【海量纪要007】 | 【机械】东威科技真空磁控溅射双面镀铜首台设备正式下线出货事件：根据东威科技公告，12 月...

2022-12-21 16:28

所谓的复合铜箔本来就不是想当然的喷溅个铜再镀个铜加厚就量产了！反复吹嘘那几点优势！很少有人说不足和缺点！好好看看缺点！都醒醒！好话听多了都信了！马保国把自己都骗了：

复合铜箔主要劣势如下：
但针对PET复合铜箔的优势分析大都是基于资本机构，缺乏较为客观的评价。除了媒体所宣传的复合铜箔的优势以外，我们认为，复合铜箔与传统电解铜箔相比，劣势也是显而易见的。
1.阻值高、产热高。
根据电阻R的计算公式（R=L/S，是电阻率，由材料性质决定；L是长度；S是横截面积），当铜厚度由电解铜箔的4.5 m、6 m分别降到PET复合铜箔的1 m时，相应的铜箔阻值变为原始电解铜箔的4.5倍和6倍（如图2所示）。根据焦耳定律，电流i通过导体产生的热量Q可由公式Q=iRt得出，其中t为电流持续时间，可以看出，在充、放电电流不变的情况下，导体产生的热量Q与其阻值R成正比。如前所述，如果复合铜箔的阻值变为电解铜箔的4.5倍和6倍，则在电池运行过程中，复合铜箔集流体产生的热量Q也将变为电解铜箔产生热量的4.5倍和6倍；即，集流体的阻值增大，将会增大电池内阻，使电池内的温升变得更加严重。由于电池内部升高，并产生焦耳热，所以电池整体的充、放电效率也会降低。
图2. 电解铜箔与复合铜箔对标图。
铜箔阻值R的推导过程如下：
取相同面积的铜箔进行比较，假定铜的电阻率不随工艺改变。设6 m厚的电解铜箔横截面积为S电解6.0，阻值为R电解6.0（R电解6.0=L/S电解6.0）；4.5 m厚的电解铜箔横截面积为S电解4.5，阻值为R电解4.5（R电解4.5=L/S电解4.5）；
则，
对于6.5 m厚的复合铜箔而言，横截面面积S复合6.5=0.17S电解6.0；
对于4.5 m厚的复合铜箔而言，横截面面积S复合4.5=0.22S电解4.5；
由R=L/S，则，
（1）R复合6.5 =L/S复合6.5= L/0.17S电解6.0=6.0 R电解6.0；
（2）R复合4.5 =L/S复合4.5= L/0.22S电解4.5=4.5 R电解4.5。
2.电池内部导热受阻。
锂电池在工作过程中，由于化学反应、电池内阻的存在，会产生明显的温升。如前所述，对于复合铜箔而言，电池内的温升更加明显。因此，锂电池热管理至关重要，否则会引起电池的爆炸燃烧。铜集流体相对于锂电池内部的其他材料而言，仍属于热的良导体，因此铜箔在锂电池内部除了发挥导电作用之外，还将发挥重要的导热作用，将电池内部热量传递到极耳。
有实验表明，在导热系数一定的条件下变化铜箔厚度（0.5 OZ、1 OZ、1.5 OZ、2 OZ，即18 m、35 m、53 m、70 m）。在铜箔试样两端面施加功率为5.8 W的电功率；施加功率的铜块为55 mm。对于0.5 OZ厚的铜箔而言，两端面温差高达26.2 oC，而对于2 OZ铜箔，两端面温差仅有10 oC左右。由此可以很明显的得出结论：随着铜箔厚度的降低，试样两端面的温度差增大[出自：阿拉丁照明网]。但需要关注的是，铜箔厚度与其端面导热性并非单一线性变化，当铜箔厚度低于1 OZ后，铜箔导热性能将显著变差。复合铜箔中铜仅有1 m厚，铜箔厚度的降低必将影响其导热性能；此外，PET等高分子材料是热的不良导体。上述因素叠加，必将导致锂电池内部热量传递受阻，加剧锂离子电池内部材料的分解，增加不安全风险。
