2023复合集流体产业峰会
——跨越从0到1 开启变革时代
主办单位：高工锂电、高工产业研究院（GGII）
总冠名：诺德股份
峰会地点：深圳机场凯悦酒店
峰会时间：2023年3月23日
复合铜/铝箔作为极具潜力的新型集流体材料，因具备高安全、长寿命、低成本、强兼容等突出优势，成为产业关注度最高的热点之一。根据2025年中国动力电池出货量达1.3TWh、复合铜/铝箔渗透率达到20%的假设来测算，预计2025年配备复合铜/铝箔的动力电池市场需求将达到250GWh。处于产业化初期的复合集流体能否进一步打开市场空间，核心工艺段的设备改良与效率提升是关键所在。以复合铜箔的制程为例，无论是最初的三步法，还是当下主流的两步法，或未来颇有前景的一步法，都离不开核心工序——PVD工艺应用。真空磁控溅射、真空蒸镀设备的良率和走速能否提升，直接关系到了复合集流体项目的拉线效率和投资成本，进一步决定了下游电池厂与车企的导入力度。近两年，随着产学研各界对复合集流体的关注度和研发投入大幅提升，真空镀膜设备工艺不断突破。行业出现了少数几家具备高端真空磁控溅射、真空蒸镀设备量产能力的企业，有力推动创新材料复合集流体规模化落地。未来趋势——一步法：复合铜箔RTR PVD铜膜1μm
当前主流——两步法：复合铜箔RTR PVD溅射铜+化学电镀增厚1μm
此前，受限于常规磁控溅射设备及工艺不完善，复合铜箔磁控溅射工序面临如下问题：箔材穿孔：高温的金属熔融物飞溅熔穿箔材，形成穿孔；或铜种子层致密度差，增加了后续电镀环节中的针孔出现率。铜膜结合力差：无法对PET/PP聚合物基体表面进行有效活化，导致脱落情况发生，增加安全风险。产能瓶颈：受常规磁控溅射技术节拍限制，铜箔沉积时间长，难以实现卷对卷生产。高工锂电据悉，面对上述工艺桎梏，广东汇成真空（以下简称HCVAC）研发了多项针对性的核心技术，直击磁控溅射产线痛点。溅射靶是高端镀膜设备的核心技术，涉及磁控靶设计技术，膜厚均匀性模拟分析技术，真空磁场分布模拟仿真技术，真空等离子体分布模拟仿真技术等。HCVAC设计的磁控溅射靶具有高膜材利用率、高膜层均匀性、高良率等特点，靶材利用率>85%。HCVAC通过创新性增强了等离子体能量、浓度、离化率和活性，使增强的等离子体具有强效的离子清洗刻蚀活化功能，也具有高效的加热和辅助沉积功能，可以彻底清洁基材，去除表面杂物，有效增强了膜/基结合力，避免铜层与基膜脱落现象的发生。HCVAC自主研发超低温镀膜专利技术，使基材紧贴镀膜辊充分冷却，高沉积速率低温溅射工艺。HCVAC采用模块化设计概念，带材卷绕系统、等离子体预处理、磁控溅射系统、在线测量和工艺控制系统等综合技术应用。使膜层均匀性好，沉积效率高，镀膜速度快。当前，设备成本占到复合集流体前期投资成本的50%。为满足复合集流体产业化初期的降本增效需求，HCVAC从标准化和模块化设计理念出发，提供连续生产线类“交钥匙工程”。目前，HCVAC研发的复合铜箔 PVD 磁控溅射卷绕镀膜设备，实现在厚度3.0～4.5μm、幅宽600～1650mm PET/PP等塑料薄膜表面一次完成双面镀铜膜，设备工艺走速0.5-30m/min。飞溅颗粒和针孔缺陷：飞溅颗粒吸附于基材表面经镀膜后，脱离基材而形成未镀区域（针孔缺陷），未脱离基材而形成凸起的结瘤（颗粒缺陷）。热损伤：蒸发过程中产生的高温及蒸发材料对处于镀膜主辊冷却保护范围之外的柔性薄膜造成热损伤，起皱，断膜。单炉和多炉对比：由于静电吸附力减小，镀铝后基材产生弹性变形，热损伤的累积，在相同条件下单炉也会出现一些热损伤。HCVAC通过自主研发PVD RTR蒸发镀铝膜技术，超薄复合铝箔 PVD 蒸发卷绕镀膜设备，实现在厚度4.5～6.0μm、幅宽600～1700mm PET/PP塑料薄膜表面一次完成双面蒸镀铝膜，设备工艺走速10-100m/min，攻克大规模快速蒸发沉积厚铝膜难关。复合铝箔的制备工艺相比传统铝箔压延工艺难度更大，以PVD蒸镀工艺为核心，通过高温熔化金属材料，在PET/PP塑料薄膜双面沉积铝膜，使其两面具有导电性。复合铝箔蒸镀工艺相比于磁控溅射速度更快，效率更高，但由于高温易使基膜变形，在镀铜过程中较少使用；铝的熔点远低于铜，因此蒸镀的温度可以控制在相对更低的水平，可减少高温使基膜变形等问题的发生，因此蒸镀更适合复合铝箔的制备。