打孔銅箔動力電池應(yīng)用前景到底如何？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-04 23:34
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有人說，不少動力電池企業(yè)連6μm鋰電銅箔都用不好，打孔銅箔的市場化應(yīng)用還太遠(yuǎn)；也有人說，打孔銅箔是未來動力電池負(fù)極集流體應(yīng)用的趨勢，能夠配合高能量密度的動力電池克服一些難題。
那么，打孔銅箔動力電池應(yīng)用前景到底如何？
據(jù)悉，目前打孔銅箔在國內(nèi)動力電池領(lǐng)域尚未實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，但以諾德股份為首的銅箔巨頭已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，并開始對部分客戶進(jìn)行送樣測試。
日前，諾德股份副總裁陳郁弼在高工鋰電(2018)國際鋰電池關(guān)鍵材料技術(shù)創(chuàng)新峰會上表示：“目前箔材越來越輕量化，鋰電銅箔的材料厚度已經(jīng)從9um、8um走到6um。再往下走，5um、4um的性價比已經(jīng)不適合。要實(shí)現(xiàn)倍率的增加，充放電循環(huán)、連接性更優(yōu)等方面的提升，鋰電銅箔下面要走的路線就是打孔。”
需要正視的是，打孔銅箔對現(xiàn)在的動力電池企業(yè)來說，并不是必需品。目前動力電池企業(yè)依然使用的是NCM622或523體系的材料，并沒有導(dǎo)入打孔銅箔的需要，否則只是徒增成本，與“降本增效”的目的背道而馳。
客觀來看，未來打孔銅箔在動力電池領(lǐng)域的應(yīng)用機(jī)會主要集中在摻硅碳的高倍率高比能量動力電池和全固態(tài)鋰電池上。
以硅碳系動力電池為例，目前諸多動力電池企業(yè)難以大規(guī)模量產(chǎn)這款電池的主要原因是，硅碳負(fù)極首效較人造石墨低(硅碳負(fù)極首效在80%左右，石墨負(fù)極首效達(dá)90%以上)，造成預(yù)嵌鋰難度高，電池容量快速衰減。
為了解決上述問題，有的企業(yè)選擇從補(bǔ)鋰設(shè)備著手，向負(fù)極極片直接噴涂金屬鋰粉，正在研發(fā)中；也有不少企業(yè)將希望寄托于集流體材料，打孔銅箔就是其中的一款材料。
一位長期致力于打孔銅箔鋁箔研究的業(yè)內(nèi)人士就向高工鋰電表示，打孔銅箔能夠助力動力電池企業(yè)解決上述問題。打孔銅箔在硅碳系動力電池中的應(yīng)用能夠解決三個技術(shù)難點(diǎn)：
一是硅碳負(fù)極多次循環(huán)后的剝離問題。硅碳負(fù)極在充放電過程具有膨脹收縮效應(yīng)，多次充放電之后，涂層材料與箔材之間的剝離現(xiàn)象加劇，內(nèi)阻急劇增大，從而影響壽命。采用多孔集流體，通過孔隙間的材料，在正負(fù)極極片涂層正反兩面材料形成“工”字型咬合狀態(tài)，極片脫落的概率可大幅度降低，利于動力電池循環(huán)壽命的增加。
二是硅碳負(fù)極預(yù)嵌鋰難題。預(yù)嵌鋰主要實(shí)現(xiàn)兩個目的，為了補(bǔ)償最初SEI所消耗的鋰源或者降低負(fù)極電位。但硅碳負(fù)極首效低卻導(dǎo)致鋰離子從正極運(yùn)動到負(fù)極時，過量減少，而打孔銅箔可以克服預(yù)嵌鋰的均勻性、效率等問題。
