复合集流体产业化进程加速

• 柯壮宾 2023年10月18日 来源：中研网 571 32
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集流体是锂电池内部汇集电流的结构或零件。其功能是自身承载正负极活性物质，并汇集电池活性物质产生较大的输出电流。

集流体是锂电池内部汇集电流的结构或零件。其功能是自身承载正负极活性物质，并汇集电池活性物质产生较大的输出电流。传统集流体通常选择铝箔、铜箔作为正、负极材料，以负极集流体为例，核心技术主要体现为锂电铜箔厚度、抗拉强度、延伸率、粗糙度、抗氧化性等技术指标。在能量密度方面，锂电铜箔越薄，对电池的能量密度提升作用越大。以主流方形电池为例，铜箔厚度从8μm减少到6μm，可以在电芯体积不变条件下，增大活性材料的用量，浆料涂覆厚度增厚，将直接使电芯能量密度提高；在安全性方面，铜箔还需具备一定的抗拉强度和延伸率以免影响电池内阻、循环寿命和容量。随着锂电铜箔的厚度持续减薄，铜箔的抗拉强度和抗压变形能力降低，或将导致安全性减弱、成品率降低，工艺成本随之提高，因此叠加能量密度、安全及降本需要，如何解决上述生产工艺上的难题则催生了对新型集流体材料的诉求，复合集流体由此应运而生。

复合集流体是锂电集流体的新选择，包括负极复合铜箔（MC）和正极复合铝箔（MA），在厚度上朝着超薄化方向发展。传统正、负极集流体采用单一铝箔、铜箔为制造材料，相较传统集流体而言，复合集流体采用“金属-高分子材料-金属”的“三明治”结构，是以PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）、PP(聚丙烯）、PI（聚酰亚胺）等高分子材料作为中间基材，上下两层沉积金属制成的新型锂电集流体材料。传统铝箔厚度约10μm，复合铝箔厚度约6.5-8μm；传统铜箔厚度约6μm，复合铜箔厚度约5-6.5μm，复合集流体较传统集流体超薄化趋势明显。

相较传统集流体，复合集流体具备高安全、长寿命、高能量密度、低成本的应用优势，有望成为未来锂电正负极集流体的主流应用。、

复合集流体可提升锂电池寿命及安全性。针刺实验过程中，传统铜/铝箔会产生大尺寸毛刺，造成内短路和热失控，而热失控则是爆炸起火的直接因素。复合集流体金属层较薄，产生的毛刺尺寸小，叠加高分子材料层受热发生的断路效应，可控制短路电流不增大，从根本上解决电池爆炸起火的问题。此外，在锂电池负极中，电离迁移的锂离子数量超过负极石墨可嵌入数量，锂离子将在负极形成锂枝晶，进而不可逆地造成锂电池的容量和使用寿命衰减。复合集流体相较传统集流体具备的中间基材层可缓解锂枝晶生长带来的压缩应力，使锂离子沉积更加均匀，电池循环寿命提升约5%。

复合集流体可提升电池重量能量密度，复合铜箔提升幅度略高于复合铝箔。电池的能量密度指电池平均单位体积或质量所释放出的电能。传统集流体正极多为厚度在10-20μm的铝箔，负极多为厚度在6-8μm的铜箔，占据电池重量的6%-15％，不仅质量占比较大，也制约了电池能量密度的进一步提升。根据比亚迪实用新型专利显示，若负极采用3μmPP材料层叠上下1μm铜的复合铜箔，相比对照组负极采用6μm铜箔，重量能量密度可提升3.3%；若正极采用4μmPP材料层叠加上下3μm铝的复合铝箔，相比对照组正极采用10μm铝箔，重量能量密度可提升2.6%；若正负极均替换，则重量能量密度可提升6.1%。

复合集流体减重效果明显，PET铜箔减轻55.12%，PET铝箔减轻49.33%。高分子基材密度较小，单位面积复合铜箔集流体重量较传统铜箔显著降低。铜的密度为8.96g/cm3，高分子材料中PET/PP/PI的密度分别为1.38g/cm3、0.89-0.91g/cm3和1.38-1.40g/cm3。以6.5μm厚度的PET复合铜箔为例，若其中4μm的铜被4.5μm厚度的PET材料代替，单位面积下复合铜箔集流体较传统铜箔集流体可减重约55.12%；铝的密度为2.70g/cm3低于铜的密度，若以8μm复合铝箔（2μm铝+6μmPET）替代10μm传统铝箔，单位面积下复合铝箔较传统铝箔减重约49.33%。

材料成本方面，复合铜箔较传统铜箔节省约65%。按照铜价6.81万元/吨，PET切片价格为0.75万元/吨（2023年上半年平均价格），计算可得6μm传统铜箔原材料成本为3.66元/m2；厚度为6.5μmPET（2μm铜箔+4.5μmPET基材）复合铜箔主流产品原材料成本为1.27元/m2，大幅降低原材料成本，受原料铜价格波动影响更小。

制造成本方面，PET复合铜箔与传统铜箔制造成本分别为2.83元/m2和0.31元/m2，生产总成本基本持平，分别为4.10元/m2和3.97元/m2，PET复合铜箔未来主要降本路径为通过提高生产效率与良率，摊薄单位设备成本。据高工锂电数据显示，复合铜箔原材料成本占比31%，难以通过优化生产降低；而制造成本中的固定成本为设备与厂房折旧，当前占比50%；可变成本中直接人工、其他制造费用等可通过提高自动化率与良率实现降本。随着设备技术进步，产品良率不断提高，叠加大规模量产后摊薄设备与厂房折旧成本，复合铜箔生产规模化降本的空间或将更大。

全球锂电池出货量假设：根据EVTank数据显示，2022年全球锂电池出货量为957.7GWh，同比+70.3%。据ICC鑫椤资讯统计，2023年上半年全球储能电池出货102GWh，同比+118%；据SNEResearch统计，2023年上半年全球动力电池装机304.3GWh，同比+50.1%。基于全球锂电池需求量持续高景气，我们预计全球锂电池出货量2023-2026年增速分别为60%、50%、40%、30%，则2026年全球锂电池出货量预计为4183.2GWh。

复合铜箔/铝箔需求假设：假设复合铜箔渗透率从2023年的0.5%提升至2026年的10%，复合铝箔渗透率从2023年的0.3%提升至2026年的5%；1GWh电池所需复合箔材单耗约为1050万m2。同时考虑到复合铜箔的生产成本与传统铜箔基本持平，复合铜箔价格可参考6μm电池级铜箔2023年上半年平均价格6.6元/m2，随着未来生产工艺逐渐成熟，市场竞争趋于激烈，预计单价逐年略降，2026年降至5.5元/m2；复合铝箔单价可类比复合铜箔。

复合集流体设备假设：1GWh一般需配2台磁控溅射设备和3台镀膜设备，单台设备均价1000万以上；单条产线对滚焊设备的需求数量是极耳超声焊接设备的3倍左右，每GWh对超声波焊接设备的需求在100万元-200万元，假设单GWh所需超声滚焊设备价值量为900万元。假设随着复合铜箔的市场渗透率不断提升，生产所需设备需求量随之增加，行业玩家竞争加剧，相关设备单价逐年略降。

根据上述假设，我们预计2026年复合铜箔需求量为43.9亿m2，市场规模为241.6亿元；复合铝箔需求量为22.0亿m2，市场规模为120.8亿元；复合集流体设备（磁控溅射设备96.2亿元+水电镀设备119.2亿元+焊接设备33.5亿元）合计规模为248.9亿元。

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