“一步法”复合集流体可实现动力电池提质增效——访三孚新科董事长上官文龙

在3月的行业会议上，“今年将是复合集流体元年”成为共识。最新消息，使用复合集流体的动力电池已上车测试，明年有望正式应用。

随着新能源市场不断向深度和广度推进，其对电池的能量密度、使用寿命、安全性和成本等要求也不断升级，科学家和企业在研发性能更优异的电池的同时，也在努力变革锂电池的材料，而复合集流体就是一种被寄予厚望的替代传统铜箔的负极材料。

复合铜箔技术是由国内电池厂商提出，本土企业主导研发的新型电池材料技术。不同于一般国外首发国内跟进替代的模式，复合铜箔技术一旦成熟量产，将有效赋能中国锂电产业，并持续享受长期技术红利。

三孚新科是一家从事表面工程专用化学品及专用设备的研发、生产、销售的企业。2021年开始布局复合集流体工艺的研发，并在近期取得突破性进展，首台“一步法”复合集流体生产线已交付给下游厂商。表面处理材料公司进入全新的领域是出于何种考虑？对复合集流体市场如何理解？公司的“一步法”工艺有哪些优势？带着这些问题，我们近日专访了三孚新科董事长上官文龙。

▲ 三孚新科董事长上官文龙

复合集流体是实现电池性能提升、成本降低、安全性提高的可行途径

上官文龙向我们介绍，铜箔作为锂电池负极集流体，主要起到承载负极活性物质和汇集电流的作用。传统铜箔以高纯度电解铜为主要材料，具有导电性强、散热性好等优势。但铜箔占锂电成本的9%，质量占比也达13%，电池能量密度的提升空间有限；同时，铜箔受到穿刺时易内部短路，引起热失控甚至电池自燃，存在较严重的安全隐患。

复合集流体指的是复合铜箔、复合铝箔等，以高分子材料作为中间层基膜，通过镀膜等工艺，在基膜上下两面堆积出双层铜/铝导电层所形成的复合材料。复合铜箔在制造上，简单描述，即是以PET、PP、PI等塑料薄膜为基材，通过真空溅射加电镀或者化学镀的方式在其两面各镀一微米的铜，形成三明治结构，在实现铜箔功能的同时，降低箔材成本和电池的重量，提升动力电池能量密度。特别是，复合铜箔的特殊结构能有效控制穿刺问题，解决因内部发热而带来的电池爆炸起火等问题，“只冒烟不起火”，大幅提升电池安全性能。

据有关厂商的测算，复合铜箔替代铜箔，可以节省5%的综合成本，降低5%的电池重量，延长5%的使用寿命，使动力电池的能量密度提升5%-10%。刀片电池被认为一项重大创新，提升的能量密度是9%。上官文龙认为，从这几个数据看，复合铜箔对动力电池提质增效具有重大意义，复合铜箔替代传统铜箔大有可为。

“一步法”在性能和成本上更具替代性

自2015年宁德时代等电池厂商联合有关厂商研发复合集流体以来，其制造技术出现了三步法、二步法、一步法，而一步法中又有干法和湿法等多条工艺路线。目前市场上的主流工艺是二步法与一步法。上官文龙跟我们详细讲解了各个工艺路线，并做出“一步式全湿法复合铜箔电镀工艺是目前复合铜箔制造工艺中的最优工艺之一“的结论。

二步法的工艺流程为先使用磁控溅射打底，再用水电镀完成铜层的加厚。二步法的工序较为复杂，后续效率和良率提升有难度，镀层均匀性相对于一步法较差。

一步法分为干法和湿法，一步法（干法）为通过一步磁控溅射形成铜金属层；一步法（湿法）为直接通过化学及电化学相结合的方式在薄膜基材表面沉积一层致密可靠的金属铜层。一步法工序仅有一步，一体成型，对基膜材料没有特定要求，其中又以一步法（湿法）的良率在几种工艺路线中最高。

目前，传统超薄铜箔的综合成本在每平米5、6元左右，复合铜箔要实现对传统铜箔的大规模替代，首先要在成本、产能、品质、良率上具有优势，其次，性能上要能与传统铜箔媲美。

