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鋰電池鋁箔

鋰電池是由正極集流體（集電器電極）、盒、封口板、負極板等組成。對相應材料要求是：集電器箔不但應有高的強度與電導率，而且應平平坦坦；盒材應有高的強度與成形性，還應有良好的耐膨脹性；封口材宜有良好的成形性與激光焊接性；層壓包裝鋁材應有高的強度與成形性；母線材必須有高的強度與電導率，以及良好的折彎加工性。

我們通常說的電池鋁箔是指鋰離子電池正極箔，這實際上是不夠確切的，最好把這種厚約0.1mm的非改性正極箔稱為集流體鋁箔，以區(qū)別于鋰（離子）電池用的其它鋁箔，如電池軟包用鋁-塑膜中的箔、極耳箔、改性后涂炭箔等。集流體鋁箔一方面是集流體電極，另一方面又是鋰電池正極或負極材料的載體，也就是鋰電材料要涂布其上。實際上可把集流體鋁箔簡稱電池箔。

正極結構

正極由正極集流體（極耳）、高溫膠帶、正極基體和正極物質(zhì)組成。極耳為約0.1mm的1070、1060、1235、1230、1100、8011、1N30、3003等合金箔。其中用得多的為1235、1070、1100、3003合金，因為它們有高的強度。正極基體為約0.016mm厚的箔。

外殼及封口材料

外殼是用薄鋁板加工的，要求有高的成形性與強度，而且應有優(yōu)越的耐壓性，可抑制因反復充電、放電而導致的殼體膨脹，3種外殼板材的性能見表6。

封口是用激光焊接的，因此應有優(yōu)異的可激光焊性能，同時在加工防暴閥階段不會發(fā)生較大的加工硬化，有良好的成形性。封口材的各種性能見表7。

電池箔

鋰離子電池用鋁箔有兩種：平箔，擁有高的強度、高的電導率與平平坦坦；表面改性箔。日本聯(lián)合鋁業(yè)公司研發(fā)的平箔有7種：A85、C2F、高強度C2F、FS115、MS812、X383、503S，其中A85、C2F、503S是通用工業(yè)箔，可應用于民用各個領域，C2F、MS812、X383合金有高的強度與電導率，F(xiàn)5115合金在涂漆烘烤后有高延展性；表面改性箔（ASP，Advanced Surface Profile)有高的強度、高的電導率與表面粗糙化，由于表面粗糙化，活性物質(zhì)附著性大有提高，同時可以減少粘接劑用量，電池特性也得以改善，采用新的粗化工藝，比傳統(tǒng)工藝的生產(chǎn)成本有所下降。平箔合金的性能見表8。

鋁母線合金

鋰電池的導電母線原來是Cu的，改用鋁后不但大幅度實現(xiàn)了輕量化，而且成本下降了較多；EC1合金的電導率與純鋁1050-O的等同，而其強度則比它大50%；EC2合金的電導率只有銅的57%，如果母線板厚增加到Cu的1.8倍，則傳導的電流可與銅的相等。鋁母線板的力學性能見表9。

電池箔的技術特性

現(xiàn)在我們通常所說的電池箔是指鋰電池集流體用的非改性鋁箔，也就是說應與電池上用的其它箔區(qū)分開來。它一方面是集流體的電極，另一方面又作為鋰電池正極或負極材料的載體，也就是鋰電材料要涂覆于其上，因此更準確的定義，應是鋰電池集流體用鋁箔。

集流體鋁箔應具備的性能

集流體鋁箔因其使用條件特殊，對其各項技術指標有著非常嚴格的要求，是鋁箔家族中的佼佼者，一些具體要求如下：

異物質(zhì)：鋰電池在使用中必須具有很高的安全性，因此應嚴格控制表面異物（雜質(zhì)），如果沒有進行異物控制就不能作為合格的電池箔，異物可以是鋁粉，可以是磁性物質(zhì)（鐵粉），及其它物質(zhì)。整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都要做到防護，減少一切帶入異物的可能。在成品環(huán)節(jié)要設立檢驗異物的裝置并精確計量。異物應≤50mg/30萬m2。

潤濕性：潤濕性能主要看液體接觸角。液體接觸角就是當一液滴在固體表面上不完全展開時，在氣、液、固三相會合點，以接觸角θ判斷液體對固體的潤濕（固－液界面的水平線與氣－液界面切線之間的夾角θ，稱為接觸角）：當θ＜900時稱為潤濕：θ＞90*時為不潤濕：θ=00或不存在時稱為完全潤濕；θ=1800時為完全不潤濕。θ=900是潤濕與否的分界線。

由于鋁箔表面帶油一般不能完全除凈，且表面褶皺不平整時對其表面張力會產(chǎn)生很大的影響，直接測量接觸角并不現(xiàn)實，所以生產(chǎn)實踐中采用的都是達因值來反映潤濕能力，達因值越高，潤濕性能越優(yōu)良。但目前有些高端客戶，特別是日本等地的客戶，仍然采用接觸角的方法來測量鋁箔表面的潤濕性。為與客戶的檢測方法相一致，目前國內(nèi)也有少量的生產(chǎn)商采用接觸角的方法，但這種方法受各種因素及測量儀器和測量方法的影響較大，所取得的測量數(shù)據(jù)只能是參考值，目前絕大部分廠家采用的是表面達因值測量法。