复合铝箔无需使用化学电镀等湿法工艺，仅通过干法工艺便可一次完成双面铝膜。复合铝箔基膜厚度比较厚，在4.5-6.0μm左右，制备过程中击穿断裂等风险下降，蒸镀工艺效率得到提升，因此无需采用化学电镀工艺做增厚处理，在一定程度上减轻了干湿法工艺转换过程对良率的影响。值得注意的是，HCVAC在真空磁控溅射、真空蒸镀等设备工艺的迭代，也是国产PVD装备在新能源领域率先走向知识产权自主化、装备高端化的缩影。上周，全国政协委员、中国科学院院士潘建伟在2023年两会上，呼吁国家重视对高端国产化仪器材料设备自主研发的政策引导。
“如果不能实现器件设备的自主研制，我们很难完成高水平科技的自立自强。”潘建伟指出。自从美国对华为禁售等事件发生后，在半导体、新材料、高端装备等关键产业中，自主可控的呼声近几年日益高涨。在此背景下，磁控溅射为代表的高端真空镀膜设备作为众多新兴产业的底层技术支撑，是我国实现战略布局独立性的关键环节。但真空镀膜工艺起源于国外，磁控溅射核心技术更是长期掌握在美国、日本、德国的厂商手里，产业集中度极高。改革开放后，珠三角一带的真空镀膜设备民营力量崛起，因低成本、服务便捷的优势占据主要市场份额。并逐渐在光电行业、平板显示等新兴产业拓展应用。然而，在半导体、集成电路、新能源光伏、高端医疗器械等高精尖领域，我国真空镀膜设备仍面临低端产品鱼龙混杂、市场同质化严重的问题，亟需向高端、核心真空镀膜技术转型。受益于新能源汽车市场的迅猛爆发，我国动力电池产业链中集中涌现了一批锂电材料及结构创新。复合集流体的应用前景，更是作为直接的促发因素，推动了国产磁控溅射设备工艺的发展，并形成国际市场的输出。HCVAC作为早期进入真空镀膜领域的本土企业，一直专注于专业化、高性能真空镀膜设备的研发生产，在精密光学、半导体、平板显示、太阳能、锂电等领域具备较高的知名度。
HCVAC曾参与制定“中华人民共和国机械行业标准 JB/T6922-2015 真空蒸发镀膜设备”行业标准，被广东省科学技术厅授予“真空镀膜应用工程技术研究中心”；2021 年 8 月被工信部授予第三批“专精特新‘小巨人’企业”称号，2022 年 5 月获批设立“广东省博士工作站”。近年来，HCVAC与长春理工大学、武汉理工大学、中国科学院兰州化学物理研究所等多所著名科研院所建立产学研项目合作，不断提升高端镀膜设备的开发能力。HCVAC由教授，博士，高工等70多人团队研发经过多年研发，掌握了磁控溅射靶设计技术、电子束增强离子清洗装置技术、卷对卷真空镀膜设备设计技术、真空连续生产线设计技术、超低温成膜等核心技术，为复合集流体厂商提供各类定制化设备的研发设计。HCVAC向高工锂电分享到，去年以来复合集流体的高热度吸引了诸多跨界企业，从基膜到设备段都不乏新入局者。但真空镀膜是一项综合研究课题，不仅涉及到物理、化学、结晶学、表面科学和固体物理学等基础学科，而且和真空、冶金及化工等技术密切相关，离不开机械设计、传动机构、电气自动控制等多学科知识综合应用，并且高度依赖多年的实际项目经验中积累的know-how（如低温PVD等）。尤其就磁控溅射而言，不同终端客户对基材、靶材、功能性要求、应用场景不尽相同，决定了设备开发具有高度非标属性。只有在此领域摸爬滚打多年的企业才具备足够的设计开发能力。HCVAC提到，随着环保治理和生态红线的压力越来越大，化学电镀环节的污染问题日益突出。由此公司正在进行真空镀膜一步法制成复合铜箔的项目开发，为复合集流体下一代工艺创新助力。同时，公司正在国外多地布局子公司及办事处，加快国际化开拓进度。随着国际车企也开始关注复合集流体的应用，海外市场有望紧跟国内市场起量的步伐。届时，广东汇成真空等国产先进真空镀膜厂商，势必于出海时享受到规模及品牌上的先进技术红利。3月23日，高工锂电、高工产业研究院将在深圳机场凯悦酒店举行2023高工锂电复合集流体产业峰会，峰会主题为“跨越从0到1 开启变革时代”。届时广东汇成真空高层代表将发表“先进PVD设备破除复合集流体量产痛点”的主题演讲。敬请期待！
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