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文檔簡介
中國電子工業標準化技術協會
一、工作簡況
(一)任務來源
微孔銅箔作為新型集流體材料用于所有超級電容器,與傳統常規無孔銅箔集
流體材料相比,具有更好的柔韌度,更有利于增強箔面與活性物質漿料的粘附結
合強度,增加活性物質載量和電解液保液量;用于鋰離子超級電容、電池型電容,
更有利于離子在正負極之間的多維遷移,提高離子遷移速率。大量致密微孔的存
在,使超級電容器單體電芯的安全性、循環性、倍率性、能量密度和一致性等綜
合性能得以大幅度提升,從而更好地促進儲能產業快速發展。
微孔銅箔與國內外現有的“多孔銅箔”、“打孔銅箔”相比,微孔銅箔的孔
密度、孔徑范圍更加寬泛,孔密度可達12500個/cm2,孔徑范圍2μm-25μm
任意選取,箔面微孔分布的均勻性,孔徑大小的一致性的微孔品質,可滿足不同
超級電容器的應用需要;微孔銅箔的抗拉強度大、電阻率小、表面潔凈無殘渣的
物理性能更具比較優勢。微孔銅箔作為新型集流體材料應用于超級電容器產品,
表現出比“多孔銅箔”、“打孔銅箔”更具適應性和適用性,綜合質量高而實用
的顯著優勢。
微孔銅箔集流體在超級電容器中表現出的優越性能,在業界已形成共識而被
認同,而作為一種新型集流體材料,目前在國內外尚無規范、標準可循。為統一
和規范微孔銅箔集流體材料的生產制造和實際應用,保證產品質量,有力支持超
級電容器及儲能產業快速發展,特制定此標準。
(二)任務主管部門
微孔銅箔集流體材料應用于超級電容器,屬于電子產品產業應用的新材料,
廣泛應用于新能源領域,歸口于中國電子工業標準化技術協會。
(三)發起單位
在對微孔銅箔集流體材料發展現狀和實際產業化應用探索后,由山西沃特海
1
中國電子工業標準化技術協會
默新材料科技股份有限公司發起團體標準的研制。
(三)項目文件
1、項目文件:中國電子工業標準化技術協會,中電標通[2022]004號
2、項目名稱:“超級電容器用微孔銅箔集流體”
3、項目編號:CESA—2022—1—009
(四)主要工作過程
2017年,山西沃特海默新材料科技股份有限公司利用“電化學法”成功制
備微孔銅箔集流體材料;2018-2019年實現規模化制備并產業化,成功應用于
功率型超級電容器和儲能型超級電容器,包括鋰離子電容器和電池型電容器,
以及鋰離子電池等領域;2021年山西沃特海默新材料科技股份有限公司聯合中
國電子工業標準化技術協會開展《超級電容器用微孔銅箔集流體》團體標準的
制定。
2021年10月-12月,完成《超級電容器用微孔銅箔集流體》項目前期調
研和標準項目建議書及標準草案的編寫。
2022年1月13日,中國電子工業標準化技術協會超級電容產業聯盟組織
的團體標準項目立項論證會上,專家對標準項目建議書及標準草案開展立項評
審,一致同意本標準立項。
2022年2月15日-3月20日,中國電子工業標準化技術協會超級電容產
業聯盟會同山西沃特海默新材料科技股份有限公司組建工作組,完善標準草
案,撰寫編制說明,形成標準征求意見稿。
在完善標準草案過程中,中國電子工業標準化技術協會、山西沃特海默新
材料科技股份有限公司、太原理工大學、上海展梟新能源科技有限公司、力容
新能源技術(天津)有限公司、深圳清研電子科技有限公司、天津力神超電科
技有限公司、南京航空航天大學、中國科學院電工研究所等16個企業事業單
位專家,對該標準草案進行了充分研討,提出了意見和建議。標準起草工作組
根據起草組內專家意見和建議修改完善,形成標準征求意見稿和編制說明。
二、標準編制原則和確定主要內容的論據及解決的主要問題
(一)編制原則
2
中國電子工業標準化技術協會
本標準在編寫格式上遵循國家標準制定的有關規定,按照GB/T1.1-2020
