集流体是锂电池的重要组成，对其安全性、循环寿命、能量密度、质量以及价格均有重要影响。未来锂电行业轻量化发展将进一步带动复合集流体需求。
新能源汽车和储能领域的快速发展拉动锂离子电池需求，进而为锂电集流体行业带来发展空间。
锂电集流体朝着更高的安全性、性价比、轻薄化发展，但具有一定局限性。
(相关资料图)
复合集流体是最具替代潜力的新型集流体材料，对锂电安全性提升、材料成本下降、能量密度提升均有重要作用。
各企业积极布局复合集流体材料，复合集流体市场规模不断扩大，目前行业处于爆发前期，相关企业先发优势明显。
1）锂离子电池是新能源行业发展的重要组成
在全球能源、石油资源紧张的环境下，各国积极推进节能减排和可持续发展目标，使得新能源汽车行业实现高速发展，极大地拉动了动力锂离子电池的需求。2022年全球动力电池装机量近518GWh，同比增长74.5%。我国动力电池装机量约295GWh，同比增长91%，占全球装机量的57%。
在各国政府的关于禁售燃油车以及新能源汽车产业链建设的指导下，全球新能源汽车销量保持增长态势，将进一步带动动力锂电池的出货。预计到2027年，全球新能源汽车销量将达2914.6万辆，五年复合增长率将达29%；全球动力锂离子电池需求量将达1748.7GWh。
与此同时，储能领域快速发展，在新型储能方式中，锂电池储能装机规模逐年扩大，从2017年的2.7GWh增长到2022年的46.9GWh，年均复合增速达到77%。截至2022年底，全国新型储能装机中，锂离子电池储能占比高达94.5%。
储能领域是未来新能源领域主要的增长点。电化学储能的应用将在储能新增装机量中保持较高的占比。同时，锂电储能是未来主要的电化学储能方式，占比达到94%。
随着锂电储能在储能领域的快速渗透，2027年全球电化学储能累计装机量将达到965.49GWh，五年复合增长率达到53%。锂电储能累计装机量将达到888.25GWh。
2）锂电池性能不断迭代满足下游需求
新能源汽车和储能市场增长确定性强，由此带动了锂电池的需求量，但随着行业的快速发展，其对于锂电池的性能提出了更高的要求，新能源汽车开始追求更高的安全性、续航能力以及安全性，储能领域也追求更长的电池使用寿命、充放电时长以及性价比。
锂电池是新能源汽车和储能的重要组成，因此锂电池的安全性、循环寿命、能量密度和性价比需要不断进行迭代和突破以满足下游需求，锂电池行业中充满了变革。
1）新能源汽车轻量化需求引发电池轻量化
新能源汽车轻量化是各新能源汽车厂商重点研究方向之一。新能源汽车轻量化有利于提升其续航里程、能耗节约。
目前新能源汽车的质量较传统燃油车增加10%，尤其是其三电系统导致整车额外增加200—300kg的重量。在新能源汽车中，电池包重量约占整车重量的18%-20%，电芯重量占电池的80%。有研究表明，纯电动汽车重量每降低10千克，续航里程可增加2.5千米。
在未来新能源汽车更长的续航里程、安全性以及性价比的发展基础上，新能源汽车减重需求迫切。
2）集流体是锂离子电池的重要组成
集流体是锂离子电池中不可或缺的组成部件之一，锂离子电池正极和负极上均搭载着不同的集流体材料，正极为铝箔，负极为铜箔。
铜箔集流体在锂电中质量和成本占比较高，电池轻量化的关键点在于集流体，但集流体材料的减薄程度存在一定局限。
集流体材料的无限减薄将影响其机械强度，在电池循环过程中易导致安全问题。同时，超薄铜箔、铝箔加工费昂贵，成品率低，导致整体成本不降反增。因此，集流体材料行业正在寻求变革。
3）集流体材料整体朝轻薄化方向发展
我国是集流体材料的主要供应国，目前行业技术在于研究如何能让正负极箔更薄，但集流体材料减薄目前存在阻碍：
