復(fù)合集流體產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加速

• 柯壯賓 2023年10月18日 來源：中研網(wǎng) 571 32
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集流體是鋰電池內(nèi)部匯集電流的結(jié)構(gòu)或零件。其功能是自身承載正負(fù)極活性物質(zhì)，并匯集電池活性物質(zhì)產(chǎn)生較大的輸出電流。

集流體是鋰電池內(nèi)部匯集電流的結(jié)構(gòu)或零件。其功能是自身承載正負(fù)極活性物質(zhì)，并匯集電池活性物質(zhì)產(chǎn)生較大的輸出電流。傳統(tǒng)集流體通常選擇鋁箔、銅箔作為正、負(fù)極材料，以負(fù)極集流體為例，核心技術(shù)主要體現(xiàn)為鋰電銅箔厚度、抗拉強(qiáng)度、延伸率、粗糙度、抗氧化性等技術(shù)指標(biāo)。在能量密度方面，鋰電銅箔越薄，對(duì)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(qiáng)度和延伸率以免影響電池內(nèi)阻、循環(huán)壽命和容量。隨著鋰電銅箔的厚度持續(xù)減薄，銅箔的抗拉強(qiáng)度和抗壓變形能力降低，或?qū)?dǎo)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(chǎn)工藝上的難題則催生了對(duì)新型集流體材料的訴求，復(fù)合集流體由此應(yīng)運(yùn)而生。

復(fù)合集流體是鋰電集流體的新選擇，包括負(fù)極復(fù)合銅箔（MC）和正極復(fù)合鋁箔（MA），在厚度上朝著超薄化方向發(fā)展。傳統(tǒng)正、負(fù)極集流體采用單一鋁箔、銅箔為制造材料，相較傳統(tǒng)集流體而言，復(fù)合集流體采用“金屬-高分子材料-金屬”的“三明治”結(jié)構(gòu)，是以PET（聚對(duì)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(tǒng)鋁箔厚度約10μm，復(fù)合鋁箔厚度約6.5-8μm；傳統(tǒng)銅箔厚度約6μm，復(fù)合銅箔厚度約5-6.5μm，復(fù)合集流體較傳統(tǒng)集流體超薄化趨勢(shì)明顯。

相較傳統(tǒng)集流體，復(fù)合集流體具備高安全、長壽命、高能量密度、低成本的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，有望成為未來鋰電正負(fù)極集流體的主流應(yīng)用。、

復(fù)合集流體可提升鋰電池壽命及安全性。針刺實(shí)驗(yàn)過程中，傳統(tǒng)銅/鋁箔會(huì)產(chǎn)生大尺寸毛刺，造成內(nèi)短路和熱失控，而熱失控則是爆炸起火的直接因素。復(fù)合集流體金屬層較薄，產(chǎn)生的毛刺尺寸小，疊加高分子材料層受熱發(fā)生的斷路效應(yīng)，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(fù)極中，電離遷移的鋰離子數(shù)量超過負(fù)極石墨可嵌入數(shù)量，鋰離子將在負(fù)極形成鋰枝晶，進(jìn)而不可逆地造成鋰電池的容量和使用壽命衰減。復(fù)合集流體相較傳統(tǒng)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(yīng)力，使鋰離子沉積更加均勻，電池循環(huán)壽命提升約5%。

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

復(fù)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(fù)合銅箔集流體重量較傳統(tǒng)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(fù)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(fù)合銅箔集流體較傳統(tǒng)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(fù)合鋁箔（2μm鋁+6μmPET）替代10μm傳統(tǒng)鋁箔，單位面積下復(fù)合鋁箔較傳統(tǒng)鋁箔減重約49.33%。

材料成本方面，復(fù)合銅箔較傳統(tǒng)銅箔節(jié)省約65%。按照銅價(jià)6.81萬元/噸，PET切片價(jià)格為0.75萬元/噸（2023年上半年平均價(jià)格），計(jì)算可得6μm傳統(tǒng)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(fù)合銅箔主流產(chǎn)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(jià)格波動(dòng)影響更小。