三是離子傳輸通道問題。高倍率動力電池的開發(fā)，導(dǎo)電性問題早已通過材料本身、電芯設(shè)計、新型導(dǎo)電劑方面予以解決，但離子傳輸效率提高更加困難，有貫通空隙的集流體在這方面能夠提供一些助力。
在陳郁弼看來，目前在鋰電銅箔兩側(cè)進(jìn)行負(fù)極材料涂布時，出現(xiàn)涂布厚度不一致問題，這就導(dǎo)致電池的活性物質(zhì)，即鋰離子利用效率下降，最終引起電池電容量下降。為了平衡能量密度與安全性之間的關(guān)系，動力電池企業(yè)給箔材進(jìn)行打孔處理正是其中的一項解決方案。
正因?yàn)榇蚩足~箔對硅碳系動力電池性能有上述改善空間，這也成為電池企業(yè)對其保持較為開放態(tài)度的根本原因。
一位知情人士透露：“現(xiàn)在動力電池企業(yè)也是處于‘摸著石頭過河’的階段，對打孔銅箔有基礎(chǔ)性的了解，但具體孔隙率要達(dá)到什么標(biāo)準(zhǔn)才能既不斷箔又能切實(shí)提升動力電池性能，還在測試當(dāng)中。”
所以，打孔銅箔未來的命運(yùn)如何要看動力電池企業(yè)應(yīng)用后的最終效果。在該項目中，塔爾加正研發(fā)一種高能量密度的石墨烯硅電池陽極產(chǎn)品，稱為TalnodeTM-Si，比其他商用石墨陽極的能量密度明顯更高。塔爾加董事總經(jīng)理MarkThompson表示，TalnodeTM-Si將滿足日益增長的鋰離子電池的需求，該電池具有更高容量，可增加電動汽車的續(xù)航里程，增長便攜式電子設(shè)備的工作時間。
主要的鋰離子電池制造商都通過在石墨陽極中增加硅含量來提高電池能量密度，但是硅的使用受到電池壽命和穩(wěn)定性問題的阻礙。塔爾加的測試結(jié)果表明使用石墨烯的TalnodeTM-Si可在硅膨脹時保持其穩(wěn)定性，從而在確保電池壽命的同時實(shí)現(xiàn)更高的能量密度。
最近，幾家汽車制造商表示打算在下一代電池組中采用更高的能量-重量比，而電池陽極材料供應(yīng)鏈的其他大型集團(tuán)也已經(jīng)將石墨中的硅技術(shù)用于生產(chǎn)氧化硅基石墨。例如，大眾汽車公司估計，從2018年至2025年，其電池能量密度可增加25%，并且目標(biāo)是在2020年在電池陽極中采用20%的硅。
方形鋰電池通常是指鋁殼或鋼殼方形電池，方形電池的普及率在國內(nèi)很高，國內(nèi)動力電池廠商多采用電池能量密度較高的鋁殼方形電池為主，因?yàn)榉叫坞姵氐慕Y(jié)構(gòu)較為簡單，不像圓柱電池采用強(qiáng)度較高的不銹鋼作為殼體及具有防爆安全閥的等附件，所以整體附件重量要輕，相對能量密度較高。方型電池有采用疊片和卷繞兩種不同的工藝。
但由于方形鋰電池可以根據(jù)產(chǎn)品的尺寸進(jìn)行定制化生產(chǎn)，所以市場上有成千上萬種型號，而正因?yàn)樾吞柼?，工藝很難統(tǒng)一。方形電池在普通的電子產(chǎn)品上使用沒有問題，但對于需要多只串、并聯(lián)的工業(yè)設(shè)備產(chǎn)品，最好使用標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的圓柱形鋰電池，這樣生產(chǎn)工藝有保證，以后也更容易找到可替換電池。