《標準化工作導則第1部分:標準的結構和編寫》給出的規則起草。
(二)主要內容
1、《超級電容器用微孔銅箔集流體》標準,以行業通用LBEC—01牌號的
無孔電解銅箔制備成微孔銅箔產品系列,適用于電子箔用無孔電解銅箔、無孔
壓延銅箔。標準規定了無孔銅箔制備成微孔銅箔的厚度和寬度范圍:厚度8
um~12um、寬度200mm~1000mm;標準內容包括了質量標準、檢測方法、
包裝運輸和使用規范,形成了完整的質量體系和產品應用體系。
2、本標準規定了鋰離子電池用微孔銅箔的技術要求、檢測方法、檢驗規則、
質量檢測報告、標志、包裝、運輸、貯存、使用說明及注意事項與合同(或訂
貨單)產品技術規范等。
3、本標準適用于超級電容器用微孔銅箔集流體,其他如鋰離子電池等儲能
領域微孔銅箔集流體可參考本標準。
4、本項標準基于國內微孔箔材集流體材料的現有行業水平實際情況編寫,
標準內容中涉及的技術條款及相關參數已經過第三方(太原理工大學、上海展
梟新能源科技有限公司等)檢測機構實際驗證。
(三)解決的主要問題
微孔銅箔的優勢特性:
(1)微孔密度大、孔徑小,選擇范圍寬。箔面上有著幾十個到10000個/cm2
甚至更多的,孔徑范圍2um~25um的通孔,孔密度和孔徑可任意選取對應關系,
選擇范圍大。
(2)因為孔徑小,不易漏漿。
(3)箔面比表面積大。由于是電化學方式晶界刻蝕成孔,因此除通孔外,
箔面每平方厘米上有幾十個到上萬個、直徑在10~50um的盲孔;盲孔呈不規則
形狀,沒有飛邊毛刺,盲孔直徑在不同方向上有所改變,尺寸在一定范圍內變化。
這種不規則形狀的盲孔,使微孔銅箔表面粗糙度更高,如此就大大增加了箔面的
比表面積。
微孔銅箔表面的微孔特點、結構特性、箔面品質等特定優勢,相比常規無
孔箔和其它多孔箔,解決的主要問題有以下7方面:
3
中國電子工業標準化技術協會
1、提高了集流體的柔韌度
均勻分布的微孔和孔徑大小的一致,使集流體的柔韌度大幅度增加,更利于
極片層疊的制備。
2、降低箔面與電極材料的接觸電阻
由于箔面比表面積大,電極材料與箔面附著更充分,附著力更強,有效降低
箔面與電極材料的接觸電阻。
3、增強了電解液在活性物質的浸潤性
大量致密微孔,使得電解液更容易滲透通過,增強了電解液在活性物質的浸
潤性,同時增加了電解液保液量。
4、提高循環壽命
活性物質漿料通過微孔銅箔的孔隙,相互貫通連成一體形成“工”字型結合,
正負極材料與箔面的附著強度增大而不易脫落,加上電解液保液量的增加,有效
提高了循環壽命。
5、提升倍率性能
微孔集流體使得電極之間形成立體的離子導電網絡。電解液有效浸潤到涂層
材料與集流體的結合部,并通過孔隙使得電解液在整個電芯內部成為全貫通狀
態,離子在正負極之間形成多維遷移,大大提高了離子的遷移速率和遷移數量。
6、提高安全性能
清華大學的PeichaoZou等人的試驗1表明,金屬鋰會在微孔內壁發生沉積,
從而大大降低了鋰枝晶生成引發的安全問題。
微孔集流體制備的極片,正反兩面的鋰離子會起到自平衡的作用,特別在負
極端,因涂層局部厚度不足導致的析鋰會得到有效緩解,減少析鋰現象的發生,
從而提高安全性。
7、提高比能量和一致性
采用電化學方式的制備工藝過程,既在箔面產生大量的致密微孔,又將原箔
的厚度適度減薄,使得集流體的質量密度和體積密度下降,相應增加了集流體對
1參考文獻:Directinglateralgrowthoflithiumdendritesinmicro-compartmentedanodearraysforsafelithium
metalbatteries.Nat.Commun.,2018,9,464
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活性物質的載量,加上電解液的充分浸潤和保液量的增加,有效提高了單體電芯
