铁箔替代铜箔技术存疑

来源:高工锂电网   发布时间:2015-06-08 09:36      设置字体:
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摘要:尽管业内对于铁箔的技术表示怀疑,但可以达成的共识是,开展集流体的应用研究已经是迫在眉睫。
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文/高工锂电 记者 赵冲】作为锂电池负极集流体材料,必须满足在充电过程中,集流体与锂离子不发生反应,并尽量多地满足锂离子的可逆脱嵌。铜箔在一定温度下与锂无合金相存在,理论上不会形成金属间化合物,因此一直被作为锂电池的负极集流体的最佳选择。
 
  近日,一则铁箔替代铜箔的新闻引起了业内的关注。苏州宇量电池有限公司总经理毛焕宇博士在某论坛上称,公司的一项发明采用廉价的铁箔代替较贵的铜箔作为锂电池的负极集流体,对某些低成本电池,每瓦时的材料成本降低可达6%或更多,为锂电池取代铅酸电池迈出了可喜的一步。
 
  对于采用铁箔后成本的下降,毛焕宇称:“目前铜箔一公斤在80元左右,铁箔一公斤只有2.8元左右,如果该技术可以应用的话,意味着负极集流体成本有望下降97%。”
 
  毛焕宇还介绍,这项发明的推广应用除大幅度降低锂电池的原材料成本潜力之外,还有望每年节约数万吨的铜材。由于铁的导电率比铜要低5.6倍,实际使用中要增加极耳(引线)数,但低导电率对叠片式电池的影响很小。
 
  对于这种发明,不少业内人士深表怀疑。东莞迈科新能源总工张新河认为,铁箔应用到负极材料集流体存在几个明显的问题:首先,铁箔的导电性能差,相对铜箔体系来说,采用铁箔的电池电阻以及发热量都会明显加大;其次,箔材表面的稳定性,电池极片和电芯在制造中都有烘烤环节,而目前并不能证明铁箔在该环节是否稳定。
 
  除了稳定性和导电性之外,业内担心的还有包括:如果表面生成氧化铁,那么和电解液的反应如何解决;电极分切,在冲切过程中产生的毛刺是否评估等。
 
  即便对于成本下降,业内也发出质疑:铁箔的延展性比铜差,箔材的加工成本比电解铜比未必低多少。对电池来说,由于延展性差,加工控制要求更高些。此外,铜箔在电池成本的占比本来就不高,通过降低铜箔的成本来降低整个电池成本的意义其实并不大。
 
  毛焕宇向《高工锂电》坦承,目前存在的主要问题是买不到比较薄的铁箔,只有等到规模化应用之后,这种铁箔的市场供应才能跟上。
 
  尽管对铁箔的技术表示怀疑,但可以达成的共识是,开展集流体的应用研究已经是迫在眉睫。随着负极材料中使用可实现高电容化的硅合金的情况越来越多,这种材料在充放电时的膨胀及缩小程度较大,会对集电体产生较大的压力,因而对于替代性产品的探索就成为行业一直以来的研究重点。
 
  事实上,业内对于负极集流体的探索一直并未停止。早在2013年,日本就有企业宣称量产用做负极集流体的不锈钢箔材,在当年举办的“第四届国际充电电池展”上,新日铁住金材料公司就展出了可用于集电体的不锈钢箔。
 
  当时,新日铁住金材料公司对外称,与原来的铜箔相比,强度更高的不锈钢箔曾被认为是继铜箔之后最理想的负极集流体材料。
 
  “正极材料今后也会瞄准高电容化,因此很多厂商都希望在更高电压下使用三元类及NiMn类材料,而不锈钢箔对锂的电位在0-4.5V范围内,电气化学性较为稳定,因此适用于正极材料,与铝箔相比拥有耐过放电性强的特点。”新日铁住金材料公司的目标是,使锂离子充电电池的正极和负极均使用10靘厚的不锈钢箔。
 
  不过,不锈钢箔存在与铝箔及铜箔相比电阻较大的问题,因此很难用于要求高倍率充放电特性的锂离子充电电池。新日铁住金材料认为,业内通常作为导电剂导入电极的乙炔黑具有非常大的电阻,因此高倍率特性方面的课题就在于导电剂。而不锈钢箔还可进行镀镍及镀铝处理,因此在降低电阻方面也有办法来改善。
 
  然而,时至今日,无论是不锈钢箔材还是铁箔,都没有在锂电行业内得到规模化应用。中科院物理研究所黄学杰认为,铁箔和不锈钢箔替代铜箔在物理性上存在可行性,但是在实际的产业化阶段可能并不成熟。
 
  使用铁箔带来的是电阻的增加,而且要用铁的话,必须是要用纯铁,这个要求是比较高的,目前从市场供应来看,并不能完全满足。另外,在强度上,铁箔比铜箔也还存在较大的差距。
 
  至于说采用铁箔成本降低,没有量产的时候并不能肯定成本可以降低,可预见的未来很长一段时间都还会继续采用铜箔。
 

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