芯耀
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產(chǎn)業(yè)界對硫化物全固態(tài)電池的參與熱情高漲，稱其已進入商業(yè)化的“最后一公里”。
然而，現(xiàn)實似乎更為復(fù)雜。一項即將成熟的電池技術(shù)，其上下游關(guān)鍵材料理應(yīng)出現(xiàn)更明確的突破與工程化信號，但為何在新一代集流體領(lǐng)域，我們看到的卻是路徑分化、充滿不確定性的景象？
理論與現(xiàn)實之間的“溫差”，或許揭示了集流體這一看似傳統(tǒng)的領(lǐng)域，正在上演一場深刻的技術(shù)變革。
也正是在這種背景下，集流體的創(chuàng)新關(guān)鍵詞，才從傳統(tǒng)的“輕薄、高強、延展”，全面轉(zhuǎn)向了更為復(fù)雜的“3D/多孔、耐高溫、耐腐蝕、去金屬化”。
應(yīng)對腐蝕與膨脹，傳統(tǒng)金屬箔迎升級
硫化物固態(tài)電解質(zhì)對銅的化學(xué)侵蝕，以及硅基、鋰金屬負極在充放電過程中的劇烈體積膨脹，構(gòu)成了全固態(tài)電池技術(shù)突破的眾多瓶頸之二。
在現(xiàn)有成熟工藝基礎(chǔ)上進行表面改性，成為業(yè)界響應(yīng)最快的解決方案。
近期，諾德股份宣布于2025年推出其全球首款耐高溫雙面鍍鎳銅箔，引發(fā)市場高度關(guān)注。據(jù)其產(chǎn)品信息，這層厚度在0.5-0.9μm范圍內(nèi)的鍍鎳層，微觀形貌致密、平整、無孔洞。
鍍鎳層能夠有效抵御硫化物腐蝕，其致密的物理特性更有助于解決因固態(tài)電解質(zhì)與集流體熱膨脹系數(shù)不同而導(dǎo)致的界面分離問題。
同時，它使得銅箔在150℃高溫下抗氧化能力超過30小時，在200℃極限下仍能堅持24小時以上。
這標志著集流體頭部企業(yè)在固態(tài)電池領(lǐng)域布局的深化。諾德股份自2018年起便研發(fā)多孔銅箔，并在近年接連推出耐高溫、耐腐蝕產(chǎn)品的專用銅箔，顯示出其為固態(tài)電池多種技術(shù)路線提供材料支撐的系統(tǒng)性布局。
這背后其實還有一層現(xiàn)實的考量，據(jù)了解，為應(yīng)對硫化物腐蝕，直接使用不銹鋼或鎳作為金屬箔成本過高。因此，在現(xiàn)有銅箔上進行雙面鍍鎳，被視為一項兼具性能與成本競爭力的解決方案。
盡管如此，新增的電鍍工藝不僅拉長了制造流程、增加了成本，也可能引入涂層與基材結(jié)合力等新的潛在風(fēng)險。
在對傳統(tǒng)金屬集流體進行升級的同時，另一條技術(shù)路線——復(fù)合集流體，也因其在高安全和輕量化上的獨特優(yōu)勢，開始與固態(tài)電池技術(shù)路徑產(chǎn)生交集。
潔美電子旗下子公司柔震科技近日公告，已與一家固態(tài)電池生產(chǎn)企業(yè)簽署《戰(zhàn)略合作框架協(xié)議》。雙方將就“高安全輕量化復(fù)合集流體”進行共同設(shè)計開發(fā)，并由柔震科技根據(jù)對方需求進行生產(chǎn)供貨。
與此同時，英聯(lián)股份也表示，將依托其在蒸鍍工藝上的技術(shù)儲備優(yōu)勢，開發(fā)應(yīng)用于固態(tài)電池的“鋰金屬/復(fù)合集流體負極一體化材料”。此舉旨在將負極與集流體合二為一，進一步提升電池的能量密度與集成度。
這兩則動態(tài)表明，復(fù)合集流體正作為一種相對成熟的創(chuàng)新平臺，積極尋求與下一代電池技術(shù)的結(jié)合點。
走向3D結(jié)構(gòu) 尋求更優(yōu)解
