文章來源自：高工鋰電網
復合集流體工藝革新 全干法一步鍍膜有望落地
2023-04-20 14:57360160
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sysjzl
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復合集流體正處在從0到1的關鍵階段。
業內一致認為，新材料的導入過程中，產品的物理、化學性能（如延展性、導電性、耐受力、抗氧化腐蝕等）達標只是基礎要求；更高維度的訴求是保障在可控成本下的穩定交付，滿足電池廠大規模高速生產的工業場景。
而PVD作為核心工藝，其良率和降本水平直接關系到了復合集流體的滲透率提升空間。
3月23日，2023高工鋰電復合集流體產業峰會在深圳舉行，峰會主題為“跨越從0到1 開啟變革時代”。
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在專場一【跨越從0到1 復合集流體市場化拐點】中，廣東匯成真空（以下簡稱“HCVAC”）副總經理李志方發表“先進PVD設備工藝破除復合集流體量產痛點”的主題演講，就復合集流體制備環節的降本增效前景進行了精彩解讀。
正負極復合集流體制備工藝詳解
其中，真空磁控濺射與蒸發鍍膜均屬于物理氣相沉積（PVD），也被稱為“干法”工藝；相對應的，水電鍍膜為典型的“濕法”工藝。
磁控濺射是電子在電場的作用下與氬氣碰撞后，激發高能量的氬原子電離后撞擊靶材表面，使得靶材發生濺射，濺射粒子在基片上沉積形成薄膜。
磁控濺射的優勢在于穩定性、均勻度、致密性、結合力好。但磁控濺射對金屬材料純度要求較高，加工過程需要高純氬氣等特種氣體，單位面積加工成本高于電鍍。另外，磁控濺射單次鍍膜厚度為納米級，若要達到微米級銅厚則需要多次濺射， 目前的效率低于水電鍍膜。
蒸發鍍膜是在真空條件下，采用一定的加熱蒸發方式使得鍍膜材料氣化，粒子在基材表面沉積凝聚為膜。
真空蒸鍍的優勢是在于效率高，但制程中發熱量過高，基膜作為熱敏性材料容易變形，影響良率。
水電鍍利用電沉積原理，將待加工的鍍件接通陰極放入電解質溶液中，直流電的作用下金屬銅進入鍍液，并不斷遷移到陰極表面發生還原反應，逐步形成金屬銅鍍層。但PET等高分子材料不導電，無法直接進行化學電鍍，需要先對高分子材料進行表面處理、活化、沉積導電層等，增加導電性。
基于以上工藝特征，當前復合銅箔仍以干法+濕法兩步法為主：先在厚度3.0-4.5μm的PET/PP基材表面利用磁控濺射雙面鍍一層20-70nm的銅膜，實現薄膜表面金屬化，然后再通過電鍍將銅膜加厚到1μm。
復合鋁箔的制備采用干法一步法，在厚度4.5～6.0μm的PET/PP基材表面采用真空蒸發的方式，雙面鍍制一層1μm的鋁膜。
李志方認為，隨著磁控濺射環節的成本下降以及效率提升，全干法實現一步制銅箔是未來的必然趨勢。
不過，一步法鍍銅對工藝技術要求非常高，需要多年的設備使用經驗和豐富的工藝KnowHow。
先進PVD工藝推動復合銅/鋁箔降本增效
面對上述工藝桎梏，HCVAC基于核心團隊的多年know-how積累，進行了針對性的工藝迭代。
首先使用高能量低密度氬離子進行轟擊、刻蝕與清洗，再將銅金屬注入柔性有機薄膜基底，形成界面互穿網絡結構，攻克了銅箔界面結合強度瓶頸。從而保持銅箔界面長期完整性，避免電池碰撞，或充放電過程中負極材料體積變化等因素引起的銅層脫落。
另一方面，氬離子周期性刻蝕疊加高電離度金屬銅原子沉積，共同致密化銅箔，減少銅膜穿孔風險。氬離子刻蝕環節還可粗化導電集流體表面，使其與活性物質充分接觸，提高導電性，加快磁控濺射的節拍。配合一次性完成PET/PP雙面鍍膜的卷繞設備，生產效率大大提升。
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目前，HCVAC研發的復合銅箔 PVD 磁控濺射卷繞鍍膜設備，實現在厚度3.0～4.5μm、幅寬600～1650mm PET/PP等塑料薄膜表面一次完成雙面鍍銅膜20000m，設備工藝走速0.5-30m/min。
在復合鋁箔的制程中，常規鍍膜技術存在飛濺顆粒和針孔缺陷、高溫導致基膜變形、單爐熱損傷等痛點。
HCVAC通過自主研發PVD RTR蒸發鍍鋁膜技術，超薄復合鋁箔 PVD 蒸發卷繞鍍膜設備，實現在厚度4.5～6.0μm、幅寬600～1700mm PET/PP塑料薄膜表面一次完成雙面蒸鍍鋁膜，設備工藝走速10-100m/min，攻克大規模快速蒸發沉積厚鋁膜難關。
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李志方強調到，設備迭代能夠通過提高生產效率與良率顯著攤薄單位固定成本，增加電池廠商導入的信心。
隨著技術的進步，有望實現利用磁控濺射或磁控濺射+蒸鍍一體機單次完成雙面鍍膜，屆時不僅可減少濕法工藝的環評壓力，符合綠色生產需求，并且避免了干濕法切換帶來的良率下降。
此外，HCVAC還將燈塔工廠理念導入復合集流體設備生產中，實現全流程無人化、智能化生產，進一步降低PVD環節的制造成本，加速復合集流體產業化落地。
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