锂电工艺创新之复合集流体
上海证券报记者从接近供应链的人士处获悉，锂电池创新材料复合集流体或将应用于赛力斯问界M9车型。这是继宁德时代麒麟电池全球量产首发车型极氪009使用了复合集流体后，复合集流体在国内“上车”的又一案例，进一步说明该材料在国内新能源汽车行业已开启实际应用。
什么是复合集流体？它与常规集流体有何区别？
今天就和大家聊聊锂电工艺创新之复合集流体。
1. 复合集流体的优势
集流体是锂（钠）电池中的关键材料之一，在锂(钠)离子电池中既充当正、负极活性物质的载体，又充当其电子流的收集与传输体。目前压延铝箔、电解铜箔由于导电性良好、制作工艺较为成熟等，是主流的正、负极集流体材料，其99.5%以上的成分为纯铝/纯铜，在锂电池中的成本占比合计约为11%。集流体的抗拉强度、延展性、致密性、表面粗糙度、厚度均匀性及外观质量等对锂(钠)离子电池正负极制作工艺和锂(钠)离子电池的电化学性能有着很大的影响，因此锂（钠）电池对集流体的厚度、抗氧化性能及粘附性能等提出了多方面的要求。然而传统集流体厚度较厚、重量较重、料用量较大、抗拉强度和延展性有限，随着锂(钠)离子电池性能、成本不断优化，需要新型集流体材料来满足锂(钠)离子电池升级对集流体提出的更高要求。
复合集流体是一种以高分子绝缘树脂材料作为“夹心”层，上下两面沉积金属铜或铝，制成“金属导电层-高分子材料支撑层-金属导电层”三明治结构的新型锂电材料。复合集流体用密度及成本更低的绝缘高分子材料对原来部分金属材料进行替代，对锂电池能量密度提升、安全性提升、成本降低具有重要的意义。
复合集流体具备高安全、高比能、长寿命等优势：
高安全：1）复合铜箔中间的高分子基材具有阻燃特性，且其金属导电层较薄，短路时会如保险丝般熔断，在热失控前快速融化，电池损坏仅局限于刺穿位点形成“点断路”；2）经受力断裂后毛刺较少，可有效防止内短路。
高能量密度：复合铜箔中间层采用轻量化高分子材料，随着重量占比降低、电池内活性物质占比增加，能量密度可提升5%以上。
长寿命：高分子材料围绕电池内活性物质层形成层状环形海绵结构，在充放电过程中，可吸收极片活性物质层锂离子嵌入脱出产生的膨胀-收缩应力，从而保持极片界面长期完整性，使循环寿命提升约5%。
强兼容：传统铜箔直接升级为复合铜箔不会影响原有电池内部电化学反应，因此复合铜箔可运用于各种规格、不同体系的锂（钠）电池。
低成本：复合铜箔用成本更低的高分子材料对原来部分铜材料进行替代，减少铜的用量，从而降低生产成本。
2. 复合铜箔的成本优势
复合铜箔相于比传统电解铜箔：1）优势在于成本低、更安全、减重、能量密度高等，减重方面，由于PET/PP的密度是1.38/0.9g/cm³，小于铜的8.9g/cm³，因此相同厚度下复合铜箔相比于传统铜箔质量能够降低56%/60%，生产每GWh锂电池所需用量能够降低63%/66%；2）缺点在于生产工艺较复杂、良率较低，且铜层更薄导致电导率较低、容易发热。
成本方面，由于材料成本大幅降低，复合铜箔规模化生产后单 平成本有望降低至3元以下，相比于传统铜箔有望具备显著的成本优势。
3. 复合铝箔的成本优势
复合铝箔相于比传统铝箔：1）优势在于更安全、减重、减薄、能量密度高、工艺流程短等，减重方面，由于PET/PP的密度是1.38/0.9g/cm³，小于铝的2.7g/cm³，相同厚度下质量降低32%/45%，生产每GWh锂电池所需用量降低19%/35%；2）缺点在于制造成本较高，且铜层更薄导致电导率较低、容易发热。
成本方面，由于铝的价格较低，材料成本下降幅度相对较小，同时制造成本较高，复合铝箔相较于传统铝箔并没有显著的成本优势，但更利于减薄以及提升安全性，有望应用于对安全性、能量密度要求较高的高端电池产品。
4. 复合铝箔的市场前景
机构预测，2023、2024、2025年全球储能电池以及动力电池需求共为1379/1868/2388GWh；假设复合铜箔渗透率2023-2025年从1%提升至10%，复合铝箔渗透率从0%提升至5%；预计复合集流体的市场空间将从2023年的10亿元逐步增长至2025年的230亿元，发展前景广阔。
