打孔铜箔动力电池应用前景到底如何？
来源：宝鄂实业
2019-05-04 23:34
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有人说，不少动力电池企业连6μm锂电铜箔都用不好，打孔铜箔的市场化应用还太远；也有人说，打孔铜箔是未来动力电池负极集流体应用的趋势，能够配合高能量密度的动力电池克服一些难题。
那么，打孔铜箔动力电池应用前景到底如何？
据悉，目前打孔铜箔在国内动力电池领域尚未实现规模化应用，但以诺德股份为首的铜箔巨头已经实现量产，并开始对部分客户进行送样测试。
日前，诺德股份副总裁陈郁弼在高工锂电(2018)国际锂电池关键材料技术创新峰会上表示：“目前箔材越来越轻量化，锂电铜箔的材料厚度已经从9um、8um走到6um。再往下走，5um、4um的性价比已经不适合。要实现倍率的增加，充放电循环、连接性更优等方面的提升，锂电铜箔下面要走的路线就是打孔。”
需要正视的是，打孔铜箔对现在的动力电池企业来说，并不是必需品。目前动力电池企业依然使用的是NCM622或523体系的材料，并没有导入打孔铜箔的需要，否则只是徒增成本，与“降本增效”的目的背道而驰。
客观来看，未来打孔铜箔在动力电池领域的应用机会主要集中在掺硅碳的高倍率高比能量动力电池和全固态锂电池上。
以硅碳系动力电池为例，目前诸多动力电池企业难以大规模量产这款电池的主要原因是，硅碳负极首效较人造石墨低(硅碳负极首效在80%左右，石墨负极首效达90%以上)，造成预嵌锂难度高，电池容量快速衰减。
为了解决上述问题，有的企业选择从补锂设备着手，向负极极片直接喷涂金属锂粉，正在研发中；也有不少企业将希望寄托于集流体材料，打孔铜箔就是其中的一款材料。
一位长期致力于打孔铜箔铝箔研究的业内人士就向高工锂电表示，打孔铜箔能够助力动力电池企业解决上述问题。打孔铜箔在硅碳系动力电池中的应用能够解决三个技术难点：
一是硅碳负极多次循环后的剥离问题。硅碳负极在充放电过程具有膨胀收缩效应，多次充放电之后，涂层材料与箔材之间的剥离现象加剧，内阻急剧增大，从而影响寿命。采用多孔集流体，通过孔隙间的材料，在正负极极片涂层正反两面材料形成“工”字型咬合状态，极片脱落的概率可大幅度降低，利于动力电池循环寿命的增加。
二是硅碳负极预嵌锂难题。预嵌锂主要实现两个目的，为了补偿最初SEI所消耗的锂源或者降低负极电位。但硅碳负极首效低却导致锂离子从正极运动到负极时，过量减少，而打孔铜箔可以克服预嵌锂的均匀性、效率等问题。
三是离子传输通道问题。高倍率动力电池的开发，导电性问题早已通过材料本身、电芯设计、新型导电剂方面予以解决，但离子传输效率提高更加困难，有贯通空隙的集流体在这方面能够提供一些助力。
在陈郁弼看来，目前在锂电铜箔两侧进行负极材料涂布时，出现涂布厚度不一致问题，这就导致电池的活性物质，即锂离子利用效率下降，最终引起电池电容量下降。为了平衡能量密度与安全性之间的关系，动力电池企业给箔材进行打孔处理正是其中的一项解决方案。
正因为打孔铜箔对硅碳系动力电池性能有上述改善空间，这也成为电池企业对其保持较为开放态度的根本原因。
一位知情人士透露：“现在动力电池企业也是处于‘摸着石头过河’的阶段，对打孔铜箔有基础性的了解，但具体孔隙率要达到什么标准才能既不断箔又能切实提升动力电池性能，还在测试当中。”