的比能量和一致性。
本項目標準是在充分了解微孔銅箔集流體材料的發展現狀以及經過實際的
產業化應用探索后提出的,本項目的制定可指導微孔集流體材料產業化的發展,
推出應用于超級電容器、高能量密度鋰離子電池等多個前沿領域的對應產品。
三、主要試驗[或驗證]情況分析
(一)微孔特性
掃描電鏡結果(MIT/SEM)—9um銅箔ψ7590個/cm2φ18um
無孔銅箔與成孔銅箔的MIT顯微鏡圖
無孔銅箔與成孔銅箔的SEM顯微鏡圖
(二)性能測試
1、抗拉強度測試(GB/T228.1)
銅箔:厚8umψ7590個/cm2φ18um
鋁箔:厚20umψ1930個/cm2φ21um
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拉伸曲線抗拉強度
成孔后抗拉強度降幅2~25%
2、電阻率測試(GB/T22638.6)
RS
=直接測量直流電阻
LKt
成孔后,電阻率略微增加
空氣環境測量,與實際應用環境存在較大差別
執行標準
3.000μcm
鋁箔
銅箔1.850μcm
電阻率
3、表面性能
表面潤濕性——達因值測定
原始銅箔成孔銅箔原始鋁箔成孔鋁箔
樣品原始銅箔原始銅箔原始鋁箔成孔鋁箔
達因值>70>7032>48
達因值明顯增加,且與電容炭漿料的潤濕性提高,有利于材料的附著
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4、物理性能測試
背光檢測透光度(LED光)雙擋邊D2—20面密度
銅箔
~71.2gm-2
~68.1gm-2
降幅4.35%
銅箔:厚8umψ7590個/cm2φ18um
四、知識產權情況說明
本標準不涉及知識產權問題。
五、產業化情況、推廣應用論證和預期達到的經濟效果
(一)產業化情況
1、國外有日本福田、日立、JME、索尼等多孔銅箔制備公司,制備方式主
要有機械沖孔、激光成孔、電沉積成孔,2018年已實現量產;
2、國內目前有3家公司多孔銅箔以實現量產,但孔徑大多在30um~500um,
并以150um、250um、350um為普遍主要產品,制備方式主要有機械沖孔、激
光成孔。
3、山西沃特海默新材料科技股份有限公司,自主研發生產的微孔銅箔采用
了電化學方式,孔密度幾十個~10000個/cm2、孔徑2~25um,具有孔密度大、
均勻性好,孔徑小、一致性好,抗拉強度高和實用性強等特點,2019年已實現
產業化量產。
(二)推廣應用論證
山西沃特海默新材料科技股份有限公司采用電化學方式制備的微孔銅箔,
2019年實現產業化量產,已廣泛應用于鋰離子電池、超級電容器等電子產品、
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新能源領域,大幅度改善和提高了電池、電容器的綜合性能,并遠銷國際市場。
微孔銅箔還廣泛應用于電磁屏蔽膜、環境保護等領域。
(三)預期經濟效果
儲能領域有著巨大的發展前景和市場需求,微孔銅箔在儲能領域的應用將會
產生不可估量的經濟效益,并助推儲能產業快速發展。
六、轉化國際標準和國外先進標準情況
基于國內微孔箔材集流體材料的實際情況,未采用國際標準或國外相關標
準。
七、與現行相關法律、法規、規章及相關標準的協調性
(一)與相關國家或行業標準的關系
該標準項目沒有相關的國家或行業標準,該標準項目在標準體系中為首次研
制。
(二)與協會現有團體標準的關系
該標準項目與中關村材料試驗技術聯盟、深圳市電源技術學會聯合發布的團
體標準【T/CSTM00249-2020/T/SPSTS012-2019鋰離子電池用微孔銅箔集流體】
相近,二者均為二次電池、超級電容器等儲能行業的新型材料標準。
八、重大分歧意見的處理經過和依據
暫無
九、貫徹標準的要求和措施建議
