La lámina de cobre laminada es una estructura «sándwich» de «cobre-polímero-cobre», que ofrece ventajas tanto de rendimiento como de coste. La lámina de cobre laminada es blanda, dúctil y resistente a la compresión, lo que inhibe eficazmente las dendritas de litio y reduce el riesgo de cortocircuito interno, mejorando la densidad de energía y la seguridad. El coste unitario de la lámina de cobre laminada incluye las materias primas, la amortización de los equipos y otros costes.
Colectores de ánodo
Introducción a los colectores
Por colector se entiende el elemento estructural que reúne la corriente, en el caso de las baterías de iones de litio se trata principalmente de láminas metálicas como la lámina de cobre, el papel de aluminio de bateria. Durante la carga y descarga de la batería, la corriente generada por el material activo positivo debe agruparse a través del colector para formar una corriente mayor, que luego se transmite externamente al material negativo. Por lo tanto, el fluido colector debe estar en pleno contacto con el material activo para minimizar la resistencia interna de la pila y mejorar así eficazmente el rendimiento global de la misma.
La corriente principal actual de colectores de cátodos de litio es la lámina de cobre, que se utiliza principalmente debido al potencial relativamente bajo del cátodo de la batería, a la capacidad de incrustación relativamente pequeña del metal de cobre y a la dificultad de alear iones de litio con él. Sin embargo, la lámina de cobre, como material tradicional, tiene una serie de problemas de larga data difíciles de resolver, como los elevados costes de producción y una gran proporción de peso; cuando las baterías de litio se exponen a condiciones extremas o pinchazos, son propensas a cortocircuitos internos que pueden provocar la combustión espontánea de la batería.
Por lo tanto, la principal vía de desarrollo de la actual lámina de cobre convencional es hacerse más fina. Una lámina de cobre más fina puede reducir eficazmente el coste del fluido de la batería y reducir el uso de cobre metálico para aumentar la densidad energética global de la batería, con la lámina de cobre más fina que se produce actualmente a gran escala de 4,5μm, que puede aumentar la densidad energética de la batería en aproximadamente un 6% en comparación con la lámina de cobre de 8μm.
Tamaño global del mercado de la lámina de cobre
La industria china de las baterías de litio y de los materiales derivados ha mantenido un alto crecimiento. En 2021 los envíos chinos de baterías de litio lámina de cobre alcanzaron las 280.500 toneladas, con un aumento interanual del 122,9%, debido principalmente a la demanda de vehículos de nueva energía para impulsar la alta demanda de baterías de potencia. En 2021 los envíos anuales chinos de baterías de potencia alcanzaron los 220GWh, los próximos años con los vehículos globales de nueva energía, almacenamiento de energía, 3C digital, etc. En los próximos años, a medida que siga creciendo la demanda mundial de vehículos de nueva energía, almacenamiento de energía, 3C digital y otros mercados, se espera que la demanda del mercado de baterías de litio lámina de cobre sea de unas 387.500 toneladas en 2022.
La tendencia de extrema delgadez impulsa el aumento de la proporción de lámina de cobre inferior a 6μm. desde 2018, la proporción de envíos de lámina de cobre inferior a 6μm ha mostrado una tendencia al alza, representando más del 60% en 2021. Con la tendencia a la extrema delgadez de la lámina de cobre de litio identificada, las empresas de lámina de cobre aceleran la disposición de lámina de cobre pet y otras láminas de cobre ligeras.
En 2021, las principales empresas de lámina de cobre 6μm envíos de lámina de cobre generalmente representaron más del 80% de los envíos de productos de lámina de cobre de la empresa. China es un importante productor de litio lámina de cobre. De la distribución de la capacidad de producción mundial de lámina de cobre de litio, la capacidad de producción de lámina de cobre de litio de China representó el 75% en 2021, como las principales áreas de producción de lámina de cobre de litio del mundo.
Lámina de cobre laminada
La estructura mejora eficazmente el rendimiento general de la batería
La lámina de cobre laminada resuelve los problemas de coste y seguridad de la lámina de cobre tradicional. La lámina de cobre compuesta tiene una estructura «sándwich» de «cobre – polímero – cobre», que presenta ventajas evidentes sobre la lámina de cobre tradicional. En el caso de la lámina de cobre PET, por ejemplo, la lámina de cobre laminada utiliza aproximadamente 2/3 menos de cobre que la lámina de cobre convencional, lo que se espera que se traduzca en una reducción significativa de los costes de producción cuando el producto se fabrique en serie. Al mismo tiempo, el menor uso de cobre puede reducir eficazmente el peso de la propia batería y aumentar su densidad energética.
