国家能源局关于《国家发展改革委、国家能源局关于加快推动新型储能发展的指导意见》明确表明推动锂离子电池等相对成熟新型储能技术成本持续下降和商业化规模应用。
从乘联会发布的2024年4月上半月国内汽车市场销售数据来看,4月1日至14日,我国新能源乘用车市场零售26万辆,同比增长32%,4月上半月新能源乘用车零售渗透率为50.39%,首次超过传统燃油乘用车。锂电行业仍处于快速发展阶段。
锂电行业爆发-带动铜箔快速发展
电解铜箔生产工艺介绍
溶铜工艺
溶铜就是把固体铜变为溶于水中的Cu2+,即Cu变成Cu2+,是往电解液中补铜的过程,溶铜过程是铜于氧气、硫酸经过一系列的氧化和化合反应生成硫酸铜水溶液,化学反应式为:2Cu+O2+2H2SO4=2CuSO4+2H2O。
生箔工艺
电解铜箔的制造是一个铜金属电沉积过程,是一种通过外加电流使反应铜离子在阴极上连续还原形成铜单质,并成箔剥离的工艺。
阴极表面铜离子的沉淀主要包括晶核形成和晶体生长两个阶段,铜晶粒随时间不断堆叠,逐步沉积成所需厚度的铜箔。
锂电电解铜箔的发展趋势
高能量密度-更薄化发展
从不同规格锂电铜箔出货量来看,2023年度小于6μm的超薄铜箔出货量占比已经达到8.5%,出货量占比逐年增加,主要产品为4、4.5、5μm锂电铜箔,且目前也有不少企业在尝试验证3.5μm的锂电铜箔。出货结构上则仍是以6μm铜箔为主,其中6μm以上的锂电铜箔的应用比例进一步压缩。锂电铜箔的更薄化发展趋势明显。
更高力学性能
►更高抗拉强度
电池企业对锂电铜箔的抗拉强度要求日益提高。普抗(300~400MPa)虽仍是主流但比重逐渐降低,中抗(400~500MPa)、高抗(500~600MPa)和超高抗(>600MPa)铜箔需求快速提高。
►更高延伸率
电池企业对锂电铜箔的延伸率要求也日益提高。高延锂电铜箔产品的需求比重在快速提升,超高延锂电铜箔产品的需求也已提出。
►高抗高延
要求锂电铜箔在具有高抗拉强度的同时具有高延伸率。
►铜箔的高力学性能对锂电池的多方面好处
提高生产效率:高抗拉强度和高延伸率的铜箔,能够提高电池生产中的涂布碾压效率,避免断带现象。
降低电极厚度:高力学性能可以承受更高的压实力,能增强极片的压实密度并降低电极片的厚度。
提高耐久性:高力学性能的铜箔能更好地抑制电池循环过程中活性材料的变形,从而提高电池的耐久性和使用寿命。
低电阻率
优势:
►减少能量损失
铜箔作为负极集流体,其主要作用是导电。低电阻率的铜箔可以更有效地传输电子,减少在电池内部的能量损失,从而提高电池的整体导电性能。
►降低内阻
电池的内阻是指电池在放电过程中阻碍电流流动的因素,包括电池材料的电阻、电解液的电阻等。铜箔的低电阻率有助于降低电池的总内阻,使得电池在放电时能够更顺畅地释放能量。
►改善功率特性
研究表明,铜箔厚度不同,电池的功率特性也会有所不同。较厚的铜箔通常具有更好的功率特性,这意味着在相同的条件下,低电阻率的铜箔可以帮助电池提供更高的功率输出。
►影响电池寿命
电池的性能随着使用时间的增长而衰减,主要表现为容量下降、内阻增加等。低电阻率的铜箔可以在一定程度上减缓这种衰减过程,延长电池的使用寿命。
低成本
降低锂电铜箔成本极其迫切。
►铜箔企业
提升市场竞争力、占有率:使铜箔企业能够以更具竞争力的价格提供产品,吸引更多的客户,从而扩大市场份额;
增加利润空间:降低生产成本可以直接提高企业的毛利率,增加利润空间;
促进技术创新:为了降低成本,企业可能会投资于新技术和改进生产工艺,这有助于推动整个行业的技术进步;
适应市场变化:随着锂电池行业的快速发展,对高性能铜箔的需求不断增长。降低生产成本可以帮助企业更快地适应市场需求的变化,抓住新的市场机会。
►下游客户
需求满足:目前锂离子电池新能源产业链竞争极其激烈,消费降级,急需锂离子电池产品降价。下游客户迫切降本增效,锂电铜箔做为锂离子电池的重要组成之一,其成本下降也会对电池企业的整体成本产生显著影响。
供应链稳定性:如果铜箔供应商能够通过降低成本的方式提高盈利能力,这将有助于保证供应链的稳定性,确保生产计划的连续性。
设备更新推动铜箔发展
现场设备
生箔机处安装面密度自动测试、调控装置,在线检测铜箔面密度的变化趋势,在发现波动时及时自动调整,从而使铜箔面密度保持更好的一致性。
中试研发系统(生箔机大小与工业机一样大小),独立的实验系统,能够快速开发客户需求特殊铜箔产品母卷样品。
总结与展望
总结
锂电铜箔产能过剩,供大于求,铜箔行业进入激烈竞争阶段。
提升竞争力:
高附加值新产品开发-大环境下,高力学性能、超薄产品的开发是重要的利润来源。
降本增效-采取有效措施降本增效,以减少亏损获取利润是主旋律。
产品质量持续优化-提升客户对产品的认可度,提升产品和企业的市场竞争力。
行业发展展望
全球对锂离子电池的需求持续快速增加,相应锂电铜箔行业的前景也是很乐观的。
铜箔行业升级:不断加大技术研发投入,降低成本,提高生产效率和产品质量,开发新产品满足锂离子电池对高能量密度、长寿命和安全性等方面的要求,最终推动产业升级。
绿色、低碳:环保意识的增强和全球气候变化问题的日益严峻,改进生产工艺、降低能耗、减少废弃物排放以实现绿色生产是行业向绿色、低碳、可循环方向发展的趋势和要求。