En el diseño de la batería de energía, hay una clase de materiales que no participan en la reacción de almacenamiento de energía, pero ocupan un peso y volumen considerables: la captación de fluidos. La recogida tradicional de líquidos negativos de la batería de litio utiliza una lámina de Cobre electrolítico de 6 micras, con una densidad de 8,96 G / CM 3, que representa alrededor del 11% de la masa total de la batería. Esta parte del peso no aporta ninguna capacidad, pero reduce directamente la densidad de energía de la batería.
¿¿ hay una solución que pueda reducir drásticamente la calidad de la recolección de fluidos sin sacrificar la conductividad eléctrica y la seguridad?
Propuesta central:La lámina de cobre compuesta nació precisamente para responder a esta pregunta. Toma la película de polímero como capa de soporte intermedia, depositando capas de cobre en las partes superior e inferior, formando una estructura sándwich de "cobre - polímero - cobre". El espesor de la capa intermedia se redujo gradualmente de 6 micras y 4,5 micras en los primeros días a 4 micras o incluso más delgadas. 4 μm se encuentra en una posición "recién buena" en ingeniería: es significativamente más delgada que 6 μm, lo que aporta considerables beneficios de pérdida de peso a la batería; Al mismo tiempo, conserva suficiente resistencia mecánica y margen de capacidad térmica para que el cobre enrollado pueda funcionar de manera estable dentro de un rango de rendimiento aceptable.
II. pérdida de peso y seguridad: el doble valor de ingeniería de un sustrato de 4 micras
Reducir el peso y aumentar la eficiencia
La densidad del material PET es de solo aproximadamente 1,38 G / CM 3, y la densidad del cobre es de 8,96 G / CM 3. La lámina de cobre compuesta hecha de una capa de cobre de 1 micra en cada lado de la película base PET de 4 micras tiene un espesor total de 6 micras, que es consistente con el espesor de la lámina de Cobre electrolítico existente, y la fábrica de baterías puede usarla directamente sin cambiar el proceso. La masa de la lámina de cobre tradicional de 1 metro cuadrado y 6 micras es de 53,76 g, mientras que la masa de la lámina de cobre compuesta de 6 micras (4 micras PET 1 micra m × 2 cobre) es de solo 23,44 g, una reducción de peso del 56,4%. Según el cálculo de que la masa de la lámina de cobre representa alrededor del 11% de la batería de energía, la lámina de cobre compuesta puede aumentar la densidad energética de la batería de 150 Wh / kg a 159,9 Wh / kg, un aumento del 6,61%.
Mejora de la seguridad
Después de que la lámina de cobre tradicional fue perforada, los polos positivos y negativos se conectaron directamente y estalló el calor. La capa de plástico PET en el Centro de la lámina de cobre compuesta es un aislador, lo que equivale a establecer un muro entre los polos positivo y negativo. Incluso si el cobre exterior está roto, la capa PET puede bloquear la corriente eléctrica. Además, el PET se derrite y se contrae a altas temperaturas, cortando activamente el circuito y desempeñando un papel similar al de un fusible. La capa de cobre de la lámina de cobre compuesta es extremadamente delgada (solo 1 μm), y el tamaño de las burras es pequeño durante la punción; El sustrato polimérico tiene un bajo punto de fusión y propiedades ignífugas, y la capa de cobre se derrite rápidamente durante el cortocircuito, lo que solo causa una "ruptura de punto" local, evitando efectivamente la propagación fuera de control del calor.
Proceso de tres y dos pasos: construcción de una capa conductora de precisión en un sustrato de 4 micras
La preparación de la capa de cobre de la película de cobre recubierta de PET de 4 micras se basa principalmente en el proceso de dos pasos de "pulverización de magnetrón para engrosar la galvanoplastia de agua". En el primer paso, bombardear el objetivo de cobre con iones en un ambiente de alto vacío, hacer que los átomos de cobre se adhieran uniformemente a la superficie de la película PET y depositar una capa de semillas de cobre de unos 50 - 80 nm para resolver el problema de la mala adherencia entre plástico y metal; En el segundo paso, la capa de cobre se engrosa electrochemicamente hasta el espesor objetivo en la capa de semilla formada por pulverización, formando una capa conductora disponible. El método de dos pasos tiene en cuenta la eficiencia, el costo y el rendimiento, y es el proceso principal de la industria actual.