图3. 导电铜箔厚度与导热之间的关系[出自：阿拉丁照明网]。
3.影响电池充、放电速度（倍率性能）。
铜箔作为电子集流体，当锂电池放电时，将负极产生的电子输运到外电路；当锂电池充电时，将外电路的电子再传递给负极。如前所述，当铜箔阻值升高时，电子输运就会受阻，导致电池的充、放电倍率性能降低。对于电动车而言，当人们逐渐接收目前的续航里程配置后，锂电池的充、放电速度就开始成为众多消费者关注的重点。
4.锂电池的体积能量密度不一定低。
基于上述对铜箔厚度降低带来的不利因素，如果要提升PET复合铜箔的导热、导电性能，必须增加水镀铜层厚度。但如果水镀铜层厚度增加了，复合铜箔也就失去了其少用铜的优势。并且，由于PET中间膜的存在，锂离子电池的体积能量密度有可能会降低。
5.铜箔表面缺陷多。
PET复合铜箔仍要依赖于后续的电解镀铜过程，且镀铜厚度更低，仅1 m厚。由于电解铜箔制程工艺的限制，当加工铜箔越薄，其表面缺陷（孔洞、杂质等）就会越多，品质越难控制；尤其是对于宽幅铜箔的加工而言，难度更大。
6.磁控溅射工艺存在技术难点。
生产效率低：磁控溅射虽然使铜种子层和PET结合较好，但是效率太低，溅射1 m铜层通常需要进行20~30次，且需要在真空中进行，降低了铜箔生产效率。
PET基膜容易受损：磁控溅射过程需要高压放电，可能存在基膜穿孔现象，并且镀膜过程中温度升高，为了防止高分子基膜受热损坏，需要散热。
收卷难度大：高分子基膜较薄，收卷时容易起皱变形，如何控制材料不变形是工艺难点。
7.金属铜/高分子PET的界面结合难。
金属材料与高分子材料的界面结合是复合材料制备加工的难点。PET与其表面铜箔的界面结合尤为关键，特别是针对高容量硅碳负极而言。锂离子在负极材料中的脱嵌将产生明显的膨胀-收缩应力。由于铜箔与PET的界面处缺少化学键合，因此，在锂电池长期服役过程中，由于负极材料的膨胀-收缩循环极有可能导致铜箔与PET在界面处脱离，使电池失效。
8.PET加工和稳定性差。
厚度仅为4.5 m、2.5 m，幅宽在1300 mm的PET膜的加工存在难度，且PET材料在锂离子电池电解液中的化学稳定性受到质疑，还需要进行锂电池的长寿命实验来进行可靠性验证。
9.成本悖论。
复合铜箔的一个重要优势是成本较低，不过如以上第3点分析，未来下游终端用户对充放电速度会更加关注，如果电池厂需要提高充放电速度，就会要求复合铜箔增加镀铜的厚度。假设复合铜箔单面的镀铜厚度达到了2 m，那么总镀铜厚度会达到4 m，而目前市场上锂电铜箔4.5 m的产品已经开始批量应用。作为一项新工艺，复合铜箔通过电镀得到相同厚度的铜箔会比传统的电解铜箔高出很多，这与电池厂家最初希望降低成本的初心是矛盾的。
5
总结
针对市场上对超薄锂电复合铜箔的广泛关注，从超薄复合铜箔的原理及加工工艺、铜箔结构、化学组成等方面，客观评价了复合铜箔应用于锂离子电池负极集流体的“利”与“弊”。我们认为复合铜箔存在一定的理论优势，但经仔细推敲后，会发现仍存在较大劣势，如在导电、导热、加工良率等方面仍需要广大科研人员和产业界进行共同攻关。长远来看，锂电复合铜箔可能会在小规模储能、柔性穿戴电池中存在一定应用，但十年内都不大可能形成大规模的产业化应用。

作者：海量纪要007

全部讨论