制造成本方面，PET復(fù)合銅箔與傳統(tǒng)銅箔制造成本分別為2.83元/m2和0.31元/m2，生產(chǎn)總成本基本持平，分別為4.10元/m2和3.97元/m2，PET復(fù)合銅箔未來主要降本路徑為通過提高生產(chǎn)效率與良率，攤薄單位設(shè)備成本。據(jù)高工鋰電數(shù)據(jù)顯示，復(fù)合銅箔原材料成本占比31%，難以通過優(yōu)化生產(chǎn)降低；而制造成本中的固定成本為設(shè)備與廠房折舊，當(dāng)前占比50%；可變成本中直接人工、其他制造費(fèi)用等可通過提高自動(dòng)化率與良率實(shí)現(xiàn)降本。隨著設(shè)備技術(shù)進(jìn)步，產(chǎn)品良率不斷提高，疊加大規(guī)模量產(chǎn)后攤薄設(shè)備與廠房折舊成本，復(fù)合銅箔生產(chǎn)規(guī)?；当镜目臻g或?qū)⒏蟆?/p>

全球鋰電池出貨量假設(shè)：根據(jù)EVTank數(shù)據(jù)顯示，2022年全球鋰電池出貨量為957.7GWh，同比+70.3%。據(jù)ICC鑫欏資訊統(tǒng)計(jì)，2023年上半年全球儲(chǔ)能電池出貨102GWh，同比+118%；據(jù)SNEResearch統(tǒng)計(jì)，2023年上半年全球動(dòng)力電池裝機(jī)304.3GWh，同比+50.1%。基于全球鋰電池需求量持續(xù)高景氣，我們預(yù)計(jì)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(yù)計(jì)為4183.2GWh。

復(fù)合銅箔/鋁箔需求假設(shè)：假設(shè)復(fù)合銅箔滲透率從2023年的0.5%提升至2026年的10%，復(fù)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(fù)合箔材單耗約為1050萬m2。同時(shí)考慮到復(fù)合銅箔的生產(chǎn)成本與傳統(tǒng)銅箔基本持平，復(fù)合銅箔價(jià)格可參考6μm電池級(jí)銅箔2023年上半年平均價(jià)格6.6元/m2，隨著未來生產(chǎn)工藝逐漸成熟，市場競爭趨于激烈，預(yù)計(jì)單價(jià)逐年略降，2026年降至5.5元/m2；復(fù)合鋁箔單價(jià)可類比復(fù)合銅箔。

復(fù)合集流體設(shè)備假設(shè)：1GWh一般需配2臺(tái)磁控濺射設(shè)備和3臺(tái)鍍膜設(shè)備，單臺(tái)設(shè)備均價(jià)1000萬以上；單條產(chǎn)線對(duì)滾焊設(shè)備的需求數(shù)量是極耳超聲焊接設(shè)備的3倍左右，每GWh對(duì)超聲波焊接設(shè)備的需求在100萬元-200萬元，假設(shè)單GWh所需超聲滾焊設(shè)備價(jià)值量為900萬元。假設(shè)隨著復(fù)合銅箔的市場滲透率不斷提升，生產(chǎn)所需設(shè)備需求量隨之增加，行業(yè)玩家競爭加劇，相關(guān)設(shè)備單價(jià)逐年略降。

根據(jù)上述假設(shè)，我們預(yù)計(jì)2026年復(fù)合銅箔需求量為43.9億m2，市場規(guī)模為241.6億元；復(fù)合鋁箔需求量為22.0億m2，市場規(guī)模為120.8億元；復(fù)合集流體設(shè)備（磁控濺射設(shè)備96.2億元+水電鍍?cè)O(shè)備119.2億元+焊接設(shè)備33.5億元）合計(jì)規(guī)模為248.9億元。

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