绿色能源的未来选择——绿色环保铜箔
研究机构EVTank联合伊维经济研究院发布的《中国锂离子电池行业发展白皮书（2024年）》数据显示，2014至2023年全球锂离子电池出货量呈高态势增长趋势发展，2023年全球锂离子电池总体出货量1202.6GWh，较2022年同比增长25.6%，预计在2025年和2030年全球锂离子电池出货量将分别达1926.0GWh和5004.3GWh。
图1 2014-2023年全球锂离子电池出货量及2024-2030年预测出货量新能源汽车产业爆发式增长的同时，锂离子电池的“退役潮”接踵而至。锂离子电池的寿命一般在10年到20年，我国首批新能源汽车动力蓄电池已进入“老龄化”阶段，因此从2024年开始锂离子电池的报废量会逐年攀升，EVTank在《中国锂离子电池回收拆解与梯次利用行业发展白皮书（2023年）》中预测到2030年，中国锂离子电池回收量将达到602.8万吨。2023年8月27日正式生效的《欧盟电池和废电池法规》的核心内容可概括为谁生产谁回收、谁进口谁回收，主要有以下三个方面要求：1、设定动力电池最低回收率及材料回收目标；2、提出碳足迹要求；3、提出电池护照要求。法规规定了限制电池中有害物质的框架，确保投放欧盟单一市场的电池只允许含有有限数量的必要有害物质，并将定期审查；从2025年起，将逐步推行回收效率、材料回收及循环目标，所有收集的废电池都必须高水平回收利用。
图2 《欧盟电池和废电池法规》和回收目标、回收效率废电池管理主要包含生产者登记，扩大生产者责任，收集废电池，有关处理、回收、再利用和再制造的要求，提供报废信息，废电池的运输以及向主管部门报告等多个责任主体和环节的要求。废电池的回收主要分为预处理和回收两个阶段：预处理包括放电处理、拆解、破碎筛分几个阶段，为后续的回收提供高效便捷的保障；回收阶段常用的方法有火法冶金回收技术、湿法冶金回收技术及直接回收技术。
传统的有铬铜箔在回收过程中会产生有毒物质铬离子，不仅对环境造成污染，还可能危害操作人员的健康，而无铬铜箔在设计之初就避免了使用有毒有害物质，使得其在整个生命周期中都更加环保，尤其在回收环节，减轻了处理难度和潜在的环境影响。铜箔作为锂离子电池的关键性原材料，占锂离子电池质量的13%，占比仅次于正负极材料和电解液，在面临欧盟电池回收、电池护照和欧盟限制电镀铬工艺提案的要求时，铜箔的生产和制造需要向绿色环保方向发展，由传统含Cr(Ⅵ)的铬酸或铬酸盐钝化工艺转向绿色环保的无铬钝化工艺发展。
图4 锂离子电池各部分质量占比与铜箔集流体钝化工艺发展目前，花园新能源研发的绿色环保铜箔（无铬铜箔）电池性能已通过多家电池生产企业和机构验证，电池放电容量保持率等一系列关键性能均可替代传统含Cr(Ⅵ)钝化的铜箔（有铬铜箔），特别是无铬铜箔与浆料的粘附力更高、无铬极片电阻率更小，电性能更优越。
无铬铜箔高温抗氧化与高温耐久性优于有铬铜箔，无铬铜箔在140℃下烘烤40min和160℃下烘烤15min抗氧化性能仍合格，而有铬铜箔在此条件下却会变色发黄产生氧化。经验证，无铬铜箔在室温下放置90天后，色泽均一，仍具有高温抗氧化性能。
花园新能源无铬铜箔在高温高湿（80℃ 80%RH 17h）下耐湿热性能优异，高温高湿后花园新能源无铬铜箔与有铬铜箔外观一致，均不发生变化，而A公司无铬铜箔高温高湿后氧化发黄严重。
有铬铜箔与无铬铜箔的物理性能（包括基重、抗拉强度、延伸率、粗糙度、亮度等）基本相当。B研究院的测试结果表明，无铬铜箔电阻率和极片电阻率均较有铬铜箔低（如图7所示）。无铬铜箔的极耳焊接强度和极片剥离强度又较有铬铜箔高，无铬铜箔极耳焊接强度和极片剥离强度分别为20.2MPa和6.92N/m，分别较有铬铜箔高32.50%和20.57%。极耳焊接强度和极片剥离强度都证明了无铬铜箔较有铬铜箔更加优异，可以增加电池极耳连接强度和提高活性材料与铜箔的粘结性。
从图8有铬铜箔与无铬铜箔电池性能对比可以看出，无铬铜箔组的电池电性能在充放电容量、能量密度、电池首效和电池内阻等一系列性能上均与有铬铜箔组相当，无铬铜箔完全可以替代目前所使用的有铬铜箔而不影响电池电性能。
（1）满足《欧盟电池和废电池法规》电池回收要求，铜箔的回收不产生有害物质，可直接回收利用，同时符合欧盟限制电镀铬工艺提案的要求。（2）符合绿色发展和可持续发展要求，生产过程中不产生含铬废水，对环境和人体无伤害。（3）绿色环保铜箔物理性能优异（电阻率低、焊接强度大、极片剥离强度高）、电池电性能与有铬铜箔电池电性能无差别，完全可替代有铬铜箔。
