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                    綠色能源的未來選擇——綠色環保銅箔

                    綠色能源的未來選擇——綠色環保銅箔(圖1)

                    一、綠色環保銅箔的研發背景
                    (1)全球鋰離子電池出貨量保持高速增長
                    研究機構EVTank聯合伊維經濟研究院發布的《中國鋰離子電池行業發展白皮書(2024年)》數據顯示,2014至2023年全球鋰離子電池出貨量呈高態勢增長趨勢發展,2023年全球鋰離子電池總體出貨量1202.6GWh,較2022年同比增長25.6%,預計在2025年和2030年全球鋰離子電池出貨量將分別達1926.0GWh和5004.3GWh。

                    綠色能源的未來選擇——綠色環保銅箔(圖2)

                    圖1 2014-2023年全球鋰離子電池出貨量2024-2030年預測出貨量
                    (2)動力電池退役潮帶動電池回收市場
                    新能源汽車產業爆發式增長的同時,鋰離子電池的“退役潮”接踵而至。鋰離子電池的壽命一般在10年到20年,我國首批新能源汽車動力蓄電池已進入“老齡化”階段,因此從2024年開始鋰離子電池的報廢量會逐年攀升,EVTank在《中國鋰離子電池回收拆解與梯次利用行業發展白皮書(2023年)》中預測到2030年,中國鋰離子電池回收量將達到602.8萬噸。
                    (3)《歐盟電池和廢電池法規》生效
                    2023年8月27日正式生效的《歐盟電池和廢電池法規》的核心內容可概括為誰生產誰回收、誰進口誰回收,主要有以下三個方面要求:1、設定動力電池最低回收率及材料回收目標;2、提出碳足跡要求;3、提出電池護照要求。法規規定了限制電池中有害物質的框架,確保投放歐盟單一市場的電池只允許含有有限數量的必要有害物質,并將定期審查;從2025年起,將逐步推行回收效率、材料回收及循環目標,所有收集的廢電池都必須高水平回收利用。

                    綠色能源的未來選擇——綠色環保銅箔(圖3)

                    圖2 《歐盟電池和廢電池法規》和回收目標、回收效率
                    廢電池管理主要包含生產者登記,擴大生產者責任,收集廢電池,有關處理、回收、再利用和再制造的要求,提供報廢信息,廢電池的運輸以及向主管部門報告等多個責任主體和環節的要求。廢電池的回收主要分為預處理和回收兩個階段:預處理包括放電處理、拆解、破碎篩分幾個階段,為后續的回收提供高效便捷的保障;回收階段常用的方法有火法冶金回收技術、濕法冶金回收技術及直接回收技術。

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                    圖3 廢電池的預處理和電池回收方法
                    傳統的有鉻銅箔在回收過程中會產生有毒物質鉻離子,不僅對環境造成污染,還可能危害操作人員的健康,而無鉻銅箔在設計之初就避免了使用有毒有害物質,使得其在整個生命周期中都更加環保,尤其在回收環節,減輕了處理難度和潛在的環境影響。
                    銅箔作為鋰離子電池的關鍵性原材料,占鋰離子電池質量的13%,占比僅次于正負極材料和電解液,在面臨歐盟電池回收、電池護照和歐盟限制電鍍鉻工藝提案的要求時,銅箔的生產和制造需要向綠色環保方向發展,由傳統含Cr(Ⅵ)的鉻酸或鉻酸鹽鈍化工藝轉向綠色環保的無鉻鈍化工藝發展。

                    綠色能源的未來選擇——綠色環保銅箔(圖6)

                    圖4 鋰離子電池各部分質量占比與銅箔集流體鈍化工藝發展
                    二、無鉻銅箔將推動鋰離子電池行業的綠色環保發展
                    目前,花園新能源研發的綠色環保銅箔(無鉻銅箔)電池性能已通過多家電池生產企業和機構驗證,電池放電容量保持率等一系列關鍵性能均可替代傳統含Cr()鈍化的銅箔(有鉻銅箔),特別是無鉻銅箔與漿料的粘附力更高、無鉻極片電阻率更小,電性能更優越。

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                    圖5 多家電池公司和機構電池性能測試評估結果
                    (1)抗氧化性能與耐濕熱性能比較
                    無鉻銅箔高溫抗氧化與高溫耐久性優于有鉻銅箔,無鉻銅箔在140℃下烘烤40min和160℃下烘烤15min抗氧化性能仍合格,而有鉻銅箔在此條件下卻會變色發黃產生氧化。經驗證,無鉻銅箔在室溫下放置90天后,色澤均一,仍具有高溫抗氧化性能。

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                    花園新能源無鉻銅箔在高溫高濕(80℃ 80%RH 17h)下耐濕熱性能優異,高溫高濕后花園新能源無鉻銅箔與有鉻銅箔外觀一致,均不發生變化,而A公司無鉻銅箔高溫高濕后氧化發黃嚴重。

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                    圖6 有鉻銅箔與無鉻銅箔耐濕熱性能
                    (2)基本物性比較
                    有鉻銅箔與無鉻銅箔的物理性能(包括基重、抗拉強度、延伸率、粗糙度、亮度等)基本相當。B研究院的測試結果表明,無鉻銅箔電阻率和極片電阻率均較有鉻銅箔低(如圖7所示)。無鉻銅箔的極耳焊接強度和極片剝離強度又較有鉻銅箔高,無鉻銅箔極耳焊接強度和極片剝離強度分別為20.2MPa和6.92N/m,分別較有鉻銅箔高32.50%和20.57%。極耳焊接強度和極片剝離強度都證明了無鉻銅箔較有鉻銅箔更加優異,可以增加電池極耳連接強度和提高活性材料與銅箔的粘結性。

                    綠色能源的未來選擇——綠色環保銅箔(圖10)

                    圖7 有鉻銅箔與無鉻銅箔銅箔物理性能
                    (3)銅箔的電池性能比較
                    從圖8有鉻銅箔與無鉻銅箔電池性能對比可以看出,無鉻銅箔組的電池電性能在充放電容量、能量密度、電池首效和電池內阻等一系列性能上均與有鉻銅箔組相當,無鉻銅箔完全可以替代目前所使用的有鉻銅箔而不影響電池電性能。

                    綠色能源的未來選擇——綠色環保銅箔(圖11)

                    圖8 有鉻銅箔與無鉻銅箔電池性能
                    小結:綠色環保銅箔的前瞻性優勢介紹
                    (1)滿足《歐盟電池和廢電池法規》電池回收要求,銅箔的回收不產生有害物質,可直接回收利用,同時符合歐盟限制電鍍鉻工藝提案的要求。
                    (2)符合綠色發展和可持續發展要求,生產過程中不產生含鉻廢水,對環境和人體無傷害。
                    (3)綠色環保銅箔物理性能優異(電阻率低、焊接強度大、極片剝離強度高)、電池電性能與有鉻銅箔電池電性能無差別,完全可替代有鉻銅箔。
                    綠色能源的未來選擇——綠色環保銅箔(圖12)


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