El chapado en cobre en un sustrato ultrafino de 4 micras se enfrenta a una serie de desafíos técnicos que son mucho más exigentes que los sustratos de espesor convencionales:
Control de temperatura
La capacidad térmica de la película PET de 4 micras es extremadamente pequeña, y si el calor se acumula demasiado durante el proceso de pulverización, la película se contraerá, deformará e incluso perforará.Ciencia y tecnología avanzadas de la AcademiaEl proceso de pulverización de magnetrón a baja temperatura se utiliza para reducir eficazmente el daño térmico del sustrato PET y evitar la deformación y fragilidad de la película.
Control de tensión
La resistencia mecánica de la película de 4 micras es limitada y la ventana de tensión de la bobina de retracción es extremadamente estrecha. La línea de producción de bobinas de tecnología avanzada de la Academia está equipada con un sistema de control de tensión de alta precisión para garantizar que la película funcione sin problemas en la cavidad de pulverización sin deformación de tracción.
Uniformidad del recubrimiento
La uniformidad del espesor de la capa de cobre afecta directamente la conductividad eléctrica y la consistencia de la batería. La tecnología avanzada de la Academia logra una uniformidad de resistencia cuadrada inferior a ± 5% a través del sistema de escaneo de resistencia cuadrada en línea, que es mejor que el promedio de la industria en un 15%. Los datos de la industria muestran que la desviación estándar de uniformidad de la capa de cobre recubierta de lámina de cobre compuesta se ha reducido a ± 0,3 micras, y la consistencia de la resistencia cuadrada se ha mejorado a más del 98,5%.
Unión de interfaz
La superficie del PET carece de grupos funcionales activos, y la falta de fuerza de unión entre el recubrimiento metálico y el sustrato puede causar que la capa de cobre se caiga en el procesamiento posterior. El proceso de pretratamiento por plasma de la tecnología avanzada de la Academia mejora efectivamente la resistencia a la Unión entre PET y la capa de cobre, la adherencia del recubrimiento alcanza el nivel 5b (el nivel más alto de ASTM d3359) y la resistencia a la desprendimiento es ≥ 1,5n / mm. Después de las pruebas de laboratorio, la tasa de variación de la resistencia de la película de cobre es inferior al 2% después de 1000 curvas circulares.
IV. espesor de la capa de cobre: lapso de rendimiento de 0,1 micras a 1 micras
Sobre la base de un sustrato PET de 4 micras, los productos de película de cobre con diferentes grosores de capa de cobre se pueden preparar controlando con precisión los parámetros del proceso de pulverización y galvanoplastia. El espesor de la capa de cobre varía de 0,1 micras a 1 micra, y diferentes espesores corresponden a diferentes énfasis de rendimiento:
| Product Type |
Copper Layer Thickness |
Key Characteristics |
Typical Applications |
| 4 0,1 película de cobre PET |
~0.1 μm |
Capa de cobre extremadamente delgada, máxima flexibilidad, translúcida |
Líneas finas FPC de alta densidad, electrodos de sensores, óptica de precisión |
| 4 0,3 película de cobre PET |
~0.3 μm |
Capa delgada de cobre, buena flexibilidad, conductividad eléctrica moderada |
Línea de señal FPC de distancia fina, conexión de dispositivos portátiles |
| 4 1película de cobre PET |
~1 μm |
Capa de cobre más gruesa, baja resistencia cuadrada, alta conductividad eléctrica |
Colección compuesta de fluidos de batería de litio, transmisión de señal de alta frecuencia, blindaje electromagnético |
Al seleccionar el modelo, el ingeniero debe sopesar exhaustivamente de acuerdo con los requisitos de conductividad eléctrica, vida útil de flexión y precisión de mecanizado: cuanto más delgada sea la capa de cobre (0,1 - 0,3 micras), mejor será la flexibilidad y mayor será la precisión de grabado, adecuada para líneas finas de alta precisión y aplicaciones transparentes; Cuanto más gruesa sea la capa de cobre (1 μm), menor será la resistencia cuadrada, mayor será la capacidad de carga de corriente y la eficiencia de blindaje. 4 1pet es la especificación estándar para la aplicación de recolección de fluidos compuestos de baterías de litio: una capa de cobre de 1 micra en cada lado y una película base de PET de 4 micras forman una lámina de cobre compuesta con un espesor total de 6 micras. Al ajustar la Potencia de pulverización o el tiempo de chapado químico, la tecnología avanzada de la Academia puede controlar la resistencia cuadrada en el rango de 0,01 - 1 Omega / □.
