负极为何要用昂贵铜材？大企业争夺电解铜箔战场[电池完全征服](24)

by Kang Heejong

Published 17 Feb.2024 08:00(KST)

Updated 02 Mar.2024 12:05(KST)

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锂离子电池负极核心
超薄铜箔“铜箔”
预计年均增长27%

SK、乐天、Korea Zinc等
韩国大型企业争相布局

编辑者注当下是电池时代。手机、笔记本电脑、电动汽车等几乎所有领域都离不开电池。[电池完全征服]栏目面向想要了解电池的一般读者、学生，以及关注电池产业和相关企业的投资者，旨在以通俗易懂的方式介绍电池基础知识与生态体系、企业信息、产业走势与前景。我们将于每周六与各位读者见面。

锂离子电池由正极-隔膜-负极层层堆叠而成。其中，正极和负极的集流体（集电体·current collector）厚度为数微米（㎛，1㎛=百万分之一米），其表面分别被薄薄地涂覆上活性物质。

集流体起到将正极和负极物理固定的支撑作用，同时还承担着将正极和负极产生的热量向外散出的辅助功能。

更重要的是，集流体在锂离子电池充放电过程中起到帮助电子移动的关键作用。在充电过程中，正极中的锂发生电离并分离出1个电子，该电子通过正极的铝（Al）集流体，经导线移动到负极的铜（Cu）集流体。通过铜集流体的电子在负极与锂离子相遇并发生还原反应。

集流体既要具有优异的电导性，又不能与活性物质发生反应，必须保持稳定。虽然承担的功能相同，但正极和负极使用不同材料作为集流体，正是源于这种电化学特性的差异。

正极的电位高于负极。因此，正极集流体采用在高电位下仍具有稳定电化学特性且导电性优异的铝。铝是一种极为丰富的矿物，在价格方面也具备优势。

SK Nexilis 井邑工厂。SK Nexilis供图

在锂离子电池中，铝不能用作负极集流体，因为它会与锂离子发生反应生成合金。取而代之的是在低电位下仍然稳定且导电性优异的铜。

用于负极的薄铜箔被称为电解铜箔（copper foil）。电解铜箔过去主要用于印刷电路板（PCB），如今更多被用作二次电池负极集流体。用于电池的电解铜箔越薄越好，这样就能填充更多负极活性物质，从而提高能量密度。

二次电池用电解铜箔的厚度被制成10㎛以下，仅为一根头发丝厚度的约十五分之一。电动汽车用电池主要使用厚度为6~8㎛的电解铜箔，近年来厚度在4㎛级别的技术也已被开发出来。

在保证电解铜箔足够薄的同时，又要使其不易弯折且表面均匀，这是关键技术。强度和延伸率（金属在不断裂情况下被拉伸的比例）越高越好。由于电解铜箔制造需要高度的工艺控制技术，因此进入门槛较高。

电解铜箔的制造工艺大致分为辊轧（roll）压延方式和电解电镀方式。辊轧压延方式是让铜在辊轮之间通过，从而制成薄铜箔，该方式主要生产厚度35㎛以上的产品。采用压延方式生产电解铜箔时，机械性能优异，但生产成本较高，且在实现薄膜化方面存在困难。

电解镀铜箔的生产工艺流程。SK Nexilis供图

电解电镀方式是利用电解原理对铜进行电镀。与压延方式相比，该方式成本较低且更容易制成薄箔，因此主要应用于电动汽车电池。

电解电镀方式首先在硫酸铜水溶液中放入由铂制成的正极和鼓式钛负极，并通以电流。此时，溶液中的铜向负极鼓移动并附着，形成一层薄膜。通过调节鼓的转速和电流即可控制电解铜箔的厚度。生产出的电解铜箔为提高耐化学性、耐热性、附着力并防止氧化，会进行表面处理后再切割出货。

“年均增长27%”……大型企业接连入局

电解铜箔约占锂离子电池重量的11%，按成本计算占比也高达8%，比重相当大。SNE Research预计，二次电池用电解铜箔市场规模（包括电动汽车、能源存储装置、电子设备）将从2022年的36万吨，以年均27%的速度增长，到2030年达到207万吨。