La lámina de cobre laminada se fabrica mediante pulverización catódica por magnetrón de una capa de 50 nm de metal sobre la superficie de un sustrato polimérico de 3-8μm de espesor, lo que da como resultado un producto semiacabado con una superficie metalizada. A continuación, el sustrato se recubre con cobre de 1μm de espesor o más por sustitución iónica mediante recubrimiento acuoso, lo que da como resultado un espesor total de aproximadamente 5-10μm de lámina de cobre laminada.
Características de la lámina de cobre laminada
La lámina de cobre laminada se acerca más a las necesidades reales del mercado. La lámina de cobre tradicional tiene un límite teórico superior de grosor para garantizar las propiedades mecánicas del material, mientras que la lámina de cobre más fina y ligera también conlleva mayores costes de transformación. Gracias a las iteraciones tecnológicas, la lámina de cobre laminada tiene una textura más blanda, mayor ductilidad y mejor resistencia a la compresión que la lámina de cobre tradicional, lo que contribuye a aumentar la densidad energética de las baterías, controlar los costes de producción y responder mejor a las necesidades del mercado.
● Mayor seguridad
La lámina de cobre convencional es menos flexible y menos dúctil, lo que da lugar a una distribución desigual de la tensión en la superficie, que no inhibe el crecimiento de las dendritas de litio. Cuando la dendrita de litio alcanza cierta longitud, puede perforar el separador de la batería y provocar un cortocircuito en su interior. Por el contrario, la lámina de cobre laminada, debido a su flexibilidad y ductilidad, puede dispersar eficazmente la tensión en la superficie del fluido colector, ayudando a depositar uniformemente los iones de litio e inhibir las dendritas de litio, mejorando así las prestaciones de seguridad de las baterías de litio.
Cuando las baterías de litio se perforan en entornos extremos, la lámina metálica es propensa a la formación de rebabas y la dirección de éstas es arbitraria, lo que puede perforar fácilmente el diafragma dos veces, con graves consecuencias irreversibles. En cambio, el sustrato de lámina de cobre laminada, al ser un material polimérico, es intrínsecamente resistente a la fractura y, en segundo lugar, es muy difícil que un cobre metálico de 1μm de espesor perfore la membrana. Incluso si la célula se pincha, la lámina de cobre laminada tendrá un efecto interruptor, controlando la corriente de cortocircuito sin aumentar, lo que mejora eficazmente la seguridad de la batería.
● Menores costes de producción
La excelente resistencia a la compresión y ductilidad de la lámina de cobre laminada puede satisfacer los requisitos de alta velocidad de bobinado de los núcleos, aumentando así la eficacia de la producción. El actual proceso de producción de baterías de litio se basa principalmente en el bobinado, que requiere una buena ductilidad del fluido colector. La excelente resistencia a la compresión de la lámina de cobre laminada es muy superior a la del cobre puro, por lo que cuando se mejora la resistencia a la compresión del material, se puede aumentar la fuerza de tracción del equipo durante el proceso de producción, mejorando así la eficacia productiva del producto.
● Mayor densidad energética
El uso de lámina de cobre laminada es una forma eficaz de aumentar la densidad energética de las baterías. Los fabricantes de baterías están adoptando dos enfoques para aumentar la densidad energética de sus baterías: o bien utilizando materiales de cátodo de mayor densidad energética, o bien sustituyendo algunos de los materiales de la batería original para reducir su peso. El fluido catódico más utilizado es la lámina de cobre, que representa entre el 12 y el 15% del peso de la célula. Sustituyendo la tradicional lámina de cobre por lámina de cobre laminada, se puede reducir eficazmente la masa de la célula y aumentar la densidad energética de la masa de la pila.
Materiales de lámina base para lámina de cobre laminada
Las materias primas de la lámina de cobre laminada incluyen la lámina base (polímero) y el cobre metálico. La elección de la película base incluye PP, PI y PET. PI generalmente no se utiliza como una película base, ya que es demasiado caro y frustra el propósito original de la producción de lámina de cobre laminada. En contraste con el PP y el PET, el PP tiene la ventaja de una alta resistencia a los ácidos y álcalis y una densidad relativamente baja; el PET tiene la ventaja de una adherencia superior, un punto de fusión más alto, un rango de temperaturas de trabajo más amplio y una mejor resistencia a la tracción. Combinando las propiedades de ambos materiales, el PET es ahora más adecuado como lámina base para la lámina de cobre laminada.