V. rendimiento clave: confianza técnica de la especificación de 4 micras
IntegralCiencia y tecnología avanzadas de la AcademiaY la información pública de la industria, las características clave de rendimiento de la película de cobre PET de 4 micras son las siguientes:
- Propiedades conductoras.La capa de cobre otorga a la película PET una excelente conductividad eléctrica. El valor típico de la resistencia cuadrada del espesor del cobre de 1 micra es ≤ 18mwh / □, y la resistencia cuadrada es ≤ 0,05 Omega / □ Cuando el espesor del cobre es ≥ 2 micras. La uniformidad de la resistencia cuadrada está dentro de ± 5%, que es adecuada para aplicaciones FPC y baterías con altos requisitos de consistencia de conducción.
- Adherencia del recubrimiento.La adherencia del recubrimiento alcanzó el nivel 5b (el nivel más alto de ASTM d3359) y la resistencia a la desprendimiento fue ≥ 1,5n / mm.
- Resistencia a la flexión.La tasa de variación de la resistencia es inferior al 2% después de 1000 curvas circulares. El diseño de la estructura de cobre de microred permite que el material mantenga la continuidad de la conducción eléctrica bajo una tensión de tracción del 30%.
- Resistencia a la corrosión.La superficie de la capa de cobre se puede tratar mediante galvanoplastia o pasivación química, pasando el estándar de no corrosión durante 96 horas en el ensayo de niebla de sal.
- Rugosidad de la superficie.La tecnología de tratamiento de superficie de la capa de cobre súper Lisa puede reducir la rugosidad de la superficie a Ra ≤ 50 nm, reduciendo significativamente la pérdida de transmisión de señal de alta frecuencia.
VI. escenarios de aplicación básicos: de la recogida de fluidos compuestos a FPC de alta densidad
Colección compuesta de líquidos de baterías de litio
Esta es la dirección de aplicación más central y de más rápido crecimiento de la película de cobre PET de 4 micras. La lámina de cobre compuesta se basa en una película base PET de 4 micras como capa de soporte intermedia, recubierta con una capa de cobre de 1 micra en las dos caras superior e inferior, con un espesor total de 6 micras, que es consistente con el espesor de la lámina de Cobre electrolítico existente, y la fábrica de baterías puede usar directamente Sin cambiar el proceso. En la actualidad, la tasa de penetración de la lámina de cobre compuesta en la aplicación general de la batería de litio sigue siendo baja, pero el crecimiento es rápido: la tasa de penetración prevista por la neutralidad en 2025 es del 5% - 10%, y se espera que supere el 30% en 2028. el crecimiento de este segmento de mercado superará con creces al de la industria de la batería de litio en su conjunto. Las principales empresas han pasado la certificación de Ningde times, BYD y otras fábricas de baterías principales y se han suministrado en lotes, con una tasa de rendimiento de más del 85% - 90%.
Placa de circuito flexible de alta densidad (fpc)
El sustrato PET ultrafino de 4 micras es adecuado para productos FPC con requisitos de adelgazamiento ligero y alta precisión de línea. La fina capa de cobre (0,1 - 0,3 micras) puede lograr líneas finas después del grabado, lo que es adecuado para aplicaciones de FPC de interconexión de alta densidad (hdi) y electrodos de sensores. La tecnología avanzada de la Academia apoya el ajuste flexible del espesor de la capa de cobre, la funcionalidad del sustrato PET y la deposición de patrones, con una anchura máxima de 1350 mm.
Blindaje electromagnético y electrónica flexible
La película de cobre PET de 4 micras se puede utilizar como una capa de blindaje electromagnético ultrafina, que se ajusta a un espacio estrecho al que los materiales de blindaje tradicionales no pueden entrar. La capa conductora de cobre sin oxígeno de alta pureza depositada por el chorro de magnetón hace que la superficie de la película PET tenga propiedades conductoras y conductoras de calor metálicas, que son adecuadas para la disipación de calor, circuitos de electrodos y blindaje electromagnético de productos electrónicos.
