负极集流体：电池负极活性物质的承载体

集流体简介：承载负极材料、汇集电流的结构件

集流体指汇集电流的结构件，在锂离子电池上主要指的是金属箔，如铜箔、铝箔。在电池充放电过程中，正极活性物质产生的电流需要通过集流体汇集，形成较大的电流，再通过外部传输到负极材料。因此，集流体应与活性物质充分接触，以便尽可能降低电池内阻，从而有效提升电池整体性能。

锂电池充放电时集流体起汇集作用

当前作为行业主流使用的锂电负极集流体为铜箔。电池负极的电势相对较低，金属铜的嵌入容量相对较小，锂离子不易与其产生合金化反应，因此负极集流体主要使用铜箔。但作为传统材料的铜箔存在一些长期难以解决的问题：

1）原材料影响，生产成本高、重量占比大等不可避免；

2）安全隐患，当锂电池面临极端情况或受到穿刺后，容易造成电池内部短路，从而导致电池自燃。

电池充放电穿刺示意图

因此，当前传统铜箔的核心发展路径十分明确——向更薄发展。更薄的铜箔可以有效降 低电池集流体使用成本、减少金属铜的使用则能够提升电池整体能量密度，目前规模化生产的最薄铜箔达到 4.5μm，较 8μm 铜箔能够提升约 6%的电池能量密度。

复合铜箔：锂电负极集流体新星

原理：“三明治”结构有效提升电池综合性能

复合铜箔能够有效解决传统铜箔的成本及安全问题。复合型铜箔采用“铜-高分子材料- 铜”的“三明治”结构，较传统铜箔有着明显的优势。以 PET 铜箔为例，复合铜箔较传统铜箔能够降低约 2/3 的金属铜使用，当产品大规模量产后，其生产成本有望大幅降低。同时， 更少的使用铜能够有效降低电池本身重量，提升电池能量密度。

复合铜箔的制作工艺是在基材为 3-8μm 厚度的高分子材料（PET、PP、PI 等）表面通过磁控溅射的方式，制作一层 50nm 左右的金属层，从而达到基材表面金属化，形成半成品。接着通过水电镀的方式将厚度 1μm 及以上的铜通过离子置换的方式电镀至基材上，最终制成合计厚度约 5-10μm 的复合铜箔。

复合集流体（铜箔）结构图

复合铜箔的特点：优异的性能契合市场需求

复合铜箔更加贴近市场实际需求。传统铜箔为了保证材料的机械性能，存在理论的厚度上限，同时更轻薄的铜箔也带来了更高昂的加工费用。随着技术迭代，复合铜箔比传统铜箔有着更柔软的质地、更好的延展性、更优秀的抗压性能，能够帮助电池提升能量密度、控制生产成本，更加贴合市场需求。

复合铜箔的优势

复合铜箔柔软的质地和良好的延展性可以有效抑制锂枝晶产生。锂电池在充放电过程中，会有部分锂离子无法顺利进入负极石墨层之间，而是堆积在负极材料和集流体表面。传统铜箔因其柔韧性、延展性较差，导致表面应力分布不均匀，无法抑制锂枝晶生长。当锂枝晶达到一定长度，将有可能穿刺电池隔膜，造成电池内部短路。相反，复合铜箔因其材料柔软、延展性优越，可以有效分散集流体表面应力，帮助锂离子沉积均匀，抑制锂枝晶产生， 从而提升锂电池安全性能。

柔软的质地和良好的延展性可以抑制锂枝晶产生

复合铜箔能够降低电池内部的短路风险。锂电池在极端环境下遭遇穿刺时，金属箔易形成毛刺，且毛刺方向是任意的，很容易二次刺穿隔膜，造成不可逆转的严重后果。而复

合铜箔基材作为高分子材料，本身不易断裂，其次 1μm 厚度的金属铜很难刺穿隔膜。即便电芯遭到穿刺，复合铜箔也会发生断路效应，控制短路电流不增大，有效提升了电池的安全性能。

根据相关研究，以 PI 为基材的复合铜箔，在基材中加入 TPP（阻燃剂），当电池燃烧过程中，能够有效较低氧气含量，做到自我灭火，提升安全性能。

复合铜箔穿刺示意图

复合铜箔的热失控管理

复合铜箔优秀的抗压性和良好的延展性可以满足电芯高速卷绕要求，从而提高生产效率。当前锂电池的生产工艺主要以卷绕为主，卷绕工艺决定了集流体需要良好的延展性。正、负极集流体在生产过程中需要经历“缩卷拉放”，在这一过程中，集流体需要承受更大的拉力。复合铜箔优异的抗压性要远远超过纯铜材质，因此当材料的抗压性提升后，可以在生产过程中加大设备拉力，进而提升产品生产效率。

我国已经实现了复合铜箔生产设备的量产。复合铜箔的生产设备包括磁控溅射设备和水平连续镀膜设备，这两种设备国内均能生产，并已实现规模化交付使用，极大解决了膜类产品的生产设备进口难等问题。

水平连续镀膜设备

当前复合铜箔的生产工艺主要为两步法和三步法。两步法包括：真空磁控溅射镀和水电镀；三步法是在两步法中间增加一步，包括：真空磁控溅射镀、真空蒸发镀（三步法独占） 和水电镀。

复合铜箔生产工艺流程图

真空磁控溅射镀膜是复合铜箔制造工艺的第一步，也是最关键的一步。真空磁控溅射镀膜是使用高能等离子体（复合铜箔工艺中主要使用氩离子 Ar+）轰击靶材，使靶材以原子团或离子形式被溅射出来，沉积在基膜表面，最终形成厚度约 30-50nm 的薄膜。该步骤的化学反应式为：阴极 Cu+2Ar+→Cu2+；阳极 Ar–e → Ar+。

真空磁控溅射示意图

真空蒸发镀膜是三步法的核心步骤。真空蒸发镀膜是在真空条件下，通过加热金属铜使其以原子团或分子团形式被蒸发出来，并沉降在基膜表面形成薄膜。真空蒸发镀膜蒸发的金属铜沉积量约是磁控溅射的三倍，可以更加有效地帮助铜的沉积，使金属铜层分布更加均匀， 弥补两步法铜层厚度不足的问题。

真空蒸发镀膜示意图

水电镀步骤的核心是加厚金属铜层，以达到所需厚度。水电镀本质上是一种置换反应， 将置换的两极置于溶液中，溶液中的铜离子被还原为铜，沉积在基膜表面，形成目标厚度的铜层。将水电镀工艺分为碱性电镀和酸性电镀两步，碱性电镀可以增加金属铜层表面的致密性，酸性电镀可以使金属铜层表面更加光滑匀称。

水电镀示意图

到 2025 年复合铜箔市场空间有望超 100 亿元。根据全球锂电池需求提升趋势， 2023/24/25 年全球锂电池出货量约为 1045/1471/2045GWh，通过测算表明，2023/24/25 年对应中性渗透率情况，复合铜箔需求约 1.02/7.17/19.95 亿平，市场空间约 7.64/46.64/119.73 亿元，复合增长率约 150%。