所以，打孔铜箔未来的命运如何要看动力电池企业应用后的最终效果。在该项目中，塔尔加正研发一种高能量密度的石墨烯硅电池阳极产品，称为TalnodeTM-Si，比其他商用石墨阳极的能量密度明显更高。塔尔加董事总经理MarkThompson表示，TalnodeTM-Si将满足日益增长的锂离子电池的需求，该电池具有更高容量，可增加电动汽车的续航里程，增长便携式电子设备的工作时间。
主要的锂离子电池制造商都通过在石墨阳极中增加硅含量来提高电池能量密度，但是硅的使用受到电池寿命和稳定性问题的阻碍。塔尔加的测试结果表明使用石墨烯的TalnodeTM-Si可在硅膨胀时保持其稳定性，从而在确保电池寿命的同时实现更高的能量密度。
最近，几家汽车制造商表示打算在下一代电池组中采用更高的能量-重量比，而电池阳极材料供应链的其他大型集团也已经将石墨中的硅技术用于生产氧化硅基石墨。例如，大众汽车公司估计，从2018年至2025年，其电池能量密度可增加25%，并且目标是在2020年在电池阳极中采用20%的硅。
方形锂电池通常是指铝壳或钢壳方形电池，方形电池的普及率在国内很高，国内动力电池厂商多采用电池能量密度较高的铝壳方形电池为主，因为方形电池的结构较为简单，不像圆柱电池采用强度较高的不锈钢作为壳体及具有防爆安全阀的等附件，所以整体附件重量要轻，相对能量密度较高。方型电池有采用叠片和卷绕两种不同的工艺。
但由于方形锂电池可以根据产品的尺寸进行定制化生产，所以市场上有成千上万种型号，而正因为型号太多，工艺很难统一。方形电池在普通的电子产品上使用没有问题，但对于需要多只串、并联的工业设备产品，最好使用标准化生产的圆柱形锂电池，这样生产工艺有保证，以后也更容易找到可替换电池。
容量更高的电池可通过延长电子设备运行时间或增加电动汽车的续航里程而使工业受益。此外，容量更高还能降低成本，因为增加的能量密度可减少整个电池组中的每单位能量（Kw/hr）成本。增加的电池容量对客户来说是一个非常重要的指标，特别对于中国客户来说，因为中国的新能源汽车的补贴与其电池能量密度相关，而且中国新能源汽车利润丰厚。
那么，打孔铜箔动力电池应用前景到底如何？
据悉，目前打孔铜箔在国内动力电池领域尚未实现规模化应用，但以诺德股份为首的铜箔巨头已经实现量产，并开始对部分客户进行送样测试。
日前，诺德股份副总裁陈郁弼在高工锂电(2018)国际锂电池关键材料技术创新峰会上表示：“目前箔材越来越轻量化，锂电铜箔的材料厚度已经从9um、8um走到6um。再往下走，5um、4um的性价比已经不适合。要实现倍率的增加，充放电循环、连接性更优等方面的提升，锂电铜箔下面要走的路线就是打孔。”
需要正视的是，打孔铜箔对现在的动力电池企业来说，并不是必需品。目前动力电池企业依然使用的是NCM622或523体系的材料，并没有导入打孔铜箔的需要，否则只是徒增成本，与“降本增效”的目的背道而驰。
客观来看，未来打孔铜箔在动力电池领域的应用机会主要集中在掺硅碳的高倍率高比能量动力电池和全固态锂电池上。
以硅碳系动力电池为例，目前诸多动力电池企业难以大规模量产这款电池的主要原因是，硅碳负极首效较人造石墨低(硅碳负极首效在80%左右，石墨负极首效达90%以上)，造成预嵌锂难度高，电池容量快速衰减。
为了解决上述问题，有的企业选择从补锂设备着手，向负极极片直接喷涂金属锂粉，正在研发中；也有不少企业将希望寄托于集流体材料，打孔铜箔就是其中的一款材料。
一位长期致力于打孔铜箔铝箔研究的业内人士就向高工锂电表示，打孔铜箔能够助力动力电池企业解决上述问题。打孔铜箔在硅碳系动力电池中的应用能够解决三个技术难点：