容量更高的電池可通過延長電子設(shè)備運(yùn)行時間或增加電動汽車的續(xù)航里程而使工業(yè)受益。此外，容量更高還能降低成本，因?yàn)樵黾拥哪芰棵芏瓤蓽p少整個電池組中的每單位能量（Kw/hr）成本。增加的電池容量對客戶來說是一個非常重要的指標(biāo)，特別對于中國客戶來說，因?yàn)橹袊男履茉雌嚨难a(bǔ)貼與其電池能量密度相關(guān)，而且中國新能源汽車?yán)麧欂S厚。
那么，打孔銅箔動力電池應(yīng)用前景到底如何？
據(jù)悉，目前打孔銅箔在國內(nèi)動力電池領(lǐng)域尚未實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，但以諾德股份為首的銅箔巨頭已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，并開始對部分客戶進(jìn)行送樣測試。
日前，諾德股份副總裁陳郁弼在高工鋰電(2018)國際鋰電池關(guān)鍵材料技術(shù)創(chuàng)新峰會上表示：“目前箔材越來越輕量化，鋰電銅箔的材料厚度已經(jīng)從9um、8um走到6um。再往下走，5um、4um的性價比已經(jīng)不適合。要實(shí)現(xiàn)倍率的增加，充放電循環(huán)、連接性更優(yōu)等方面的提升，鋰電銅箔下面要走的路線就是打孔。”
需要正視的是，打孔銅箔對現(xiàn)在的動力電池企業(yè)來說，并不是必需品。目前動力電池企業(yè)依然使用的是NCM622或523體系的材料，并沒有導(dǎo)入打孔銅箔的需要，否則只是徒增成本，與“降本增效”的目的背道而馳。
客觀來看，未來打孔銅箔在動力電池領(lǐng)域的應(yīng)用機(jī)會主要集中在摻硅碳的高倍率高比能量動力電池和全固態(tài)鋰電池上。
以硅碳系動力電池為例，目前諸多動力電池企業(yè)難以大規(guī)模量產(chǎn)這款電池的主要原因是，硅碳負(fù)極首效較人造石墨低(硅碳負(fù)極首效在80%左右，石墨負(fù)極首效達(dá)90%以上)，造成預(yù)嵌鋰難度高，電池容量快速衰減。
為了解決上述問題，有的企業(yè)選擇從補(bǔ)鋰設(shè)備著手，向負(fù)極極片直接噴涂金屬鋰粉，正在研發(fā)中；也有不少企業(yè)將希望寄托于集流體材料，打孔銅箔就是其中的一款材料。
一位長期致力于打孔銅箔鋁箔研究的業(yè)內(nèi)人士就向高工鋰電表示，打孔銅箔能夠助力動力電池企業(yè)解決上述問題。打孔銅箔在硅碳系動力電池中的應(yīng)用能夠解決三個技術(shù)難點(diǎn)：
一是硅碳負(fù)極多次循環(huán)后的剝離問題。硅碳負(fù)極在充放電過程具有膨脹收縮效應(yīng)，多次充放電之后，涂層材料與箔材之間的剝離現(xiàn)象加劇，內(nèi)阻急劇增大，從而影響壽命。采用多孔集流體，通過孔隙間的材料，在正負(fù)極極片涂層正反兩面材料形成“工”字型咬合狀態(tài)，極片脫落的概率可大幅度降低，利于動力電池循環(huán)壽命的增加。
二是硅碳負(fù)極預(yù)嵌鋰難題。預(yù)嵌鋰主要實(shí)現(xiàn)兩個目的，為了補(bǔ)償最初SEI所消耗的鋰源或者降低負(fù)極電位。但硅碳負(fù)極首效低卻導(dǎo)致鋰離子從正極運(yùn)動到負(fù)極時，過量減少，而打孔銅箔可以克服預(yù)嵌鋰的均勻性、效率等問題。
三是離子傳輸通道問題。高倍率動力電池的開發(fā)，導(dǎo)電性問題早已通過材料本身、電芯設(shè)計、新型導(dǎo)電劑方面予以解決，但離子傳輸效率提高更加困難，有貫通空隙的集流體在這方面能夠提供一些助力。