(一)貫徹標準的要求和措施
本標準對于微孔銅箔規模化、產業化的發展及應用有積極的指導作用。建議
標準完成后盡快發布。標準發布3個月后組織收集反饋意見,針對有關重點意見
舉辦專家意見討論工作會,形成標準完善意見;標準完善后,將于2022年10
月正式實施,并聯合企業及相應的檢測機構,進行新一輪推廣、應用宣貫。
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(二)建議
該標準項目沒有與國際標準或國外先進標準對應的標準。項目標準發布實施
后,可經過一定時期的培優計劃,如1~2年的培優時間,根據培優效果及實踐
應用性等情況,可考慮將項目標準轉化為行業標準,進而轉化為國家標準。
十、替代或廢止現行相關標準的建議
本標準不涉及廢止其他相關標準。
十一、其它應予說明的事項
無
《超級電容器用微孔銅箔集流體》團體標準編制起草組
2022年3月25日
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中國電子工業標準化技術協會
一、工作簡況
(一)任務來源
微孔銅箔作為新型集流體材料用于所有超級電容器,與傳統常規無孔銅箔集
流體材料相比,具有更好的柔韌度,更有利于增強箔面與活性物質漿料的粘附結
合強度,增加活性物質載量和電解液保液量;用于鋰離子超級電容、電池型電容,
更有利于離子在正負極之間的多維遷移,提高離子遷移速率。大量致密微孔的存
在,使超級電容器單體電芯的安全性、循環性、倍率性、能量密度和一致性等綜
合性能得以大幅度提升,從而更好地促進儲能產業快速發展。
微孔銅箔與國內外現有的“多孔銅箔”、“打孔銅箔”相比,微孔銅箔的孔
密度、孔徑范圍更加寬泛,孔密度可達12500個/cm2,孔徑范圍2μm-25μm
任意選取,箔面微孔分布的均勻性,孔徑大小的一致性的微孔品質,可滿足不同
超級電容器的應用需要;微孔銅箔的抗拉強度大、電阻率小、表面潔凈無殘渣的
物理性能更具比較優勢。微孔銅箔作為新型集流體材料應用于超級電容器產品,
表現出比“多孔銅箔”、“打孔銅箔”更具適應性和適用性,綜合質量高而實用
的顯著優勢。
微孔銅箔集流體在超級電容器中表現出的優越性能,在業界已形成共識而被
認同,而作為一種新型集流體材料,目前在國內外尚無規范、標準可循。為統一
和規范微孔銅箔集流體材料的生產制造和實際應用,保證產品質量,有力支持超
級電容器及儲能產業快速發展,特制定此標準。
(二)任務主管部門
微孔銅箔集流體材料應用于超級電容器,屬于電子產品產業應用的新材料,
廣泛應用于新能源領域,歸口于中國電子工業標準化技術協會。
(三)發起單位
在對微孔銅箔集流體材料發展現狀和實際產業化應用探索后,由山西沃特海
1
中國電子工業標準化技術協會
默新材料科技股份有限公司發起團體標準的研制。
(三)項目文件
1、項目文件:中國電子工業標準化技術協會,中電標通[2022]004號
2、項目名稱:“超級電容器用微孔銅箔集流體”
3、項目編號:CESA—2022—1—009
(四)主要工作過程
2017年,山西沃特海默新材料科技股份有限公司利用“電化學法”成功制
備微孔銅箔集流體材料;2018-2019年實現規模化制備并產業化,成功應用于
功率型超級電容器和儲能型超級電容器,包括鋰離子電容器和電池型電容器,
以及鋰離子電池等領域;2021年山西沃特海默新材料科技股份有限公司聯合中
國電子工業標準化技術協會開展《超級電容器用微孔銅箔集流體》團體標準的
制定。
2021年10月-12月,完成《超級電容器用微孔銅箔集流體》項目前期調
研和標準項目建議書及標準草案的編寫。
2022年1月13日,中國電子工業標準化技術協會超級電容產業聯盟組織
的團體標準項目立項論證會上,專家對標準項目建議書及標準草案開展立項評
