復合集流體產業化進程加速

• 柯壯賓 2023年10月18日 來源：中研網 571 32
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集流體是鋰電池內部匯集電流的結構或零件。其功能是自身承載正負極活性物質，并匯集電池活性物質產生較大的輸出電流。

集流體是鋰電池內部匯集電流的結構或零件。其功能是自身承載正負極活性物質，并匯集電池活性物質產生較大的輸出電流。傳統集流體通常選擇鋁箔、銅箔作為正、負極材料，以負極集流體為例，核心技術主要體現為鋰電銅箔厚度、抗拉強度、延伸率、粗糙度、抗氧化性等技術指標。在能量密度方面，鋰電銅箔越薄，對電池的能量密度提升作用越大。以主流方形電池為例，銅箔厚度從8μm減少到6μm，可以在電芯體積不變條件下，增大活性材料的用量，漿料涂覆厚度增厚，將直接使電芯能量密度提高；在安全性方面，銅箔還需具備一定的抗拉強度和延伸率以免影響電池內阻、循環壽命和容量。隨著鋰電銅箔的厚度持續減薄，銅箔的抗拉強度和抗壓變形能力降低，或將導致安全性減弱、成品率降低，工藝成本隨之提高，因此疊加能量密度、安全及降本需要，如何解決上述生產工藝上的難題則催生了對新型集流體材料的訴求，復合集流體由此應運而生。

復合集流體是鋰電集流體的新選擇，包括負極復合銅箔（MC）和正極復合鋁箔（MA），在厚度上朝著超薄化方向發展。傳統正、負極集流體采用單一鋁箔、銅箔為制造材料，相較傳統集流體而言，復合集流體采用“金屬-高分子材料-金屬”的“三明治”結構，是以PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）、PP(聚丙烯）、PI（聚酰亞胺）等高分子材料作為中間基材，上下兩層沉積金屬制成的新型鋰電集流體材料。傳統鋁箔厚度約10μm，復合鋁箔厚度約6.5-8μm；傳統銅箔厚度約6μm，復合銅箔厚度約5-6.5μm，復合集流體較傳統集流體超薄化趨勢明顯。

相較傳統集流體，復合集流體具備高安全、長壽命、高能量密度、低成本的應用優勢，有望成為未來鋰電正負極集流體的主流應用。、

復合集流體可提升鋰電池壽命及安全性。針刺實驗過程中，傳統銅/鋁箔會產生大尺寸毛刺，造成內短路和熱失控，而熱失控則是爆炸起火的直接因素。復合集流體金屬層較薄，產生的毛刺尺寸小，疊加高分子材料層受熱發生的斷路效應，可控制短路電流不增大，從根本上解決電池爆炸起火的問題。此外，在鋰電池負極中，電離遷移的鋰離子數量超過負極石墨可嵌入數量，鋰離子將在負極形成鋰枝晶，進而不可逆地造成鋰電池的容量和使用壽命衰減。復合集流體相較傳統集流體具備的中間基材層可緩解鋰枝晶生長帶來的壓縮應力，使鋰離子沉積更加均勻，電池循環壽命提升約5%。

復合集流體可提升電池重量能量密度，復合銅箔提升幅度略高于復合鋁箔。電池的能量密度指電池平均單位體積或質量所釋放出的電能。傳統集流體正極多為厚度在10-20μm的鋁箔，負極多為厚度在6-8μm的銅箔，占據電池重量的6%-15％，不僅質量占比較大，也制約了電池能量密度的進一步提升。根據比亞迪實用新型專利顯示，若負極采用3μmPP材料層疊上下1μm銅的復合銅箔，相比對照組負極采用6μm銅箔，重量能量密度可提升3.3%；若正極采用4μmPP材料層疊加上下3μm鋁的復合鋁箔，相比對照組正極采用10μm鋁箔，重量能量密度可提升2.6%；若正負極均替換，則重量能量密度可提升6.1%。