7. consideraciones de selección: del espesor de la capa de cobre al escenario de aplicación
Al seleccionar la película de cobre PET de 4 micras, los ingenieros deben centrarse en las siguientes dimensiones:
- Selección del espesor de la capa de cobre.Cuanto más delgada sea la capa de cobre (0,1 - 0,3 micras), mejor será la flexibilidad y será adecuada para líneas finas de alta precisión; Cuanto más gruesa sea la capa de cobre (1 μm), menor será la resistencia cuadrada, mayor será la conductividad eléctrica y la eficiencia de blindaje. 4 1pet es la especificación estándar para la recolección de fluidos compuestos de baterías de litio; 4 0.1pet y 4 0.3pet son más adecuados para FPC de alta densidad y electrodos de sensores.
- Requisitos de vida de flexión.Las aplicaciones dinámicas que requieren curvas frecuentes deben dar prioridad a los esquemas de capas de cobre más delgadas para reducir el riesgo de fractura por fatiga de las capas de cobre. La tasa de variación de la resistencia de la película de cobre de Ciencia y tecnología de la academia avanzada es inferior al 2% después de 1000 curvas circulares.
- Requisitos de capacidad de carga de corriente.Las aplicaciones que requieran llevar una cierta corriente deben elegir un esquema de capa de cobre más grueso. La capa de cobre de 1 micra de 41pet proporciona el camino de conducción necesario para la recolección de fluidos compuestos.
- Adaptabilidad al procesamiento.La película delgada de 4 micras requiere una alta precisión de mecanizado en los procesos posteriores de grabado y ajuste. La ciencia y la tecnología de la academia avanzada apoyan la producción continua de rollos a rollos, cada línea de producción está equipada con un sistema de detección de Resistencia cuadrada, espesor y defectos en línea, cada rollo de película de cobre se adjunta con un informe de prueba en la fábrica, y el lote se puede rastrear.
Advertencia de selección:4 μm no es la opción de "retroceder y buscar el segundo" - es el mejor equilibrio entre la viabilidad de la producción en masa y el rendimiento de la reducción de peso. Los sustratos más delgados todavía se enfrentan a desafíos significativos en la tasa de rendimiento del cobre y la consistencia del lote; Los sustratos más gruesos sacrifican un considerable espacio de pérdida de peso. Entender esta frontera del proyecto es más valioso que simplemente perseguir lo "más delgado".
8. observaciones finales
La esencia de la película de cobre PET de 4 μm es encontrar un punto de equilibrio de ingeniería entre los límites físicos de la película PET y la viabilidad de la producción en masa. Es significativamente más delgado que 6 μm, lo que aporta una pérdida de peso del 56,4% y un aumento de la densidad de energía del 6,61% a la colección compuesta de baterías de litio; Al mismo tiempo, conserva un margen de proceso suficiente para que el recubrimiento de cobre por pulverización de magnetrón de rollo a rollo pueda funcionar de manera estable dentro de un rango de rendimiento aceptable.
Desde los datos de reducción de peso de solo 23,44 G de lámina de cobre compuesta de 1 metro cuadrado hasta el aterrizaje de ingeniería de la tecnología avanzada de la Academia para lograr una resistencia cuadrada de 0,01 a 1 Omega / □, un nivel de adherencia 5B y un cambio de resistencia a la flexión de menos del 2% en un sustrato ultrafino de 4 micras, detrás de la cifra de espesor de 4 micras, hay un conjunto completo de sistemas de proceso, desde el control de tensión del sustrato, la gestión de la temperatura hasta la uniformidad del recubrimiento y la garantía de adhesión. Para los ingenieros, entender por qué 4 μm en lugar de ser más delgado o más grueso - la respuesta a esta pregunta es precisamente el hito técnico entre la película de cobre PET ultrafina de "chapado" a "chapado de precisión".
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Empresa: Xianjin Yuan (Shenzhen) Technology Co., Ltd.
Dirección: 8/F, edificio de Zhongxing, carretera de Shajing Xinsha, distrito de Bao'an, Shenzhen, Guangdong, China
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