復合銅/鋁箔作為極具潛力的新型集流體材料，因具備高安全、長壽命、低成本、強兼容等突出優(yōu)勢，成為產業(yè)關注度最高的熱點之一。數(shù)據(jù)顯示，2025年國內復合集流體市場規(guī)模有望突破290億元，2030年復合銅箔最大市場替代空間超400億平方米，2023～2024年有望批量商業(yè)化應用。? ? ? ? ?
為何新型復合集流體材料會成為產業(yè)關注度最高的熱點之一呢？其一是新能源汽車及儲能市場的迅猛發(fā)展所致，電動汽車的銅消耗量是傳統(tǒng)燃油車的4倍多，持續(xù)帶動鋰電池的革新和技術研發(fā)創(chuàng)新。其二是在全球新能源汽車滲透率走高、歐盟燃油車禁令正式出臺的背景下，銅箔及銅材的使用量在電氣化轉型中的地位始終獨領風騷，以及光伏產業(yè)同樣是耗銅產業(yè)，導致銅價連續(xù)上漲，2023年7月，根據(jù)7月17日的最新價格，滬銅報價已接近7萬元/噸。其三鋰電復合銅箔因減少耗銅量、降低原料成本的突出優(yōu)勢，疊加電池安全性剛需，熱度持續(xù)高漲。復合銅箔較傳統(tǒng)銅箔能夠減少 2/3 的金屬銅使用，大規(guī)模量產后有望降低40%的制造成本。同時由于復合銅箔的箔材用量相對傳統(tǒng)銅箔減重達58%，由此帶來能量密度的提升。復合集流體作為一種材料創(chuàng)新，能夠在短路時起到保險絲的作用，率先攻克了高鎳三元電池內短路引發(fā)熱失控的安全痛點。當前復合集流體的工藝難點主要是高端的鍍膜設備與基膜，首先我們來了解一下基膜，國內復合集流體的基膜主要用PET、PP、PI等，主要采用PET材料，但是以PET為基膜做的復合集流體有很多弊端，其中主要的就是造成熱損傷，蒸發(fā)過程中產生的高溫及蒸發(fā)材料對處于鍍膜主輥冷卻保護范圍之外的柔性薄膜造成熱損傷，起皺，斷膜。PI的成本過高，其市場價格在40萬-60萬元/噸，在實際應用中性加比較低。其次就是PET基膜的機械強度及耐溫、耐酸堿方面在應用過程的安全隱患問題還有待商榷，期望我國可以在此賽道彎道超車，但是少走彎路才是硬道理。是否有性價比較高，同時性能又比較優(yōu)異的薄膜呢，下面我就探討解析一下特種工程塑料薄膜領域的將才聚苯硫醚薄膜。聚苯硫醚薄膜的研究始于1980年，日本東麗公司因注意到PPS的優(yōu)異特性，開始進行膜的研究, 并于1987年達到了工業(yè)化的生產水平。聚苯硫醚薄膜是一種性能優(yōu)良的F級絕緣膜，同時它的熱穩(wěn)定性、電氣性能、耐化學性和抗水解性等方面都比較優(yōu)異。聚苯硫醚薄膜的吸濕膨脹系數(shù)：水份對PPS膜的影響極小，其吸濕膨脹系數(shù)比其它的功能膜要小，作為跟圖像、磁性記錄等有關的基膜材料，尺寸穩(wěn)定性是極為合適的。圖4 不同材質的薄膜在不同介質中的尺寸穩(wěn)定性聚苯硫醚薄膜的熱穩(wěn)定性：厚度在2微米以上的聚苯硫醚薄膜可以長期工作在160℃的溫度下，機械性能基本無變化，其本身具有阻燃性，聚苯硫醚原材料本身的阻燃性就能達到V-0級材料。聚苯硫醚薄膜具有較好的高溫短期耐熱性，對于較短的時間，聚苯硫醚薄膜能夠承受更高的溫度，在230℃-260℃下加熱1h前后可根據(jù)圖5所示可以看到，聚苯硫醚薄膜機械性能沒有實質性的降低，先天就有比較優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。聚苯硫醚薄膜的耐水解性：在水分存在下聚苯硫醚薄膜在高溫下的劣化速率也同干燥環(huán)境是一樣的。而在干燥條件下比聚苯硫醚薄膜耐熱性高的聚酰亞胺（PI）薄膜卻在高溫水蒸氣作用下表現(xiàn)過早的劣化。圖6是將三種不同的薄膜放置在155℃的飽和水蒸氣中膜的耐水解性能曲線圖。從圖中可以看出PET薄膜和PI薄膜的機械性能影響比較大，但是聚苯硫醚薄膜的伸長率變化很小，保持了相對持久的穩(wěn)定性能。聚苯硫醚薄膜的電性能：基本不受溫度和頻率的影響，其介電常數(shù)是3.0，聚苯硫醚薄膜在較寬的溫度和頻率范圍內具有超乎尋常的穩(wěn)定性。圖7是溫度和頻率的變化兩種薄膜的電性能對比曲線。聚苯硫醚薄膜的耐化學性能：幾乎在所有溶劑中聚苯硫醚薄膜的拉伸強度都十分穩(wěn)定，除了濃硫酸和硝酸之外。在2-氯萘、二苯醚等特殊溶劑中，也要在200℃以上才開始溶解,其耐化學性僅次于聚四氟乙烯。聚苯硫醚薄膜的抗蠕變性能穩(wěn)定：聚苯硫醚薄膜即使經過長時期的應力作用，它仍表現(xiàn)出較高的尺寸精度。如圖所示為聚苯硫醚薄膜和聚酯薄膜的性能比較。聚苯硫醚薄膜的其它性能：對于γ射線和中子射線有很高的耐久性和穩(wěn)定性，是極少數(shù)有機薄膜材料能用在核反應堆和核聚變爐周圍的。目前全球主要PPS薄膜生產商為菲利普斯、東麗、大日本油墨等，國內目前還未形成量產，大多處于小試、中試階段。PPS薄膜由于行業(yè)技術壁壘高，國外對我國進行了技術封鎖。據(jù)了解，國內四川中科興業(yè)成立了PPS膜重點工程實驗室，已經開始了PPS薄膜的研發(fā)工作，取得了一定成果，相對走在了行業(yè)前面。由于我國PPS薄膜研究起步較晚，但隨著近年來一些大型PPS生產廠家的崛起，許多高校也投入了大量的研發(fā)人員開發(fā)PAS類薄膜，如四川大學、電子科技大學、上海交大等也投入了專門的研發(fā)團隊在薄膜領域持續(xù)專研，多年致力于PAS類功能膜以及PPS下游細分市場的產品應用開發(fā)。由此可知聚苯硫醚薄膜的優(yōu)點多多，并且在工業(yè)上有著廣闊的應用場景，特別是應用與復合集流體領域是不二的選擇，選擇大于努力，請別讓我們的復合集流體技術創(chuàng)新之路越走越遠。原文始發(fā)于微信公眾號（鋰電產業(yè)通）：復合集流體，不要走了彎路！
