当前位置: 测量装置 >> 测量装置优势 >> 2023年电池行业研究报告
一、品质:基膜的路线切换,影响如何?
PET膜主流卡位:此前,复合集流体产业链中选择PET基膜的生产厂商较多,而选择PP基膜的生产厂商较少,主要系:1)PET基膜机械拉伸强度较大,抗拉性能佳,镀金属工艺难度相对较小;2)PET界面结合力更强。PET膜为极性聚合物,其铜附着能力更强。PP膜商业化掣肘:1)量产难;2)界面结合差。
量产难。虽PP膜重量更轻、密度更低(潜在降本空间大),但
1)机械拉伸强度较差。较PET膜,PP膜在磁控溅射、蒸发镀膜等镀膜环节需要更精细的张力控制,否则容易出现材料厚度不均、变形、褶皱、断带等问题,致使良率降低,进而影响量产。
2)工艺难度高。PP加工时易产生取向,导致不同方向上的性能差异。
界面结合力较差。PP膜为非极性聚合物,相较PET,其铜附着能力较差。
PP或将反超:PET“阿喀琉斯之踵”-高温循环问题。
高温下,六氟磷酸锂分解加剧。由于六氟磷酸锂对热的不稳定性,会分解生成酸,因此电解液的存储温度一般控制在35℃以下。高温环境下,六氟磷酸锂盐会分解为氟化锂和五氟化磷,进而与电解液溶剂反应生成氢氟酸,腐蚀电极材料。
PP化学稳定性稳定,契合电池应用诉求。PET含有酯基,在强酸、强碱或者水蒸气的作用下会发生分解。而PP化学稳定性优异,对大多数酸、碱、盐、氧化剂都显惰性。常温时,PET、PP复合箔材循环次数可保持一致。但是,高温环境下,PP复合箔材循环次数较PET复合箔材表现更佳。
PPVS.PET,影响如何:
1)行业壁垒再提,Know-how属性显著增强。
设备端
目前,市场主流两步法、三步法中所涉及的磁控溅射、蒸发镀膜环节都涉及卷绕张力控制技术。卷绕张力控制的精度、稳定性将直接影响真空镀膜机对原料膜的适应能力、及所产产品的质量把控。PP膜拉伸较PET膜敏感。薄膜放卷、收卷时,卷径此消彼长、持续变化,这将导致卷材张力发生变化。如果无法精确地控制张力大小,过大、过小、或者不稳定的张力都会影响镀膜的质量。张力过大时,薄膜会产生皱纹,甚至断裂;张力过小时,薄膜打滑、卷材跑偏;张力不稳定时,卷材边缘不平整且镀膜不均匀。
张力控制系统Know-how属性显著:构件复杂,度量要求精准。真空镀膜卷绕系统主要设备包含开卷机、张力辊、方阻测量装置、舞动辊和收卷机等。真空镀膜卷绕张力控制模型涉及参数多、复杂:从开始的系统线速度、卷绕系统转速计算得卷径,进而得到加速度转矩和摩檫力转矩,最后得到卷绕系统总转矩,从而实现对系统张力的实时控制。
PP膜镀膜设备要求较PET膜镀膜设备高。适用于PP基材的PVD镀膜设备可向下兼容PET基材,但是PET基材镀膜设备无法兼容PP基材镀膜。
工艺端:工艺参数细化,PP界面结合力有望改善。市场主流工艺路线基本都涉及磁控溅射工艺,而该环节中的可控参数众多。在不改变材料物化性质的前提下,或可通过调整工艺参数,以改善PP界面结合力。以下,我们将结合理论依据和现实案例进行分析:
a)理论依据:沉积条件影响薄膜质量。作用机理:溅射气压(基片)衬底相对温度(衬底温度/沉积物质熔点)直接影响入射在衬底表面的粒子能量,进而影响形成薄膜的结构、质量。低温、高压条件下,入射粒子能量低,原子表面扩散能力有限,沉积在衬底上的原子失去扩散能力,此时薄膜组织为晶带1型。
沉积组织呈细纤维形态,晶粒边界处组织疏松。沉积组织由孔洞所包围,力学性能差。良好的真空环境、较高的衬底温度可使吸附原子的动能增大,此时薄膜易结晶化,晶格缺陷减少。此外,衬底温度高时,有助于吸附在基片表面的残余气体脱附,从而提高膜基间结合力。
b)现实案例:市面上关于PP膜磁控溅射的具体试验数据甚少,可参考金属铬磁控溅射PS塑料基底实验进行分析:在不同本体真空度、不同靶基间距、不同溅射功率、不同溅射时间下,PS塑料基底与金属铬间的结合力表现不一。据此实验,发现本体真空度越高、溅射时间越长,越能提升基膜结合力。同时,靶基间距、磁射功率等参数设计know-how属性凸显,可在区间内探索得到更优方案。
我们认为,未来除了设备端(最高本体真空度、可溅射时长等硬性设备条件)外要求更高,对生产工艺参数(溅射功率等人为可控因素)的把控要求也会明显提高。
不同的基体材料意味着其余环节可再次迭代寻优,进步加深行业“护城河”。以两步法/三步法中都涉及的水电镀工序为例:在非金属基体上溅射得金属种子层(再蒸镀增厚金属层)后,出于提升镀层效率、降低成本考虑,选择以水电镀方式增厚金属层。但在电镀环节中,除了材料自身性质影响镀层结合力外,pH值、温度、电流密度等工艺参数,甚至电源波形也会影响镀层结合力。
2)磁控溅射镀“强基”,电镀工序短期被替代较难。目前,市场上多种技术路线并行,如一步式全干法(纯磁控溅射、纯真空蒸镀)、一步式全湿法(化学镀铜)、两步法(磁控溅射+水电镀)、三步法(磁控溅射+蒸发镀膜+水电镀)等。不同技术路线,优劣各异。
一步式全干法:通过减少工艺步骤流程,或可提升产品良率;成本过高、技艺未成熟
一步式全湿法:镀膜均匀、良率较高,成本较低;镀膜结合力较差,环境维护费用高
两步法:工艺环节相对简单;生产效率较三步法低
三步法:水电镀良率有保障,生产流程效率提升,单平生产成本有望降低;较两步法增添真空蒸镀环节,产品综合良率降低PP膜需求提出,磁控溅射价值提升,技术路线演绎加速。
当前,两步法/三步法为市场技术路线主流,系:1)较一步式全干法(纯磁控溅射、纯蒸发镀膜),两步/三步法生产效率、良率较高,成本较低;2)较一步式全湿法(化学镀铜),两步/三步法所产复合箔材镀膜结合力较强,镀层与基膜不易脱落。
PP膜出世,溅射路线走强。除不易量产外,PP复合箔材的膜基结合力较小的问题也亟待解决。溅射原子能量较蒸发原子能量高。高能量溅射原子产生注入现象,在基片上形成溅射原子与基片原子相溶合的伪扩散层。因此,溅射方法所得镀膜膜基结合力较高。综合成本及膜基结合力考虑,附着性更好、致密度更高的溅射镀膜路线走强,溅射相关设备预计将持续受益。
(受篇幅限制,仅为部分浏览)*免责声明:以上报告均为通过公开、合法渠道获得,报告版权归原撰写/发布机构所有,如涉侵权,请联系删除;本号报告为推荐阅读,仅供参考学习,不构成投资建议。