達因值是一個通俗叫法，準確地說應該是表面張力系數(shù)，主要是表述表面張力的大小，即液體表面相鄰兩部分之間，單位長度內(nèi)互相牽引的力。表面張力的單位在SI制中為N/m，但仍常用達因/厘米（dyn/cm），1dyn/cm=1mN/m。一般要求成品鋁箔的潤濕性≥32mN/m。

表面潤濕張力是電池箔最為重要的技術指標之一，它影響涂層的粘合質(zhì)量，特別是影響涂炭箔的涂層牢固度，達因值偏低時，鋁箔與粘合材料粘接不牢、漏涂等缺陷。鋁箔表面達因值要＞32dyn/mm，有些要求高的涂碳產(chǎn)品，甚至要達到34dyn/mm。

目前，國家標準對于達因值的檢測方法雖然有明確規(guī)定，但在實際操作過程中，不同的公司和企業(yè)，其檢測方法也不完全相同，因此檢測結果住往會有很大差距，隨著電池箔市場的迅速發(fā)展，進一步規(guī)范和統(tǒng)一達因值檢測方法及判定標準就顯得特別重要。

板形：板形是有色金屬行業(yè)專業(yè)術語，但在電池箔行業(yè)，則稱為張力，這種叫法的差異，主要是由于行業(yè)的不同。但無論是板形，還是張力，其所表達的是一個含義，就是產(chǎn)品的平直度。在電池行業(yè)用兩個術語：張力和塌邊量來表示產(chǎn)品板形質(zhì)量。雖然這是個完全不科學的叫法，但由于在電池行業(yè)內(nèi)已經(jīng)被普遍認同，所以這種叫法是不會改變的，對于板形，電池行業(yè)已經(jīng)形成一套自己的標準和測量裝置，所以電池這個行業(yè)在定義術語的時候，改變了鋁加工行業(yè)的原有定義。

簡而言之，張力就是板形，塌邊量就是在規(guī)定張力，規(guī)定長度下產(chǎn)品邊部的下垂量。

板形質(zhì)量對于電池箔來說，是一個關鍵的技術指標，今后，隨著行業(yè)的發(fā)展及對電池產(chǎn)品精度的不斷提高，用戶對于鋁箔產(chǎn)品板形的要求會越來越高，如何通過工藝優(yōu)化和技術創(chuàng)新來不斷提高產(chǎn)品的板形質(zhì)量，是擺在鋁箔產(chǎn)業(yè)面前的一個重要課題。

力學性能：不同等級電池箔對力學性能的要求見表10。

普通強度電池箔就是常用的單零箔，除了合金外，沒有別的要求，而高強度電池箔則是用專業(yè)工藝生產(chǎn)的，特別是厚度＜0.015mm的生產(chǎn)難度大，需在設備、工藝和潤滑方面作較大改進。310MPa的抗拉強度就是H狀態(tài)工業(yè)純鋁的強度值。電池箔抗拉強度的提高與其厚度呈反比，也就是越薄強度越高。例如，原0.02mm箔的抗拉強度≥170MPa，而厚0.013mm箔的可≥190MPa。用戶之所以要求提高強度是為了減小厚度，以提高能量密度。

中國生產(chǎn)的電池箔的抗拉強度已普遍≥160MPa，但是要達到200MPa以上，就有一定的難度，不過也有不少公司能商業(yè)化生產(chǎn)≥200MPa的電池箔，也有一些公司可以生產(chǎn)≥280MPa的。

厚度：電池箔的厚度已從新世紀初的20μm下降到2020年的6μm，一路下降（20－16－15－13－10－9－8－6）μm。但是，為了能夠保持一定的耐破度，必須不斷地提高抗拉強度。不少電池制造公司要求箔的厚度偏差≤2%，用裝有普遍AGC厚度控制系統(tǒng)的箔軋機不易滿足這種要求，需要更加精準的AGC，好在ABB公司等已開發(fā)這類厚度控制系統(tǒng)，可以生產(chǎn)高精準厚差的電池箔。

切邊質(zhì)量：在鋁箔生產(chǎn)中，電池箔是一類精深加工產(chǎn)品，對其切邊質(zhì)量有著嚴格要求。不允許有裂邊、毛刺等缺陷，此外，相對于普通箔而言，電池鋁箔對切邊質(zhì)量還有其特殊要求：在無張力時，邊部波峰不得＞2mm，斷面鋁粉膠帶法檢測＜25個/10cm。

表面質(zhì)量：對于表面質(zhì)量，電池箔也有嚴格要求。表面不允許有＞1mm麻點，暗面不允許有0.5mm～1mm凸點的麻點，應少于3個/m2，＜0.5mm的麻點不允許成片出現(xiàn)。另外，對于單面光產(chǎn)品，暗面不允許有亮點缺陷。長度＜5mm的黑油線應少于3條。其它表面質(zhì)量缺陷：打底起皺長度≤10m，杠印<50m。