在陳郁弼看來，目前在鋰電銅箔兩側(cè)進(jìn)行負(fù)極材料涂布時，出現(xiàn)涂布厚度不一致問題，這就導(dǎo)致電池的活性物質(zhì)，即鋰離子利用效率下降，最終引起電池電容量下降。為了平衡能量密度與安全性之間的關(guān)系，動力電池企業(yè)給箔材進(jìn)行打孔處理正是其中的一項解決方案。
正因?yàn)榇蚩足~箔對硅碳系動力電池性能有上述改善空間，這也成為電池企業(yè)對其保持較為開放態(tài)度的根本原因。
一位知情人士透露：“現(xiàn)在動力電池企業(yè)也是處于‘摸著石頭過河’的階段，對打孔銅箔有基礎(chǔ)性的了解，但具體孔隙率要達(dá)到什么標(biāo)準(zhǔn)才能既不斷箔又能切實(shí)提升動力電池性能，還在測試當(dāng)中。”
所以，打孔銅箔未來的命運(yùn)如何要看動力電池企業(yè)應(yīng)用后的最終效果。在該項目中，塔爾加正研發(fā)一種高能量密度的石墨烯硅電池陽極產(chǎn)品，稱為TalnodeTM-Si，比其他商用石墨陽極的能量密度明顯更高。塔爾加董事總經(jīng)理MarkThompson表示，TalnodeTM-Si將滿足日益增長的鋰離子電池的需求，該電池具有更高容量，可增加電動汽車的續(xù)航里程，增長便攜式電子設(shè)備的工作時間。
主要的鋰離子電池制造商都通過在石墨陽極中增加硅含量來提高電池能量密度，但是硅的使用受到電池壽命和穩(wěn)定性問題的阻礙。塔爾加的測試結(jié)果表明使用石墨烯的TalnodeTM-Si可在硅膨脹時保持其穩(wěn)定性，從而在確保電池壽命的同時實(shí)現(xiàn)更高的能量密度。
最近，幾家汽車制造商表示打算在下一代電池組中采用更高的能量-重量比，而電池陽極材料供應(yīng)鏈的其他大型集團(tuán)也已經(jīng)將石墨中的硅技術(shù)用于生產(chǎn)氧化硅基石墨。例如，大眾汽車公司估計，從2018年至2025年，其電池能量密度可增加25%，并且目標(biāo)是在2020年在電池陽極中采用20%的硅。
方形鋰電池通常是指鋁殼或鋼殼方形電池，方形電池的普及率在國內(nèi)很高，國內(nèi)動力電池廠商多采用電池能量密度較高的鋁殼方形電池為主，因?yàn)榉叫坞姵氐慕Y(jié)構(gòu)較為簡單，不像圓柱電池采用強(qiáng)度較高的不銹鋼作為殼體及具有防爆安全閥的等附件，所以整體附件重量要輕，相對能量密度較高。方型電池有采用疊片和卷繞兩種不同的工藝。
但由于方形鋰電池可以根據(jù)產(chǎn)品的尺寸進(jìn)行定制化生產(chǎn)，所以市場上有成千上萬種型號，而正因?yàn)樾吞柼?，工藝很難統(tǒng)一。方形電池在普通的電子產(chǎn)品上使用沒有問題，但對于需要多只串、并聯(lián)的工業(yè)設(shè)備產(chǎn)品，最好使用標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的圓柱形鋰電池，這樣生產(chǎn)工藝有保證，以后也更容易找到可替換電池。
容量更高的電池可通過延長電子設(shè)備運(yùn)行時間或增加電動汽車的續(xù)航里程而使工業(yè)受益。此外，容量更高還能降低成本，因?yàn)樵黾拥哪芰棵芏瓤蓽p少整個電池組中的每單位能量（Kw/hr）成本。增加的電池容量對客戶來說是一個非常重要的指標(biāo)，特別對于中國客戶來說，因?yàn)橹袊男履茉雌嚨难a(bǔ)貼與其電池能量密度相關(guān)，而且中國新能源汽車?yán)麧欂S厚。
