穿越铜价风暴 复合集流体量产“跃迁”——北方和记真空在复合集流体生产设备上迎来关键突破

2024-08-11


穿越铜价风暴 复合集流体量产“跃迁”——北方和记真空在复合集流体生产设备上迎来关键突破

           

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在新能源重要的材料市场,继钴、镍、碳酸锂等材料相继涨价后,今年以来铜价和铝价也开启大涨模式。

 

根据市场数据,沪铜主力期货自今年1月从6.8万元/吨,一度上涨接近9万元/吨。整个铜材市场,也从2020年的3万元/吨突破到如今超过7万元/吨。目前,铜价的震荡走势并没有改变市场长期看多的预期。首先是铜供应扩张很难持续,尤其是下半年铜矿商与国内铜冶炼企业长协加工费大幅下降会导致铜冶炼企业亏损压力扩张,其次是新能源汽车和附带的充电桩用铜是最大亮点。

 

铝价方面,2024年上半年电解铝的价格低位出现在2月份,但是进入3月份后开启强势上涨,并于今年5月份达到阶段性高点,也刷新了2022年4月以来的价格高位。展望下半年行情走势,受到季节性价格变化规律以及供求关系影响,预计铝价偏强运行。

 

铜和铝作为锂电产业的关键材料,其主要用于电芯铜箔和电芯铝箔,随着铜价和铝价的上涨,也将直接引发电芯成本结构的上涨。以成本占较高的铜箔为例,根据高工产研锂电研究所数据,在成本结构上,伴随铜价上涨,预计铜箔材料在电芯的成本结构占比达到20%,也将成为继正极材料之后的第二大成本来源。

 

回顾过去上游原材料的价格波动,对于锂电产业的发展都产生震荡,此前钴、镍、碳酸锂等材料价格的大涨不断推动电芯价格的上升,也制约了锂电产业的普及速度。

 

为了摆脱单一原材料的制约,产业链也相继开启了替代方案。如针对钴价高昂,产业链电芯开启无钴化;针对镍价飙升,磷酸铁锂电池得以迅猛发展;针对碳酸锂价格飞涨,产业链也积极寻求钠电产业化。

 

如今铜价和铝价的上涨抬高电芯成本的作用越来越突出,也在推动新一轮材料替代方案。

 

在此背景下,复合集流体由于其显著的去金属化特征受到广泛关注,复合集流体的产业化也备受期待。

 

高工锂电关注到,作为复合集流体产业化的突破口,北方和记真空在复合集流体生产设备上迎来关键突破。

 

据了解,北方和记全资子公司北和记和记真空技术有限公司拥有近六十年真空热处理、表面处理装备研发和制造经验,作为国内高端装备制造主力军,其在PVD镀膜设备、CVD镀膜设备等领域具有广泛布局。

 

目前,北方和记真空基于多年的市场洞察及技术积累,确保在高效运行下实现极高的镀膜质量,赋能复合集流体产业创新发展,进而破解高价铜下电芯的新材料替代难题。

 

【复合集流体制造方案 赋能企业降本增效】

 

对比传统的铜铝箔方案,复合集流体因其高安全、高效能、低成本等特性成为下一代量产的高分子材料。

 

以铜箔为例,复合集流体比传统铜箔节省材料成本近40%,重量减轻近60%。这种材料不仅降低了电池制造成本,还大幅提升了电池的能量密度和安全性,同时,复合集流体市场正处于快速增长阶段。根据高工产业研究院(GGII)数据,2025年乐观情况下6微米复合铜箔需求量为38.76亿平米,对应6微米复合铜箔市场空间为201.6亿元,到2030年,复合铜箔的渗透率预计将提升至22%。

 

契合集流体领域提质增效的趋势,近年来北方和记真空依托其在真空镀膜领域多年的技术积淀推出一系列产品设备矩阵,其中包括eMeridian RR-M/RR-R/RR-E系列真空卷绕镀膜设备,eHorizon HL系列磁控溅射卧式连续镀膜设备,eVorizon VL系列磁控溅射立式连续镀膜设备,eArctic系列单体式设备——AS500系列、AS600系列、AS700系列、AS14G系列、AS1100系列、EP1350系列等等。

 

通过这些设备的推出,北方和记真空已经成功打入了复合铜箔、复合铝箔、正负极材料、固态电池、分布式储能等新能源领域,并帮助企业能源技术的革新,进而高效赋能锂电企业降本增效。

 

特别是在复合集流体领域,对于真空镀膜设备技术要求高,借由几大镀膜设备矩阵,北方和记真空实现了真空镀膜设备在高端制造的完整产业链覆盖,也为复合集流体的生产制造打下坚实的基础。

 

据高工锂电了解,北方和记真空复合集流体相关设备已获得多家头部客户订单,并得到了客户的高度认可。

 