上官文龙表示，三孚新科在复合铜箔的生产工艺研发中成功生产出样机。选择一步湿法作为主要工艺的原因在于，一步湿法具有明显的成本、产能及效率优势。

▲ 三孚新科“一步法”复合铜箔的加工制造设备

在成本方面，目前市场上二步法的综合成本以1GWH当量计算，在每平米4-4.5元左右，其综合生产成本最优方案做到了接近传统铜箔。三孚新科经过3年努力，另辟蹊径开发出独有的低钯催化剂方案，初步测算的一步湿法成本为每平米4元左右（最终成本需经量产测试后确认），三孚新科一步湿法采用超低浓度钯催化技术，将钯浓度从30ppm左右降至2-4ppm左右，未来希望通过工艺升级、配方优化、产能提升、规模扩大等一系列降本增效方案，将综合成本控制在3元/平方米左右，该生产成本与传统铜箔相比具备一定优势。

在产能及效率方面，一步法工艺可以获得均匀一致、导电性更优的种子层，适合大电流加厚及大宽幅薄膜的生产。

复合铜箔的生产，是将塑料、铜这两种物理、化学性能不同的材料粘结起来，说起来简单，但中间存在较大的技术瓶颈。三孚新科一步式全湿法复合铜箔化学镀铜工艺，通过化学沉积的方式在薄膜基材表面覆盖一层致密可靠的金属铜层，并通过较简易的流程同时进行双面镀膜，从而实现“一步法”完成复合铜箔制造。一步湿法工艺所获得的复合铜箔镀层致密、导电性优异，表面电阻在23毫欧以内，结合力表现不输于传统工艺。同时，该工艺采取无夹点设计方案，通过化学溶液对薄膜进行沉浸式处理，使薄膜表面完全沉积铜层，从而避免因设备原因产生的切边损失及膜面刮伤等，可以达到95%以上的生产良率。

上官文龙认为，正是基于上述这些优势，一步式全湿法复合铜箔电镀工艺是目前复合铜箔制造工艺中的最优工艺之一。

复合铜箔是三孚新科发展的一个大机遇

三孚新科作为新材料行业中表面工程专用化学品及专用设备提供商，为何介入复合铜箔赛道？

上官文龙表示，公司深耕于材料的表面处理，具有技术同源优势，对不同基材的表面处理具有深刻的理解和研发经验；与此同时，复合铜箔替代传统铜箔的技术研发及市场发展前景广阔，且与公司发力新能源领域板块的战略不谋而合。三孚新科认为，公司具备研发出优异生产工艺所需的技术实力，且复合铜箔作为新型锂离子电池的负极集流体材料，拥有高安全性、高能量密度、长寿命、强兼容性、降本空间等较大优势，具有广阔的市场应用前景，是公司新能源领域发展战略中撬动业务增长的重要支点。

▲ 三孚新科“一步法”复合铜箔的加工制造设备出货

据高工产研锂电研究所和中信证券预测，2023、2024、2025年全球复合铜箔的需求量分别在105亿、148亿、203亿平方米。由此测算，3-5年内，对应的生产设备市场总规模可达千亿级别，每年化学品消耗可达几百亿至千亿级别。三孚新科开展一步式全湿法复合铜箔化学镀铜设备业务，旨在为公司复合铜箔化学镀铜专用化学品的推广提供专用配套的生产设备，通过“药水+设备”的方式，为下游客户提供复合铜箔制造的一站式技术解决方案。

上官文龙认为，复合铜箔设备与专用化学品业务对于公司而言是有前景、有技术实力去拓展的新市场，是三孚新科推动“表面工程+新能源”发展、把握“双碳”机遇以及发掘公司新的业绩增长点的重要经营举措；把握复合铜箔领域市场，能让公司迈上新的台阶。

上官文龙表示，公司已经逐步启动“一步式”全湿法复合铜箔电镀设备及专用化学品的市场推广工作，将充分发挥公司复合铜箔电镀生产工艺中专用设备、专用化学品的配套使用的技术优势，构建从专用化学品到专用设备的产业闭环。未来，三孚将在新能源领域不断提升研发实力、产品竞争力，快速实现新市场的突破。（CIS）