锂离子电池用电解铜箔领域专利技术综述

眭乐萍 席晓丽

摘 要：文章主要从专利申请年份分布、全球及国内重点申请人、国内主要省份分布、电解铜箔性能改进点及铜箔性能提高手段等技术分支，对全球锂离子电池用电解铜箔技术领域进行分析，希望能够给电解铜箔领域工作者一些参考。

关键词：锂离子电池；电解铜箔；专利；分析

中图分类号：TM912 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）23-0021-03

Abstract： This paper mainly analyzes the technical field of electrolytic copper foil for lithium-ion batteries in the world from the distribution of patent applications， global and domestic key applicants， distribution of major provinces in China， performance improvement points of electrolytic copper foil， and improvement of copper foil performances， hoping to give some reference to workers in the field of electrolytic copper foil.

Keywords： lithium ion battery； electrolytic copper foil； patent； analysis

1 概述

铜箔作为锂离子电池负极的集流体，是制作锂离子电池的核心原材料，占电池总成本的5%左右[1-2]，其生产技术的发展和性能的好坏直接影响到锂离子电池的制作工艺、性能和生产成本。随着近年来智能手机、新能源汽车的迅猛发展，对锂离子电池的需求暴增，并对其性能和质量提出了更高的要求。在锂电池生产发展初期，电池厂家全部选择压延铜箔来制作电池负极集流体。随着电解铜箔性能的提高，逐渐开始使用电解铜箔作为锂电池的集流体。锂电池用铜箔与传统印刷电路板（PCB）用铜箔相比，不仅在厚度上要求更薄，粗糙度低，而且要有较高的抗拉强度、高的伸长率、良好的导电性、抗氧化性、耐折性和耐腐蚀性等。

本文选用CNABS为中文专利数据库，DWPI为外文专利数据库，采用关键词和分类号组合的方式进行检索，通过逐篇阅读去噪、人工标引获得有效专利文献，同族专利均统计为1篇，数据截止时间为2018年4月16日。以下将从专利申请年份分布、全球及国内重点申请人、电解铜箔性能改进点及铜箔性能提高手段各技术分支进行分析，希望能为各企业和科研院所开展技术研发、专利布局及分析竞争对手等提供支持。

2 专利分析

2.1 专利申请态势分析

由图1可以看出，从全球领域来看，锂离子电池用电解铜箔的专利申请最早始于1993年，在1993-1999年间，专利申请较少，处于缓慢发展时期，2000-2005年间，申请量略有提升，呈稳步发展趋势，2006-2009年申请量锐减，专利申请进入一个低谷期，这是由于铜箔的主要应用领域印刷电路板业（PCB）受到IT行业的冲击，市场出现了衰退，导致铜箔行业受到影响，各企业均减少了研发投入，从2009年开始至今，又进入一个快速增长的时期，这是由于之前电解铜箔的应用领域主要是PCB，但是隨着新能源汽车的快速发展，带动锂电池需求量上升，锂电铜箔的需求供不应求，市场对于性能优异、超薄载体铜箔的需求不断增加，且锂离子电池用电解铜箔具有更高的附加值，因此，各大企业将研发重点均转移至具有高附加值的锂电铜箔，并通过更改生产线更多地生产锂电铜箔[2-5]。而2017年的专利数据由于部分专利尚未公开，因此数据不够完整。

国内锂离子电池用电解铜箔的专利申请始于2004年，起步较晚，前期发展较慢，这是由于上世纪90年代末，日本等多家公司调整电解铜箔生产发展战略，开始分别在苏州、香港、珠海、台湾等地建厂正式投产电解铜箔，才促使中国内地及台湾的电解铜箔产业初具规模。因此，从2004年至2012年间，中国在该领域申请数量较低，处于缓慢发展阶段，直到2012年后，才开始进入快速增长阶段，但在全球专利占比仍然较低，原因可能在于：一是前期阶段，中国主要作为国外大型铜箔公司的代工厂，没有自主铜箔企业，专利意识和研发能力不足；二是用于锂离子电池的电解铜箔对厚度、性能等要求较高，随着近年来各项政策等因素的驱动，新能源汽车及电子产品的快速发展，才带动了锂电池用电解铜箔的研发及生产的热潮和需求[2-5]。

2.2 全球专利分布及重点申请人分析

锂离子电池用电解铜箔全球专利分布如图2所示，可以看出，日本在该领域处于绝对领先地位，占据全球接近一半的市场，专利申请数量占比47%，紧随其后的中国和韩国分别占比19%和18%，中国台湾地区和美国分别位列第四、第五位。由此可见，锂离子电池用电解铜箔领域的主要研究区域和市场主体集中在日本、中国和韩国等亚洲国家，其总和占据全球专利申请总量的92%。

锂离子电池用电解铜箔全球重点申请人排名如图3所示，可以看出，FURUKAWA ELECTRIC公司（古河电气工业股份有限公司）在该领域的专利申请量高居榜首，紧随其后的是韩国LS Mtron（LS 美创公司）、ILJIN Materials（日进材料股份有限公司）、JX NIPPON MINING METALS（JX 日矿日石金属股份有限公司）、MITSUI MINING SMELTING公司（三井金属矿业股份有限公司）。专利申请总量排名前五的均是日韩企业，可见，日本、韩国在该领域的研究处于领先地位并且专利布局广泛。同时，中国的企业也逐渐开始对具有高附加值的锂离子电池用电解铜箔进行研发投入并进行专利布局，如长春石油化学股份有限公司（中国台湾）、东莞华威铜箔科技有限公司、安徽铜冠铜箔有限公司以及灵宝华鑫铜箔有限责任公司等。可见，中国企业在该领域处于追赶之势，我国铜箔企业生产的锂电池用电解铜箔总体技术水平，与日本、韩国仍存在较大差距，虽然铜箔的生产总量有所提升，但是电解铜箔的档次仍有待提升，尤其是具有高附加值的高档电解铜箔（如锂离子电池用电解铜箔）的产品品质，如若不然，会面临被市场淘汰的危险[3，6-9]。

2.3 中国主要申请人分布

从图4结合分析得出，我国锂离子电池用电解铜箔领域企业主要分布在广东、台湾一带，其次是东南沿海一带，内陆地区主要集中在河南、青海、贵州等地。研发单位主要为企业，高校研究较少。对于国内主要申请人，长春石油化学股份有限公司（台湾）属于国内高端电解铜箔行业领军企业，这与台湾地区率先与日本合作开始电解铜箔研究密不可分，其次广东地区的众多铜箔企业如东莞华威、佛冈建滔、广东梅雁等也开始研究高附加值的电解铜箔，而内陆地区，河南灵宝华鑫以及青海电子材料产业公司都属于我国第一批开始铜箔产业研究的企业。

2.4 提高电解铜箔性能的技术手段及性能分布

通过人工筛选标引各专利申请中提高锂离子电池用电解铜箔性能的技术手段以及对电解铜箔性能的改进点，得到表1和表2的数据。从表1可以看出，调节电沉积参数（如电流密度、电压，电解液流速等）控制铜箔的质量，是目前主要采取的技术手段，占专利申请总数量的30%，其次是在电解液中添加某些添加剂，或控制铜离子的浓度等，以提高电解铜箔的力学性能或平整度等，而掺杂一定量的其他元素如N、Ni、Zn、Fe、W等，提高铜箔的机械性能、降低铜箔的表面粗糙度占比18%，另外，还可以通过改善电解铜箔制备装置、增加铜箔表面处理步骤、制备多层结构的铜箔、控制铜箔晶面组成及热处理等方法，来提高锂离子电池用铜箔的性能。