復合集流體減重效果明顯，PET銅箔減輕55.12%，PET鋁箔減輕49.33%。高分子基材密度較小，單位面積復合銅箔集流體重量較傳統銅箔顯著降低。銅的密度為8.96g/cm3，高分子材料中PET/PP/PI的密度分別為1.38g/cm3、0.89-0.91g/cm3和1.38-1.40g/cm3。以6.5μm厚度的PET復合銅箔為例，若其中4μm的銅被4.5μm厚度的PET材料代替，單位面積下復合銅箔集流體較傳統銅箔集流體可減重約55.12%；鋁的密度為2.70g/cm3低于銅的密度，若以8μm復合鋁箔（2μm鋁+6μmPET）替代10μm傳統鋁箔，單位面積下復合鋁箔較傳統鋁箔減重約49.33%。

材料成本方面，復合銅箔較傳統銅箔節省約65%。按照銅價6.81萬元/噸，PET切片價格為0.75萬元/噸（2023年上半年平均價格），計算可得6μm傳統銅箔原材料成本為3.66元/m2；厚度為6.5μmPET（2μm銅箔+4.5μmPET基材）復合銅箔主流產品原材料成本為1.27元/m2，大幅降低原材料成本，受原料銅價格波動影響更小。

制造成本方面，PET復合銅箔與傳統銅箔制造成本分別為2.83元/m2和0.31元/m2，生產總成本基本持平，分別為4.10元/m2和3.97元/m2，PET復合銅箔未來主要降本路徑為通過提高生產效率與良率，攤薄單位設備成本。據高工鋰電數據顯示，復合銅箔原材料成本占比31%，難以通過優化生產降低；而制造成本中的固定成本為設備與廠房折舊，當前占比50%；可變成本中直接人工、其他制造費用等可通過提高自動化率與良率實現降本。隨著設備技術進步，產品良率不斷提高，疊加大規模量產后攤薄設備與廠房折舊成本，復合銅箔生產規模化降本的空間或將更大。

全球鋰電池出貨量假設：根據EVTank數據顯示，2022年全球鋰電池出貨量為957.7GWh，同比+70.3%。據ICC鑫欏資訊統計，2023年上半年全球儲能電池出貨102GWh，同比+118%；據SNEResearch統計，2023年上半年全球動力電池裝機304.3GWh，同比+50.1%。基于全球鋰電池需求量持續高景氣，我們預計全球鋰電池出貨量2023-2026年增速分別為60%、50%、40%、30%，則2026年全球鋰電池出貨量預計為4183.2GWh。

復合銅箔/鋁箔需求假設：假設復合銅箔滲透率從2023年的0.5%提升至2026年的10%，復合鋁箔滲透率從2023年的0.3%提升至2026年的5%；1GWh電池所需復合箔材單耗約為1050萬m2。同時考慮到復合銅箔的生產成本與傳統銅箔基本持平，復合銅箔價格可參考6μm電池級銅箔2023年上半年平均價格6.6元/m2，隨著未來生產工藝逐漸成熟，市場競爭趨于激烈，預計單價逐年略降，2026年降至5.5元/m2；復合鋁箔單價可類比復合銅箔。

復合集流體設備假設：1GWh一般需配2臺磁控濺射設備和3臺鍍膜設備，單臺設備均價1000萬以上；單條產線對滾焊設備的需求數量是極耳超聲焊接設備的3倍左右，每GWh對超聲波焊接設備的需求在100萬元-200萬元，假設單GWh所需超聲滾焊設備價值量為900萬元。假設隨著復合銅箔的市場滲透率不斷提升，生產所需設備需求量隨之增加，行業玩家競爭加劇，相關設備單價逐年略降。

根據上述假設，我們預計2026年復合銅箔需求量為43.9億m2，市場規模為241.6億元；復合鋁箔需求量為22.0億m2，市場規模為120.8億元；復合集流體設備（磁控濺射設備96.2億元+水電鍍設備119.2億元+焊接設備33.5億元）合計規模為248.9億元。

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