合金：當前電池箔用的合金主要為：1070、1060、1235、1230、1100、8011、3003、1N30等，幾乎涵蓋了鋁箔用的所有合金品種，但用得最多的是1235、1060、1070工業(yè)純鋁，1100、3003合金主要用于生產(chǎn)超高強度電池箔。

關鍵技術與市場

關鍵技術

電池鋁箔是鋁箔的深加工產(chǎn)品，所以生產(chǎn)難度比普通鋁箔的大得多，關鍵技術也多。一是厚度要求嚴，在產(chǎn)品名義厚度上，越來越薄，希望達到9μm甚至8μm的雙面光，這已經(jīng)超過了目前鋁箔產(chǎn)品單張軋制的最小可軋極限厚度。而且厚度精度要求±2%，這種厚度精度的要求是目前所有鋁箔產(chǎn)品中最高的。不過，對中國來說，生產(chǎn)這么薄的鋁箔并非難事，有些公司早就能生產(chǎn)4μm的箔。

日前一般的電池箔產(chǎn)品，普遍要求強度≥180MPa，這已經(jīng)相當于8系合金的性能。隨著電池技術的不斷發(fā)展，出于各方面的考慮，很多用戶都在不斷提高電池箔產(chǎn)品的強度要求，目前200MPa以上強度的要求已經(jīng)很普遍，有些用戶甚至要求強度達到270MPa甚至300MPa以上，這已經(jīng)達到了鋁箔產(chǎn)品冷硬化的強度極限，其生產(chǎn)難度極大。

為滿足涂布過程及涂碳過程的需要，電池箔對表面達因值的要求較高，但是高的表面達因值控制，卻與高強度相互矛盾，極高的板形要求及厚差都與高強度超薄軋制相矛盾，也就是說電池箔就是要求最薄的厚度，最高的強度、最高的表面達因值、最小的厚差、最優(yōu)的板形、最潔凈的表面，同時要追求這六個極限值。

發(fā)展趨熱

目前很大一部分電池箔產(chǎn)品沒有涂碳與電蝕。但為了改善電池性能，減少界面電阻，保護集流體，減少極化，提升電池一致性和壽命，對電池箔進行表面改性處理將逐漸成為一種趨勢。目前，電池箔表面的處理技術仍然在持續(xù)不斷開發(fā)、進步。涂碳是在鋁箔表面涂0.5g/m2～2g/m2的碳。涂碳處理后，對提高電池的倍率性能、延長電池使用壽命等都有益。

市場前景

電池箔的市場前景實際上就是鋰電池市場和新研發(fā)電池的前景，據(jù)匡算，1GWh的鋁箔用量600t～800t。為了保護環(huán)境與實現(xiàn)“雙碳”目標，至少在2035年以前，電池箔的復合年增長率有可能達到18%或更大一些。2015年中國電池箔的產(chǎn)量約3萬噸，2020年的產(chǎn)量達8萬噸，2025年產(chǎn)量有可能達到30萬噸。筆者的預測很可能過于保守。不管怎樣，中國鋁箔產(chǎn)業(yè)有足夠的生產(chǎn)能力滿足電池產(chǎn)業(yè)對鋁箔的需求，僅據(jù)筆者對38個電池/電子鋁箔生產(chǎn)企業(yè)的調(diào)查統(tǒng)計，他們總生產(chǎn)能力約為100萬噸/年，加上其他未統(tǒng)計到的，2021年全國電池/電子鋁箔總產(chǎn)能可達130萬噸/年，其中電池箔的為60萬噸/年。

電池箔市場

由于全球新能源車輛的高速發(fā)展，對鋰電池的需求旺盛，拉動電池鋁箔需求的快速上升，在2010年～2030年期間，沒有哪種鋁產(chǎn)品的產(chǎn)量增長速度可與電池鋁箔試比高。根據(jù)樊玉慶的資料（《上海鋁業(yè)》2016年第6期p.16-27：鋰電池集流體用鋁箔的技術進展及市場前景）（有關數(shù)據(jù)見表11及圖1），2015年-2025年，鋰電池鋁箔產(chǎn)量的復合增長率可能達25%，如以2015年的產(chǎn)量3萬噸為基數(shù)，那么2025年的產(chǎn)量可能突破28萬噸，這是非常驚人的數(shù)字。1GWh鋰電池的鋁箔約750噸。中國是鋰（離子）電池生產(chǎn)大國，2017年中國鋰電池箔的消費量4.5萬噸，約占全世界總消費量的58%。

2017年中國動力電池生產(chǎn)廠家有近160家，生產(chǎn)鋰電池箔的也有七八十家。電池箔是一種高技術產(chǎn)品，而且對其品質(zhì)要求越來越高，中國普通級箔（抗拉強度Rm=150N/mm2～180N/mm2）方面沒有問題，但在生產(chǎn)高強度、高精厚度偏差、高表面品質(zhì)方面還與發(fā)達國家有相當大的差距。