Demanda del mercado de lámina de cobre laminada
Mercado descendente
Las políticas de vehículos de nueva energía en Europa están teniendo un efecto significativo, con incentivos a la compra que impulsan las ventas de vehículos de nueva energía. Las políticas europeas de emisiones de vehículos se están endureciendo, y para finales de 2021 la política exige que todos los vehículos tengan una media de emisiones de carbono no superior a 95 g/km. la política y las normas de emisiones han impulsado la demanda de vehículos de nueva energía, con un aumento anual de las ventas de vehículos de nueva energía de 100.000 a 2,14 millones entre 2014 y 2021, con un aumento interanual del 70% en 2021, con los vehículos eléctricos puros representando más de la mitad del total.
El Gobierno estadounidense está acelerando la electrificación de los vehículos y existe un enorme margen para el desarrollo del mercado. En 2021 se venderán en EE.UU. 652.000 vehículos de nueva energía, lo que supone un aumento interanual del 101%, pero el índice de penetración actual de los vehículos de nueva energía en EE.UU. sigue siendo bajo, del 4,3%. El Gobierno estadounidense anunció el año pasado que los vehículos de nueva energía representarán la mitad de las ventas totales de vehículos en 2030, mientras que la Agencia de Protección Medioambiental EPA ha reajustado las normas de emisiones de los vehículos de 40 a 52 GPM.
Los vehículos de nueva energía de China se están desarrollando rápidamente bajo la política actual, convirtiéndose en el mayor mercado de vehículos de nueva energía del mundo en 2020. En 2021 se vendieron 3,521 millones de unidades, un 158% más interanual, y en noviembre de 2022 se vendieron 6,058 millones de unidades, un 103,6% más interanual, con una tasa de penetración récord del 37,9% en noviembre de 2022.
Además, los fabricantes de coches nuevos de China están aumentando gradualmente su cuota de mercado, con entregas mensuales récord, un fuerte desarrollo de las marcas independientes y BYD anunciando el abandono de los vehículos de combustible este año, y las ventas también han conseguido alcanzar nuevos máximos. Se espera que las ventas totales de vehículos de nueva energía en China superen los 6,8 millones de unidades este año.
En los 11 primeros meses de 2022, la base instalada de baterías LiFePO4 alcanzó el 67,7% (55,8% en el mismo periodo del año anterior), beneficiándose del aumento de las ventas de vehículos de nueva energía de gama baja y media y de la mejora de la tecnología de las baterías, manteniendo una cuota de mercado creciente. La base instalada de baterías de potencia alcanzó los 34,1 GWh en el mismo periodo, incluidos 11 GWh de baterías ternarias y 23,1 GWh de fosfato de hierro y litio. Se espera que este año se instalen en China 300 GWh de baterías de potencia.
Con la rápida expansión de la capacidad instalada de nueva generación de energía, el mercado de almacenamiento de energía se ha desarrollado rápidamente. Como parte integral del almacenamiento de energía, el almacenamiento electroquímico de energía ha experimentado un rápido crecimiento en los últimos años, con envíos de baterías de almacenamiento de energía en China que alcanzarán los 48GWh en 2021, con un aumento interanual del 200%, de los cuales las baterías de iones de litio representan alrededor del 90%.
Con los nuevos proyectos de generación de energía que requieren almacenamiento de energía bajo el régimen político, se espera que los envíos de baterías de almacenamiento de energía de China aumenten aún más en 2022, con envíos anuales previstos de alrededor de 90GWh, impulsando el desarrollo de materiales previos para baterías de almacenamiento de energía.
Espacio de mercado
Para los fabricantes de material litio, la lámina de cobre laminada se encuentra en las primeras fases del desarrollo de la cadena industrial, con los equipos de producción en primer lugar. En la actualidad, la industria progresa muy bien, y muchas empresas tienen un excelente rendimiento de sus productos. Se espera que el espacio de mercado de la lámina de cobre laminada supere los 10.000 millones de RMB en 2025. Según la tendencia de la demanda mundial de baterías de litio, los envíos mundiales de baterías de litio en 2023/2024/2025 es de alrededor de 1045/1471/2045GWh, el cálculo muestra que en 2023/2024/2025 correspondiente a la tasa de penetración neutral, la demanda de lámina de cobre laminada es de alrededor de 102/717/1995 millones de metros cuadrados, el espacio de mercado es de alrededor de 7,64/46,64/11,973 mil millones de RMB, tasa de crecimiento compuesto de alrededor del 150%.
