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常见问题

镀铜PP纤维膜的制备方法及在锂离子电池负极集流体的应用与流程

时间:2023-07-03浏览次数:727

复合铜箔是一种“三明治结构” 的负极集流体材料,其中间的基膜通常为 PET 或者PP 膜,厚度为 4.5μm。在基膜两侧各 镀有 1μm 的铜层。

 1、电解铜箔对锂电池的安全性存忧;
        电解铜箔为锂电池负极的关键基础材料,在锂电池中是负极活性物质的载体,也是负极电子的收集体和传导体。由于具备良好的导电性、柔韧性和机械加工性能,同时加工成本低,工艺成熟,铜箔是锂电池负极材料载体和集流体的优选材料。在锂电池的制作过程中,负极 活性物质由约 90%的负极活性物质碳材料、4%-5%的乙炔黑导电剂、6%-7%的粘合剂均匀混合 后涂覆于铜箔集流体表面,经过干燥辊压与分切等工序可以制得负极电极,铜箔的性能对于锂电池的性能有很大影响。
        根据《电动汽车锂电池内短路诱发热失控的机理研究进展》,引发电池热失 控的主要滥用条件为电滥用(过充电、过放电)、机械滥用(碰撞、挤压、穿刺、振动)和热滥用(高温下隔膜瓦解),三种滥用条件最终几乎都伴随着正负极材料直接接触导致的内短路,进而引发热失控,因此电池内短路为电池热失控的重要环节。消费端对于锂电池的更大顾虑是其安全性,而电池自燃是由于发热失控导致的内短路。传统电解铜箔为纯铜,承载颗粒活性材料、电解液具有流动性、在动力电池装车中需要应对不同的复杂路况,颠簸下造成某个点应力集中,交替反复产生细小裂纹,后发展为断裂,薄 膜表面断裂会产生毛刺,有穿透隔膜的风险,造成内短路。

镀铜膜

 2、复合集流体 PET/PP 镀铜箔的好处

  (1)PP-PET 复合铜箔安全性提升,削弱穿刺隔膜影响因素,降低电池内短路风险。内短路 诱发原因之一:应力集中下金属薄膜疲劳断裂产生毛刺。PP-PET 复合铜箔在提升电池安全 性之外,凭借其低密度,降低集流体重量。PP-PET

复合铜箔兼容性较好,能够匹配现有的 电池系统。复合铜箔为铜-高分子-铜复合结构,为以高分子为基材,两侧镀铜的新型铜箔材料。基材选取 PET、PP 等高分子材料作为基材。有机高分子材料具备绝缘性和柔韧性,能够满 足箔材的卷绕需求。塑料复合铜箔中内部基材为高分子材料,其抗疲劳能力优异,能够吸收一部分应力,削弱金属薄膜断裂以及锂枝晶对于隔膜穿刺的影响。磁控溅射:磁控溅射属于物理气相沉积的一种,是电子在电场的作用下,与氩气碰撞后,高 能量的氩原子电离后撞击靶材表面,使得靶材发生溅射。
        溅射粒子在基片上沉积形成薄膜。真空蒸镀:真空蒸镀属于物理气相沉积的一种,为在真空条件下,采用一定的加热蒸发方式 使得镀膜材料气化,粒子在基材表面沉积凝聚为膜的工艺方式。水电镀:水电镀为传统电镀工艺,PET/PP 等基材在经过磁控溅射后,基材表面沉积一层薄 金属层,通过电化学方式实现在溅射金属层-PET 基材-溅射金属层复合材料两侧进行金属沉 积,增加金属层厚度,降低电阻。
镀铜膜

 (2)塑料复合铜箔在提升电池安全性之外,凭借其低密度,降低集流体重量

1、分为一步法(化学沉积法/真空磁控溅射法/真空蒸镀法)、两步法(真空磁控溅射+水电镀)以及三步法(真空磁控溅射+真空蒸镀+水电镀)。一步法溅射镀成本较高,三步法沉积效率更高,但良率较低,因此目前主流厂家都使用两步法。
        2、两步法:先在PET/PP上以磁控溅射铜层,然后再水电镀增厚。这种方法在点渍、穿孔、延展性等技术指标可以得到满足。其中,第二大工序离子置换,与传统电镀的方法具备技术相通性,技术较为成熟。PVD溅射镀膜则成为当前的技术难点,也是PET铜箔商业化的技术核心障碍。
        3、行业痛点:
(1)现行工艺存在几大难题,导致无法实现大规模量产:
    1)成膜后膜层牢固度不佳;
    2)镀膜过程中造成的基膜变形鼓包,穿孔甚至断裂;
    3)成膜后膜层的均匀性以及点渍较难控制;
    4)镀膜腔体内部零部件出现因镀膜产生的杂质堆积;
    5)为实现低方阻而增加膜厚,进而导致基膜碳化,延展性下降。
(2)经济指标:主要是PVD溅射镀膜环节的速度、连续性、宕机时间三方面,对成本影响较大。如果成本太高,难以满足下游电池厂商降本要求。未来如果速度、连续性和宕机时间都能得到保证,成本降下来是可以的。
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