复合集流体，下一个不能错过的风口？

复合集流体是一种新型的集流体材料技术，在提升电池安全性、提升能量密度、高循环寿命、低成本等优势明显，可应用于动力、储能、消费电池。其呈现“三明治”结构，内层为2.5 μm或4.5μm聚合物高分子层（如PP、PET、PI），在高分子材料上下各加上1μm金属（如铜、铝）。

复合集流体优势：

1能量密度提升

PET/PP/PI 聚酯材料质量较轻由于材料密度差异同厚度的 PET 复合集流体对比传统铜箔减重效果显著对提高电池能量密度效果明显从而有利于提升整车的续航里程铜箔对电池能量密度提升相较于铝箔更明显复合铜箔单电芯下降 6.1%质量铝箔下降 3.7%

2安全性高

高分子不容易断裂即便断裂铜层比传统的更薄穿刺时产生的毛刺更短1 微米的镀铜的强度无法达到刺穿隔膜的标准降低了毛刺穿透隔膜并与电极接触的风险

PET 等有机层不导电且熔点低发生局部短路时较易熔断并实现局部电流的点断路发生大面积短路时 PET 层和阻燃结构可提供无穷大电阻从而有效避免电池热失控从原理上铝箔&铜箔在解决内短路基本一致二者无较大差别

3物料成本低

传统铜箔原材料占成本 70%+降本空间有限替代的复合材料显著低于金属价格理论降本空间大复合铜箔单 平成本下降幅度大于铝箔单 平原材料成本下降 2 元以上铝箔由于原材料&单 平质量都低单 平原材料成本下降绝对值较小幅度在 0.3 元/平以上

4污染小

传统镀膜工艺有污水金属废水和挥发物废气废渣几乎无价值设备有较大的机械噪声真空镀膜直接在离子臵换设备中反应无污染废渣是有价值的金属渣同时采用新型的药剂体系规避了氰化物等剧毒物质抗氧化采用有机抗氧化液抗氧化直接进行烘干工艺药剂进行循环使用避免了金属污染物的排放。

集流体是锂电池主要材料之一，具有承载性、传导性的重要功能。典型锂电池的主要结构包括正极、负极、电解液、隔膜。电池集流体的作用是承载正负极材料，将电池内部的电流集中起来，使得电流能够输出更稳定、高效的能量。其功能包括收集电流、分配电流以及提高电池输出功率。一般来说，集流体由铜、铝、银等导电性较好的金属材料制成，它们被连接在电池的正负极上，形成完整的电路。 

压延铝箔、电解铜箔分别为主流的锂电正负极材料，在锂电池中铜铝箔集流体重量占比超15%。铝、铜、镍、钛、不锈钢、碳均用于锂电池集流体材料，结构包括薄片、网孔、泡沫、镂空、涂层。目前主流锂电池正、负极集流体材料分别为压延铝箔、电解铜箔。在锂电池中集流体重量占比仅次于正负极，其中铜箔集流体占比8.1%，铝箔集流体占比6.9%，合计超15%。

传统铜箔的生产工艺成熟，设备壁垒相对较高。传统铜箔生产主要由4道工序组成，包括溶铜制液工序、电解生箔工序、表面处理工序、分切工序，其中轧制技术是铜箔生产的核心技术之一。阴极辊是电解铜箔之母，是铜箔生产的核心装备，钛辊表面的晶体结构决定着电解铜箔的结晶状态，从而影响电解铜箔的性能。根据《电解铜箔用阴极辊的研究进展及发展趋势》，国外可制造晶粒度12级以上的阴极辊，而国内厂商最高可生产晶粒度9-10级，与国外生产水平仍有差距。目前，国内高精度阴极辊主要采购自日本新日铁、三船等日企，订货周期长，设备供应紧张限制铜箔产能扩张。

传统铝箔生产主要有两种常用的加工工艺路线:

1、铸锭热轧法（熔铸→热轧开坯→冷轧→箔轧）；

2、双辊式铸轧法（铝熔体倒入铸轧辊→凝固和热轧→冷轧→退火）。铝箔生产过程涉及多个复杂的轧制工艺和热处理工序，合金调配需要有丰富的铝箔生产经验，设备精度要求高。

传统铜箔制作工艺

双辊式铸轧法的铝箔制造工艺

 集流体薄型化是趋势，具备降本增效优势。集流体可以在很大程度上影响锂电池的性能。由于集流体本质为非活性材料，并不提高电池容量，因此在不影响电池正常充放电和安全性的前提下，极薄化集流体可以减重，减重优势在于：

1、减小电阻，增加单位体积电池所包含的活性物质量，提高电池能量密度；

2、减少铜原材料，降低成本。 

集流体薄型化趋势下，减少主材（正负极）以外其他材料（集流体）的占比是主要途径。极薄化是集流体减重的趋势。根据《A review of current collectors for lithium-ion batteries》，目前6μｍ电解铜箔在锂电铜箔市场占有率达到65％，2023年预期达到70％；4-4.5μｍ锂电铜箔受到大力推广，2022年市场比例达到9％；10μｍ压延铝箔已经进入量产和大面积推广阶段。按照圆柱电池和软包电池数据，最新的6μｍ铜箔和10μｍ铝箔分别占电池质量6.4％和3.0%。

集流体薄型化无法既安全、又保证高能量密度、高功率和高强度。虽然减少集流体厚度有一定优势，但同时也可能牺牲其导电性和传热性能，进而降低功率密度。除此之外，目前主流的8-9um的铝箔集流体和4-5um的铜箔集流体可能已达制造工艺极致，进一步减薄可能导致集流体强度降低，难以批量应用。

复合集流体是一种新型的集流体材料，包括多金属复合箔、金属与碳材料复合箔、高分子聚合物与导电材料复合箔、植物纤维复合箔、聚合物与金属材料复合箔等。其中高分子聚合物金属复合箔，在提升电池安全性、提升电池比能量密度方面优势明显。内层为聚合物高分子层（如PET、PP或PI），两侧为金属导电层（如Al或Cu）。

复合集流体（以下均指“高分子聚合物金属复合箔”）呈现“三明治”结构。内层为聚合物高分子层（如PP、PET、PI），在高分子材料上下各加上金属（如铜、铝）。目前典型结构是上下1μm金属材料“包夹”2.5 μm或4.5μm高分子材料基膜。

有别于传统锂电集流体，复合集流体在结构、生产工艺、性能特点等方面具备创新性，旨在提高安全性、降本增效。

复合铜箔主流工艺：

1、一步法：全湿法（化学镀）或全干法（磁控溅射、真空蒸镀）；

2、二步法：磁控溅射+水介质电镀；

3、三步法：磁控溅射+真空蒸镀+水介质电镀。 

复合铝箔主流工艺：真空蒸镀。

©文章来源于重庆金美新材料环评报告，浙商证券研究所等