【“技术+产品”打造核心竞争力】

 

当前,复合集流体的生产方法包括干法一步法、两步法、三步法,其核心工艺是磁控溅射。磁控溅射通过在真空环境下,用惰性气体离子轰击靶材的方式,将其表面原子溅射到基材上,从而形成一层薄膜。

 

但是在实际镀膜过程中,若聚合物膜材表面未进行有效活化,则铜膜和聚合物基材之间的结合力会下降。而且在溅射过程中,基材表面累积的热量会损害基材本体,这会导致卷绕过程中基材受力不均,最终形成断带等情况。

 

这些问题相互交织,共同制约了复合集流体生产良率的提升,增加了生产成本,延缓了其产业化的步伐。

 

为了破解这一系列技术难题,国内PVD设备领域的领军企业——北方和记真空,依托其在真空技术领域的深厚积累与不断创新,成功将技术从高端半导体领域拓展至工业应用领域,特别是在复合集流体生产领域实现了重大突破。

 

公司精心研发的eMeridian RR-M系列磁控溅射卷绕镀膜设备与eMeridian RR-R送丝蒸发卷绕镀膜设备,凭借其卓越的辊系设计、自研的“黑金鼓”技术、精细的热量管理系统以及对基材表面的独到处理,有效解决了上述问题。

 

这些设备不仅显著提升了复合集流体的生产良率,降低了生产成本,还为其大规模产业化铺平了道路。

 

    eMeridian RR-M系列磁控溅射卷绕镀膜设备

 

该设备可支持PET、BOPP、PI、SUS等多种类基材,支持生产的基材宽幅达600-2000mm,基材厚度达3-50微米,卷绕速度达到0.1-30m/min,张力范围达10-250N。产线生产速度突破20m/min,PET复合铜箔实现15000m无孔洞、无褶皱镀膜,PP复合铜箔实现结合力的提升满足客户出货要求。

       

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    ②eMeridian RR-R送丝蒸发卷绕镀膜设备

 

该设备支持生产的基材宽幅达600-2000mm,基材厚度达4.5-50微米,卷绕速度达到0.1-100m/min,张力范围达10-250N。

 

此外,北方和记真空在复合集流体的生产过程中,搭配了多项创新技术,通过精益生产提升复合集流体的生产效率和产品质量。

 

①卷绕辊系设计和控制技术:

自主研发智能卷绕控制系统(e-Web),确保在高效运行下实现极高的走带稳定性。建立卷绕系统力学模型,分析优化辊系设计;多段张力控制,加大对基材的兼容性和工艺调整窗口,实现不同类型的柔性基材的稳定卷绕和高质量镀膜;卷绕过程中通过对卷绕速度和张力数据的实时监控,为生产决策提供有力支持。

 

②黑金鼓技术:

在eMeridian RR-M系列磁控溅射卷绕镀膜设备和eMeridian RR-R送丝蒸发卷绕镀膜设备中,使用了北方和记真空自主研发的黑金鼓技术。该技术采用特殊材料对镀膜鼓进行表面处理,改善了基材与镀膜鼓的贴合效果,提升了系统热量管理能力,保证了薄膜质量。

 


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③低温磁控溅射技术:

针对柔性高分子薄膜材料在高温下容易发生受热变形的瓶颈问题,北方和记真空开展阴极系统的自主开发,创新进行辅助阳极设计,并优化磁场分布,实现了等离子体的高均匀分布,极大降低了磁控溅射过程中基材表面温度,提升了产品良率。

 

④送丝蒸发技术:

建立了蒸发仿真模型,优化设计蒸发系统,极大提升了镀膜均匀性;开发送丝闭环控制模块,通过金属丝的稳定夹送控制、金属丝在蒸发舟上的落点和角度的实时调整,最终实现材料的稳定蒸发,极大提升了薄膜均匀性。

 

⑤气体离子刻蚀及辅助沉积技术:

实现对基材表面的有效清洗和刻蚀,提升膜基结合力、改善膜层质量。自主开发的线性离子源,源内无灯丝、无栅极,结构简单、寿命长。源体可通入惰性气体及反应混合气,如Ar,H2,O2及C2H2等,不仅可以作为反应沉积源使用,也可以实现辅助沉积作用,提升了膜层质量。

 

当前,锂电产业正步入深刻调整期,原材料价格飙升加剧成本压力,降本增效成为企业迫切需求。展望未来,凭借独特的性能,复合集流体有望成为锂电行业的标配。

 

在这一背景下,北方和记真空作为复合集流体设备领域的领航者,正蓄势待发。凭借深厚的技术底蕴和持续不断的工艺创新,其设备工艺将助力锂电企业实现降本增效的目标,推动锂电产业向更加高效、绿色、可持续的方向发展。


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