更為深刻的變革發(fā)生在集流體的三維結(jié)構(gòu)上。斯坦福大學(xué)崔屹教授團隊2024年發(fā)布于《自然·能源》的論文提出，多孔集流體是復(fù)合集流體的下一代發(fā)展方向。
目前，這一探索正分化為兩條清晰的路徑。
第一條路徑，是以泡沫銅、泡沫鎳、泡沫鋁等為原料的3D金屬網(wǎng)集流體。
這條路徑旨在通過構(gòu)建三維金屬骨架，為鋰金屬、硅基等高膨脹負極提供緩沖空間，并因其巨大的比表面積來降低局部電流密度，從而抑制鋰枝晶生長。
國內(nèi)產(chǎn)業(yè)進展迅速，德?？萍家蜒邪l(fā)出多孔銅箔、霧化銅箔、芯箔（也就是復(fù)合集流體）等多款解決方案，部分產(chǎn)品已實現(xiàn)批量出貨。
據(jù)其介紹，多孔銅箔的制備工藝多樣，包括激光打孔、化學(xué)刻蝕、發(fā)泡成型等，而其研發(fā)項目則擬通過創(chuàng)新的“印刷模板法電解”來獲得孔隙形態(tài)可控的銅箔。
產(chǎn)業(yè)資本的嗅覺同樣敏銳。三孚新科已聯(lián)合東峰集團，共同投資主營泡沫銅（也就是“3D銅箔”）的菲奧新材料。
三孚新科曾指出，泡沫銅制造的核心在于電鍍工藝，其可以為菲奧提供從電鍍設(shè)備到專用化學(xué)品的整體解決方案，并在后續(xù)泡沫銅工藝提升、設(shè)備升級中深度賦能。這標志著產(chǎn)業(yè)鏈上下游正通過資本與技術(shù)捆綁，加速3D集流體的產(chǎn)業(yè)化進程。
然而，簡單的多孔結(jié)構(gòu)仍面臨挑戰(zhàn)。研究發(fā)現(xiàn)，均質(zhì)多孔集流體無法有效引導(dǎo)鋰金屬向底部沉積，易導(dǎo)致“頂部生長”現(xiàn)象。
因此，設(shè)計具有“親鋰梯度”的3D結(jié)構(gòu)，正成為新的研發(fā)熱點，以期從根本上提升電池安全與循環(huán)壽命。
第二條路徑，則是更為前沿的多孔碳基集流體，追求“去金屬化”。
這條路徑以石墨烯、碳納米管等為原料，旨在通過完全摒棄金屬，兼得高抗腐蝕性與極致的低質(zhì)量密度。
美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）已推出一種碳纖維-碳納米管-聚合物一體化集流體。
該方案中，碳纖維提供力學(xué)框架，碳納米管構(gòu)建三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，聚合物負責(zé)粘結(jié)。其單位面積質(zhì)量僅約1.5 mg/cm2，遠低于傳統(tǒng)銅箔的8.7 mg/cm2，能顯著提升電池比能量，并從根本上避免了金屬腐蝕。
清華大學(xué)的研究也指出，在硅基負極時代，碳納米管集流體應(yīng)具備導(dǎo)電、增強、粘合等多重功能。該研究還并構(gòu)想了“一體化干法多級電極”的未來形態(tài)：將碳納米管網(wǎng)絡(luò)與硅材料原位結(jié)合，再復(fù)合碳基集流體。
但新材料也伴隨新挑戰(zhàn)，如碳基集流體的極耳焊接工藝便是其規(guī)?；瘧?yīng)用前必須攻克的難題。
工藝協(xié)同之困：干法電極呼喚集流體創(chuàng)新
當固態(tài)電池邁向產(chǎn)業(yè)化時，干法電極工藝因其無溶劑、高效率、高能量密度的潛力，被業(yè)界寄予厚望，也對傳統(tǒng)集流體提出了一個挑戰(zhàn)，而目前，來自材料端的回應(yīng)似乎有所滯后。
在干法工藝中，電極是由預(yù)先制備的活性物質(zhì)“干法膜片”與集流體通過熱壓復(fù)合而成。這里的核心瓶頸在于二者的界面結(jié)合。
由于僅僅依賴干膜表面微量的粘結(jié)劑來實現(xiàn)粘合，會導(dǎo)致膜片與集流體之間的結(jié)合強度低、界面電阻過高。