審,一致同意本標準立項。
2022年2月15日-3月20日,中國電子工業標準化技術協會超級電容產
業聯盟會同山西沃特海默新材料科技股份有限公司組建工作組,完善標準草
案,撰寫編制說明,形成標準征求意見稿。
在完善標準草案過程中,中國電子工業標準化技術協會、山西沃特海默新
材料科技股份有限公司、太原理工大學、上海展梟新能源科技有限公司、力容
新能源技術(天津)有限公司、深圳清研電子科技有限公司、天津力神超電科
技有限公司、南京航空航天大學、中國科學院電工研究所等16個企業事業單
位專家,對該標準草案進行了充分研討,提出了意見和建議。標準起草工作組
根據起草組內專家意見和建議修改完善,形成標準征求意見稿和編制說明。
二、標準編制原則和確定主要內容的論據及解決的主要問題
(一)編制原則
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中國電子工業標準化技術協會
本標準在編寫格式上遵循國家標準制定的有關規定,按照GB/T1.1-2020
《標準化工作導則第1部分:標準的結構和編寫》給出的規則起草。
(二)主要內容
1、《超級電容器用微孔銅箔集流體》標準,以行業通用LBEC—01牌號的
無孔電解銅箔制備成微孔銅箔產品系列,適用于電子箔用無孔電解銅箔、無孔
壓延銅箔。標準規定了無孔銅箔制備成微孔銅箔的厚度和寬度范圍:厚度8
um~12um、寬度200mm~1000mm;標準內容包括了質量標準、檢測方法、
包裝運輸和使用規范,形成了完整的質量體系和產品應用體系。
2、本標準規定了鋰離子電池用微孔銅箔的技術要求、檢測方法、檢驗規則、
質量檢測報告、標志、包裝、運輸、貯存、使用說明及注意事項與合同(或訂
貨單)產品技術規范等。
3、本標準適用于超級電容器用微孔銅箔集流體,其他如鋰離子電池等儲能
領域微孔銅箔集流體可參考本標準。
4、本項標準基于國內微孔箔材集流體材料的現有行業水平實際情況編寫,
標準內容中涉及的技術條款及相關參數已經過第三方(太原理工大學、上海展
梟新能源科技有限公司等)檢測機構實際驗證。
(三)解決的主要問題
微孔銅箔的優勢特性:
(1)微孔密度大、孔徑小,選擇范圍寬。箔面上有著幾十個到10000個/cm2
甚至更多的,孔徑范圍2um~25um的通孔,孔密度和孔徑可任意選取對應關系,
選擇范圍大。
(2)因為孔徑小,不易漏漿。
(3)箔面比表面積大。由于是電化學方式晶界刻蝕成孔,因此除通孔外,
箔面每平方厘米上有幾十個到上萬個、直徑在10~50um的盲孔;盲孔呈不規則
形狀,沒有飛邊毛刺,盲孔直徑在不同方向上有所改變,尺寸在一定范圍內變化。
這種不規則形狀的盲孔,使微孔銅箔表面粗糙度更高,如此就大大增加了箔面的
比表面積。
微孔銅箔表面的微孔特點、結構特性、箔面品質等特定優勢,相比常規無
孔箔和其它多孔箔,解決的主要問題有以下7方面:
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中國電子工業標準化技術協會
1、提高了集流體的柔韌度
均勻分布的微孔和孔徑大小的一致,使集流體的柔韌度大幅度增加,更利于
極片層疊的制備。
2、降低箔面與電極材料的接觸電阻
由于箔面比表面積大,電極材料與箔面附著更充分,附著力更強,有效降低
箔面與電極材料的接觸電阻。
3、增強了電解液在活性物質的浸潤性
大量致密微孔,使得電解液更容易滲透通過,增強了電解液在活性物質的浸
潤性,同時增加了電解液保液量。
4、提高循環壽命
活性物質漿料通過微孔銅箔的孔隙,相互貫通連成一體形成“工”字型結合,
正負極材料與箔面的附著強度增大而不易脫落,加上電解液保液量的增
溫馨提示
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