一是硅碳负极多次循环后的剥离问题。硅碳负极在充放电过程具有膨胀收缩效应，多次充放电之后，涂层材料与箔材之间的剥离现象加剧，内阻急剧增大，从而影响寿命。采用多孔集流体，通过孔隙间的材料，在正负极极片涂层正反两面材料形成“工”字型咬合状态，极片脱落的概率可大幅度降低，利于动力电池循环寿命的增加。
二是硅碳负极预嵌锂难题。预嵌锂主要实现两个目的，为了补偿最初SEI所消耗的锂源或者降低负极电位。但硅碳负极首效低却导致锂离子从正极运动到负极时，过量减少，而打孔铜箔可以克服预嵌锂的均匀性、效率等问题。
三是离子传输通道问题。高倍率动力电池的开发，导电性问题早已通过材料本身、电芯设计、新型导电剂方面予以解决，但离子传输效率提高更加困难，有贯通空隙的集流体在这方面能够提供一些助力。
在陈郁弼看来，目前在锂电铜箔两侧进行负极材料涂布时，出现涂布厚度不一致问题，这就导致电池的活性物质，即锂离子利用效率下降，最终引起电池电容量下降。为了平衡能量密度与安全性之间的关系，动力电池企业给箔材进行打孔处理正是其中的一项解决方案。
正因为打孔铜箔对硅碳系动力电池性能有上述改善空间，这也成为电池企业对其保持较为开放态度的根本原因。
一位知情人士透露：“现在动力电池企业也是处于‘摸着石头过河’的阶段，对打孔铜箔有基础性的了解，但具体孔隙率要达到什么标准才能既不断箔又能切实提升动力电池性能，还在测试当中。”
所以，打孔铜箔未来的命运如何要看动力电池企业应用后的最终效果。在该项目中，塔尔加正研发一种高能量密度的石墨烯硅电池阳极产品，称为TalnodeTM-Si，比其他商用石墨阳极的能量密度明显更高。塔尔加董事总经理MarkThompson表示，TalnodeTM-Si将满足日益增长的锂离子电池的需求，该电池具有更高容量，可增加电动汽车的续航里程，增长便携式电子设备的工作时间。
主要的锂离子电池制造商都通过在石墨阳极中增加硅含量来提高电池能量密度，但是硅的使用受到电池寿命和稳定性问题的阻碍。塔尔加的测试结果表明使用石墨烯的TalnodeTM-Si可在硅膨胀时保持其稳定性，从而在确保电池寿命的同时实现更高的能量密度。
最近，几家汽车制造商表示打算在下一代电池组中采用更高的能量-重量比，而电池阳极材料供应链的其他大型集团也已经将石墨中的硅技术用于生产氧化硅基石墨。例如，大众汽车公司估计，从2018年至2025年，其电池能量密度可增加25%，并且目标是在2020年在电池阳极中采用20%的硅。
方形锂电池通常是指铝壳或钢壳方形电池，方形电池的普及率在国内很高，国内动力电池厂商多采用电池能量密度较高的铝壳方形电池为主，因为方形电池的结构较为简单，不像圆柱电池采用强度较高的不锈钢作为壳体及具有防爆安全阀的等附件，所以整体附件重量要轻，相对能量密度较高。方型电池有采用叠片和卷绕两种不同的工艺。
但由于方形锂电池可以根据产品的尺寸进行定制化生产，所以市场上有成千上万种型号，而正因为型号太多，工艺很难统一。方形电池在普通的电子产品上使用没有问题，但对于需要多只串、并联的工业设备产品，最好使用标准化生产的圆柱形锂电池，这样生产工艺有保证，以后也更容易找到可替换电池。
容量更高的电池可通过延长电子设备运行时间或增加电动汽车的续航里程而使工业受益。此外，容量更高还能降低成本，因为增加的能量密度可减少整个电池组中的每单位能量（Kw/hr）成本。增加的电池容量对客户来说是一个非常重要的指标，特别对于中国客户来说，因为中国的新能源汽车的补贴与其电池能量密度相关，而且中国新能源汽车利润丰厚。
