電解銅箔用陰極輥和生箔機大直徑已成趨勢

苗 東，馮 慶

（西安泰金新能科技股份有限公司）

目前，在國家大力倡導節能減排的大環境下，圍繞“碳中和、碳達峰”戰略目標，高端裝備工藝技術的迭代以及生產效率的提高將成必然的趨勢，同時這也將成為裝備企業未來發展的方向。

1 提高生產效率、降低銅箔成本是近期電解銅箔行業亟待突破的瓶頸

據悉，目前特斯拉的4680電池、寧德時代的麒麟電池、比亞迪的刀片電池等已基本定型，短期內規格尺寸不會變化；再有，目前效率最高、保有量最大的涂布設備的幅寬普遍在1 000 mm左右。因此，一些上游銅箔廠家將生箔機和陰極輥幅寬分別向1 000 mm和2 000 mm周圍分化；在電解銅箔設備直徑方面，近兩年幾乎所有新建銅箔項目都擯棄了2 000 mm直徑的生箔機和陰極輥，這致使2 700 mm直徑的電解銅箔設備成為當前的主流。并且，個別廠家已經開始嘗試制造3 000 mm甚至更大規格的電解銅箔設備，以謀求更高的成品率和更高效的生產效率，從而降低生產成本。

值得注意的是，一些新技術和新產品的出現也迫使傳統銅箔行業不斷的前進，從而避免或延緩被時代淘汰的命運。這其中以PET銅箔最具代表性，PET銅箔作為動力電池領域強有力的“后來者”，自出現之后，相關的工藝技術得到迅猛發展，并促使制約PET銅箔量產的最關鍵的成本因素正逐漸消失。當前，PET銅箔的單位面積成本已十分接近傳統銅箔，PET銅箔已隱約出現替代傳統銅箔的趨勢。因此，降低傳統動力電池用銅箔的生產成本已迫在眉睫。

隨著動力電池用箔材越做越薄，在保證產品質量和成品率的前提下，大幅寬、大直徑的電解銅箔設備成為了行業的主要需求，這對設備廠商的制造能力提出了新的挑戰。同時，對添加劑的精細化管理、制液系統的穩定性、控制系統的智能化、設備的一致性、設備的能耗利用率等方面也提出了更高的要求。采用目前市場上主流的較為成熟的技術生產幅寬2 000 mm左右的銅箔，其成品率和生產效率均不太理想，且很難用于大批量的制造。因此，大直徑電解生箔設備成為了最可能實現此目標的有效途徑。據悉，3 000 mm生箔設備已經在部分國外銅箔廠長期應用，國內銅箔廠也已經開始了驗證性應用。據不完全統計，相較于傳統直徑2 700 mm的生箔設備，3 000 mm的生箔機單臺設備的生產效率提升15%以上，能耗降低超過5%，綜合生產成本降低5%以上。

為解決上述難題，幫助銅箔企業進一步提高生產效率，降低銅箔生產成本，量產并應用超大直徑陰極輥和生箔機已勢在必行。同時，可以預料的是率先應用大直徑陰極輥和生箔機的裝備企業將優先享受行業技術躍遷帶來的市場紅利，成為引領銅箔設備行業技術發展的標桿企業。

2 大直徑陰極輥與生箔機面臨的技術挑戰

圖1 3 000 mm大直徑陰極輥

作為業內率先量產直徑3 000 mm陰極輥和生箔機的銅箔裝備企業，泰金新能董事長馮慶表示，中國現在已經是全球最大的銅箔生產和消耗國，在動力電池大規模制造趨勢下，高端裝備技術工藝的迭代革新是必然的方向，同時這也將成為裝備企業未來核心的增長極。

泰金新能能夠率先量產直徑3 000 mm陰極輥和生箔機，與其技術研發團隊十幾年的銅箔生產設備研發和生產的經驗積累密不可分。泰金新能始終秉承“替代進口，填補空白，解決急需”的宗旨，致力于為新能源領域提供高端智能化電解成套綠色解決方案。始終堅持以原創性科研和產業發展為導向，努力攻克“卡脖子”的重點難題和關鍵技術。