這不僅會造成電池內(nèi)阻過大，影響性能發(fā)揮，更嚴重的是，在后續(xù)高低溫循環(huán)測試中，存在膜片從集流體上整體剝離（脫落）的風(fēng)險。
這就意味著，用于干法工藝的集流體，其表面不能再是簡單的金屬箔，而必須具備能與干粉膜片牢固結(jié)合的特性。
然而，現(xiàn)狀是，針對這一需求的集流體產(chǎn)品創(chuàng)新并未大規(guī)模涌現(xiàn)。相反地，設(shè)備企業(yè)率先從工藝角度提出了解決方案。
例如，近期備受關(guān)注的設(shè)備企業(yè)信宇人，其“干粉直涂熱復(fù)合技術(shù)”就是觀察窗口之一。
該技術(shù)改變了“先制膜、后復(fù)合”的兩步流程，而是通過特制模頭，將干粉混合物直接均勻地撒在預(yù)涂了導(dǎo)電膠水的集流體上，再通過加熱輥壓一次成型。
從原理上看，這種工藝改進降低了對活性物質(zhì)顆粒間粘接強度的依賴，能更好地維持電極孔隙率，尤其適合制造有利于快充的高容量厚電極。
但這恰恰凸顯了一個事實：解決方案的核心環(huán)節(jié)之一，是一片“預(yù)涂了導(dǎo)電膠水的集流體”，均勻性、一致性的保障卻更難了。
國內(nèi)有研究明確指出，目前對于“干法膜片”本身的研究較多，但對于“干法極片”（即膜片+集流體的最終成品）的研究卻相對較少。這也正反映出新興產(chǎn)業(yè)鏈在成型過程中，上下游環(huán)節(jié)協(xié)同不暢的現(xiàn)實——
工藝的進步正在高呼設(shè)備，材料的共同革新，但專屬的、能深入解決干法粘合問題的集流體材料創(chuàng)新，或仍是業(yè)界亟待填補的空白。
直面多重挑戰(zhàn)，期待真實破局
至此，我們看到了集流體面臨的挑戰(zhàn)是多維度的：既有來自電池化學(xué)體系的材料性能競賽（應(yīng)對腐蝕與膨脹），也有來自先進制造的工藝適配難題（兼容干法電極）。
將這些并存的挑戰(zhàn)與多元的解決方案綜合來看，我們才能更清晰地回答文章開篇提出的問題：
所謂固態(tài)電池“最后一公里”的溫差，正是源于其突破并非單一技術(shù)的線性進步，而是整個產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)在多個戰(zhàn)場上的協(xié)同作戰(zhàn)，而集流體恰是這一復(fù)雜戰(zhàn)局的縮影。
在材料戰(zhàn)場上，從鍍層“鎧甲”，到復(fù)合“三明治”，再到3D“骨架”與去金屬化，路徑繁多但尚未出現(xiàn)兼顧性能、成本與可靠性的絕對王者。
在工藝戰(zhàn)場上，干法制造的引入，又暴露出材料端與設(shè)備端的創(chuàng)新并不同步。
這種多維度的不確定性，共同導(dǎo)致了產(chǎn)業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)出明顯的割裂感。正如復(fù)合集流體在前幾年就已推出，但至今在下游的規(guī)?；瘧?yīng)用進度依然緩慢一樣，產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)之間的“黑箱效應(yīng)”依然存在。
所謂“不可能三角”，最終還是要追求在某個時期先就其中之一達成妥協(xié)。
在下游電池企業(yè)能對這些跨越材料與工藝的新型集流體進行充分驗證、并最終做出選擇之前，這場圍繞著集流體的創(chuàng)新競賽，恐怕還將持續(xù)。
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