复合集流体发展趋势:轻薄化、;降本增效、安全

电池集流体基本原理
•集流体的功能:1.承载性,自身承载正负极活性物质;2.传导性,在充放电过程中,将正负极电流输入给活性物质,也将活性物质产生的电流汇集输出。
•一般而言,在锂电池集流体中,正极通常使用铝箔,负极使用铜箔,原因在于:正极电位较高,负极电位较低。铜箔在较高电位时容易被氧化,故主要用于负极集流体,厚度通常为6-12um,目前以6um厚度为主。铝箔在较低电位时腐蚀问题严重,因此主要用于正极集流体,厚度通常为10um-16um,目前以12um厚度为主。
图1:锂电池充放电反应与集流体示意图图2:集流体反应示意图
集流体的趋势——轻薄化增效
• 当下,铝箔厚度通常为10um ,更低可达到8um ;铜箔厚度通常为6um ,更低可达到4.5um ;质量占比方面铜箔约占9%,铝箔约占7%; • 成本占比方面,以动力电池的三元5系为例,铝箔成本占比为1.3%,铜箔成本占比7.8%; • 以磷酸铁锂为例,铝箔成本占比1.7%,铜箔成本占比近10%;
• 集流体轻薄化主要带来:1.降低电池的材料成本;2.通过减薄和减重从而提升电池能量密度,相较8um 锂电铜箔,采用6um/4.5um 锂电铜箔分别可提升锂电池 5%/9%的能量密度。
图3:三元电池电池质量占比
图4:电池成本占比(三元5系)
图5:电池成本占比(磷酸铁锂)
隔膜, 3.6%
铝箔 结构件 铜箔
结构件
铜箔, 8.9%
电解液, 11.2%
铝箔, 6.9%
结构件, 30.2%
其他0.5% 粘结剂3.0% 导电剂0.5%
电解液9.9%  隔膜2.3%
负极材料5.4%
1.3% 4.4%
7.8%
正极材料64.9%
铜箔9.9% 其他 0.7%
粘结剂3.8% 导电剂1.2%
电解液13.1%
隔膜 铝箔 1.7 %
5.6%
正极材料52.2%
正极, 14.5%
负极, 25.5%
4.0%
负极材料
7.9%
复合集流体:符合降本增效趋势
•由于铜箔需要保持一定机械强度,因此集流体不可能无限减薄,同时集流体减薄将提升加工环节的成本。
•复合集流体为新的技术路径,通过在高分子材料层材料两侧镀一定厚度的铜层,形成“三明治”型的复合结构,目前复合集流体中采用的高分子层厚度一般约4um,上下两层铜层厚度各1um,合计约6um。中间层选用高分子材料,可选择PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PP(聚丙烯)、PI(聚酰亚胺)。
•复合集流体通过高分子材料的替代部分金属材料,可显著降低集流体的材料成本和重量。
图6:复合集流体优点图7:复合集流体结构图
高安全性
复合集流体高能量密度
高循环寿命
低成本

本文发布于:2024-09-20 12:41:32,感谢您对本站的认可!

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