早在2019年，泰金新能就已經為國外客戶提供3000 mm直徑的大型旋壓成型陰極輥。在客戶使用過程中，泰金新能不斷優化產品的結構設計和提升陰極輥表面晶粒組織細化和均勻性，沉淀了大量關鍵的使用數據。利用這些數據，企業進一步優化了大型旋壓陰極輥的加工工藝，并創新應用新型爆炸復合結構，有效保證了大直徑陰極輥在極端大電流環境下的穩定性和銅箔生產的一致性。經過各方面的努力和改進，泰金新能在量產3 000 mm陰極輥方面已經走在世界前列，滿足了動力電池用銅箔和標準銅箔對大電流、高效率的性能需求，填補了國內及行業的空白。

在生箔機方面，為匹配3 000 mm陰極輥的超大電流，西安泰金通過以下幾點核心定位保障了超大尺寸生箔一體機的高效穩定：

（1）應用電流模擬計算，優化電解槽陽極板數量和電流密度，分區域排布背部導電銅排電流分布；降低電流損耗，提高電流利用率，并提升陽極使用壽命和保證陽極失效一致性；

（2）電解槽進液系統模擬液體流量和流速有限元分析，通過動態分析后，優化混合腔室、分流結構細化，進液導流結構等，增加液體混合度和減少局部液體紊流；

（3）應用倫茨先進張力控制系統和伺服電機控制系統，實現張力自適應、自調整，減少高速生產下銅箔表面張力波動；

（4）增加在線視覺檢測系統和厚度均勻性檢測系統，實時做到缺陷及時發現、及時標記、及時自動處理、及時記錄等自動檢測修復系統；

（5）配合AVG自動轉運系統，在銅箔生產達到指定長度后，設備自動斷箔、自動下卷、自動換卷、自動打標、自動轉運。優化智能生產，智能制造。

圖2 AGV自動轉運系統車間

3 電解銅箔行業大直徑已成趨勢

“除了目前已經量產的3000 mm直徑的生箔設備，我們還在積極研發3600 mm直徑的陰極輥和生箔機。近日，我司首臺最大直徑3.6 m的陰極輥和生箔一體機成功下線，這標志著我國實現掌握了全球最大直徑的陰極輥和生箔一體機成套核心技術，并自主可控，這是泰金公司在高端電解銅箔用成套裝備的又一次突破，是全球首創，填補了行業空白。我們將繼續為進一步提高生產效率和提升銅箔競爭力做更大的突破，助力傳統銅箔在應用領域特別是新能源領域的持續創新。”泰金新能強調，這些創新舉措也讓銅箔的產線結構更加豐富，能更好的適應不同應用場景的生產，也為制液、生箔、檢測、去應力、分切、包裝的全自動化提供了更多的可能。

根據目前行業發展趨勢來看，大直徑銅箔生箔設備產品技術趨于成熟，產能擴張簡單快捷，綜合能效和產出比都有較大提高，高端大直徑銅箔生箔設備必然是未來行業發展的方向。

基于此研判，泰金新能聚焦銅箔裝備市場需求，前瞻性布局超大尺寸銅箔生產裝備并成為國內首家量產超大直徑的陰極輥和生箔機產品的企業，將助力國內頭部銅箔企業提高自身競爭力。

據悉，高端智能化電解成套裝備已占據泰金新能公司整體70%以上業績，已是公司利潤增長的核心支柱。同時，泰金新能還承擔了“十四五”國家重點研發計劃“高性能制造技術與重大裝備”重點專項“高強極薄銅箔制造成套技術及關鍵裝備”項目。泰金新能致力于為電化學領域提供高端智能化電解成套裝備解決方案，是國內貴金屬鈦電極材料和電解銅箔成套裝備的主要研發生產基地，是全球唯一具有極薄銅箔生產用電解銅箔成套裝備全流程研發、生產制造的企業。

圖3 “十四五”國家重點研發計劃“高性能制造技術與重大裝備”重點專項“高強極薄銅箔制造成套技術及關鍵裝備”項目啟動會

從市場角度看，泰金新能的客戶列表已經覆蓋了包括中一科技、嘉元科技、諾德股份等頭部銅箔企業，以及方邦電子、金寶科技等特種銅箔領域企業。

泰金新能如今取得的成果與其持續不斷的研發投入息息相關。此后，泰金新能將繼續圍繞國家“十四五”規劃，充分發揮公司在電極材料、電解成套裝備制造和密封連接領域的核心技術優勢，在新能源、新材料、高端裝備、綠色環保等戰略新興領域積極開展技術創新，解決行業“卡脖子”問題。同時，泰金公司將始終秉承“替代進口、填補空白、解決急需”的宗旨，為新能源、新材料、高端裝備等行業做出應有的貢獻。