鍍銅PP纖維膜的制備方法及在鋰離子電池負極集流體的應用與流程

復合銅箔是一種“三明治結構” 的負極集流體材料，其中間的基膜通常為 PET 或者PP 膜，厚度為 4.5μm。在基膜兩側各 鍍有 1μm 的銅層。

 1、電解銅箔對鋰電池的安全性存憂；
        電解銅箔為鋰電池負極的關鍵基礎材料，在鋰電池中是負極活性物質(zhì)的載體，也是負極電子的收集體和傳導體。由于具備良好的導電性、柔韌性和機械加工性能，同時加工成本低，工藝成熟，銅箔是鋰電池負極材料載體和集流體的優(yōu)選材料。在鋰電池的制作過程中，負極 活性物質(zhì)由約 90%的負極活性物質(zhì)碳材料、4%-5%的乙炔黑導電劑、6%-7%的粘合劑均勻混合 后涂覆于銅箔集流體表面，經(jīng)過干燥輥壓與分切等工序可以制得負極電極，銅箔的性能對于鋰電池的性能有很大影響。
        根據(jù)《電動汽車鋰電池內(nèi)短路誘發(fā)熱失控的機理研究進展》，引發(fā)電池熱失 控的主要濫用條件為電濫用（過充電、過放電）、機械濫用（碰撞、擠壓、穿刺、振動）和熱濫用（高溫下隔膜瓦解），三種濫用條件最終幾乎都伴隨著正負極材料直接接觸導致的內(nèi)短路，進而引發(fā)熱失控，因此電池內(nèi)短路為電池熱失控的重要環(huán)節(jié)。消費端對于鋰電池的更大顧慮是其安全性，而電池自燃是由于發(fā)熱失控導致的內(nèi)短路。傳統(tǒng)電解銅箔為純銅，承載顆?；钚圆牧?、電解液具有流動性、在動力電池裝車中需要應對不同的復雜路況，顛簸下造成某個點應力集中，交替反復產(chǎn)生細小裂紋，后發(fā)展為斷裂，薄 膜表面斷裂會產(chǎn)生毛刺，有穿透隔膜的風險，造成內(nèi)短路。

 2、復合集流體 PET/PP 鍍銅箔的好處

  （1）PP-PET 復合銅箔安全性提升，削弱穿刺隔膜影響因素，降低電池內(nèi)短路風險。內(nèi)短路 誘發(fā)原因之一：應力集中下金屬薄膜疲勞斷裂產(chǎn)生毛刺。PP-PET 復合銅箔在提升電池安全 性之外，憑借其低密度，降低集流體重量。PP-PET

復合銅箔兼容性較好，能夠匹配現(xiàn)有的 電池系統(tǒng)。復合銅箔為銅-高分子-銅復合結構，為以高分子為基材，兩側鍍銅的新型銅箔材料?；倪x取 PET、PP 等高分子材料作為基材。有機高分子材料具備絕緣性和柔韌性，能夠滿 足箔材的卷繞需求。塑料復合銅箔中內(nèi)部基材為高分子材料，其抗疲勞能力優(yōu)異，能夠吸收一部分應力，削弱金屬薄膜斷裂以及鋰枝晶對于隔膜穿刺的影響。磁控濺射：磁控濺射屬于物理氣相沉積的一種，是電子在電場的作用下，與氬氣碰撞后，高 能量的氬原子電離后撞擊靶材表面，使得靶材發(fā)生濺射。
        濺射粒子在基片上沉積形成薄膜。真空蒸鍍：真空蒸鍍屬于物理氣相沉積的一種，為在真空條件下，采用一定的加熱蒸發(fā)方式 使得鍍膜材料氣化，粒子在基材表面沉積凝聚為膜的工藝方式。水電鍍：水電鍍?yōu)閭鹘y(tǒng)電鍍工藝，PET/PP 等基材在經(jīng)過磁控濺射后，基材表面沉積一層薄 金屬層，通過電化學方式實現(xiàn)在濺射金屬層-PET 基材-濺射金屬層復合材料兩側進行金屬沉 積，增加金屬層厚度，降低電阻。

 （2）塑料復合銅箔在提升電池安全性之外，憑借其低密度，降低集流體重量

1、分為一步法（化學沉積法/真空磁控濺射法/真空蒸鍍法）、兩步法（真空磁控濺射+水電鍍）以及三步法（真空磁控濺射+真空蒸鍍+水電鍍）。一步法濺射鍍成本較高，三步法沉積效率更高，但良率較低，因此目前主流廠家都使用兩步法。
        2、兩步法：先在PET/PP上以磁控濺射銅層，然后再水電鍍增厚。這種方法在點漬、穿孔、延展性等技術指標可以得到滿足。其中，第二大工序離子置換，與傳統(tǒng)電鍍的方法具備技術相通性，技術較為成熟。PVD濺射鍍膜則成為當前的技術難點，也是PET銅箔商業(yè)化的技術核心障礙。
        3、行業(yè)痛點：
（1）現(xiàn)行工藝存在幾大難題，導致無法實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)：
    1）成膜后膜層牢固度不佳；
    2）鍍膜過程中造成的基膜變形鼓包，穿孔甚至斷裂；
    3）成膜后膜層的均勻性以及點漬較難控制；
    4）鍍膜腔體內(nèi)部零部件出現(xiàn)因鍍膜產(chǎn)生的雜質(zhì)堆積；
    5）為實現(xiàn)低方阻而增加膜厚，進而導致基膜碳化，延展性下降。
（2）經(jīng)濟指標：主要是PVD濺射鍍膜環(huán)節(jié)的速度、連續(xù)性、宕機時間三方面，對成本影響較大。如果成本太高，難以滿足下游電池廠商降本要求。未來如果速度、連續(xù)性和宕機時間都能得到保證，成本降下來是可以的。