电解铜箔过去全部从日本进口，自1990年 Iljin Materials 产品实现商业化后，开始逐步实现进口替代。由于前期设备投入巨大，进入这一领域并不容易。

目前韩国国内的电解铜箔企业包括SKC、乐天能源材料、Solus Advanced Materials、Korea Zinc等，彼此竞争激烈。电解铜箔生产耗电量巨大，韩国企业为降低生产单价，正以电价较低的马来西亚等海外据点为中心推进工厂扩建。

SKC于2019年收购KCFT，并将公司名称更改为SK Nexilis。KCFT是私募基金Kohlberg Kravis Roberts（KKR）收购LS Mtron铜箔事业部后设立的公司。SK Nexilis并入SK集团后通过激进投资迅速扩大电解铜箔业务。除韩国井邑工厂外，还计划在马来西亚、波兰、美国扩建工厂。

该公司以在2025年前在韩国、马来西亚、欧洲、北美等地建立年产25万吨规模的生产体系为目标。目前包括井邑和马来西亚1号工厂在内的年产能约为8万吨。

SK Nexilis曾于2021年成功以1.4米宽幅生产出世界上最薄的4㎛厚电解铜箔，总长度达30公里。该公司还掌握了可将厚度6㎛的电解铜箔生产至77公里长度的技术。

Iljin Materials于2023年3月被乐天化学收购后，将公司名称更改为乐天能源材料，在乐天集团的支持下正积极扩大业务。该公司目前在全罗北道益山和马来西亚年产电解铜箔6万吨。公司计划通过扩建马来西亚工厂和在西班牙新建工厂等举措，将年产能在2028年前扩大至24万吨。

Solus Advanced Materials的前身为1960年在美国成立的电子材料企业Circuit Foil。Circuit Foil几经易主，于2014年被斗山集团收购。斗山于2019年通过公司分立成立Doosan Solus。2020年，由前信息通信部部长 Jin Daeje 领导的私募基金Skylake收购该公司后，Solus Advanced Materials由此诞生。

Solus Advanced Materials同时生产用于半导体等领域的电解铜箔和二次电池用电池箔（电解铜箔）。公司拥有可将厚度6㎛的电池箔卷绕30公里以上的技术实力。二次电池用电解铜箔目前在匈牙利的年产量为1.5万吨。公司计划通过扩建匈牙利工厂和在加拿大新建工厂等方式，将电池箔产能在2027年前扩大至16.3万吨。

Korea Zinc于2020年通过100%出资设立了电解铜箔制造子公司KZAM。KZAM于2022年在蔚山温山炼厂附近建成电解铜箔生产工厂。目前公司正在进行客户认证程序，计划于2024年下半年开始量产。其年产规模为1.3万吨，并计划在2027年前扩产至6万吨。

韩中电解铜箔激战

当前二次电池用电解铜箔市场中，中国企业通过激进扩产使竞争日益白热化。中国企业包括Wason、NuoDe、JiaYuan、Jiujiang Defu、Chang Chun等。SK Nexilis、乐天能源材料、Wason、NuoDe等韩中企业正展开激烈的头名争夺战。日本方面则由Furukawa、Nippon Denkai供应电解铜箔。

市场占有率因调研机构不同略有差异。根据韩国本土市场调研机构SNE Research对2021年末的数据调查结果，SK Nexilis以22%的市占率位居第一，其后依次为Wason 19%、Chang Chun 18%、Iljin Materials（现乐天能源材料）13%。而根据总部位于中国北京的市场调研机构QY Research的调查结果，2021年NuoDe以12%位居第一，SK Nexilis以9%居第二，Iljin Materials以8%位居第三。

其中，Wason还是SK在2019年和2020年分两次共投资3800亿韩元、持股30%的第二大股东。Wason在2021年的产能被认为为6万吨。LG化学在2021年还向Defu投资了400亿韩元。Defu在2021年的产能约为4.9万吨。Wason和Defu均为未上市公司。

韩国三大电池企业从韩国和中国的多家企业采购电解铜箔。LG能源解决方案正通过SK Nexilis、乐天能源材料、Solus Advanced Materials、Wason等多家供应商实现多元化。三星SDI的主要供应商为乐天能源材料和SK Nexilis。SK On则使用SK Nexilis、Wason、Chang Chun等企业生产的电解铜箔。Solus Advanced Materials则直接向特斯拉供应电解铜箔。