①传统铜箔的生产受制于设备
在铜箔的制作过程中，阴极辊是铜箔制造的关键设备，又被称为锂电铜箔的“心脏”。其质量直接决定铜箔的档次和品质。受技术壁垒高等因素影响，我国阴极辊完全依赖进口。由于锂电行业的快速发展，铜箔的需求量激增。海外进口阴极辊交付周期长，设备昂贵且售后服务难以得到保证，国产替代的阴极辊产品处于较为初期的阶段。因此，行业中铜箔的产量常受制于阴极辊的供应。
②传统集流体材料存在热失控安全隐患
传统集流体对锂电池安全性有着重要影响。电池安全性失效的诱因主要分为两类内部因素和外部因素。
内部因素：如在制造缺陷中，集流体与金属极耳间通过焊接与电池正负端子相连，焊接过程会产生毛刺，会穿透相邻电极层之间的隔膜，从而引起电池内短路。另外电池老化造成的性能衰退，如内阻增大、锂枝晶沉积等也会造成内部短路。
外部因素：在电池运输或工作过程中，电芯产生形变，组件发生位移，可能造成传统金属箔材集流体断裂产生毛刺，刺穿隔膜，发生短路；或者由于电滥用（过充、过放）导致过量锂嵌入，造成枝晶生长，穿透隔膜，最终导致热失控。热滥用很少独立存在，往往是从机械滥用和电气滥用发展而来，并且是最终直接触发热失控的一环。
因此，在锂电池不断朝着更高的安全性、高能量密度、高循环寿命、高性价比的发展趋势下，集流体行业不断寻求变革，对新材料的需求十分迫切。
1）复合集流体材料为下一代集流体材料
由于传统集流体的局限性，促生了复合集流体材料产业的发展，复合集流体为当下最具替代性的新型集流体材料。
复合集流体延续了铜箔轻薄化的思路，即用部分有机物替代金属，进一步降低金属用量。从结构上来看，复合集流体的构造类似“三明治”，即中间层为有机物，上下层为镀铜、镀铝。目前中间的有机物层常见的有PET（聚对苯二甲酸类酯）、PP（聚丙烯）、PI（聚酰亚胺）等。
相较传统集流体材料，复合集流体材料优势在于更高安全性、更低成本、更高能量密度、更长的电池使用寿命及广泛的兼容性。
复合集流体材料处于产业链中游。其产业链上游主要为PET/PP基膜、铜合金靶材，磁控溅射、蒸镀、电镀设备等；中游产业为复合铜箔、铝箔制造企业；产业链下游主要为电池厂商。
2）复合集流体优势
①复合集流体材料为锂电池提供更高的安全性保障
复合集流体材料有利于减少锂电池内短路风险。复合集流体材料可有效吸收形变应力，减小因碰撞而产生的毛刺。同时，复合集流体材料的柔性大，可使锂离子更均匀地在表面沉积，抑制锂枝晶的生长，进而降低电池内短路。因此，复合集流体材料可为锂电池提供更高的安全性保障。
②复合铜箔集流体材料解决降低电池重量的难题
复合集流体相比传统集流体在质量上有大幅下降，为动力电池的轻量化赋能，符合新能源汽车行业发展趋势。
在厚度相同的情况下，复合集流体材料中间的高分子材料的密度远低于金属密度，因此复合箔材集流体单平米质量相比传统箔材集流体有较大幅度降低。
在6.5μm复合铜箔集流体中，中间高分子层（PP基膜）厚度为4.5μm，铜箔的厚度总计为2μm，铜箔的重量比占82%。通过测算，6.5μm复合铜箔集流体的质量较6μm、4.5μm铜箔在质量上分别减轻59%、46%。
③复合集流材料带动锂电池能量密度提升
复合集流体材料可有效提升锂电池的能量密度。复合集流体材料的厚度相较纯金属集流体更薄，在电芯体积不变的情况下，电芯内可填充活性物质的空间增大，通过增大活性材料的用量及增厚浆料的涂敷厚度，可以进一步提高电池体积能量密度。电池能量密度可以实现提升5%-14%。
④复合集流体在材料成本上更具优势
传统集流体为纯铜箔或铝箔生产制造而成，而复合集流体采用高分子材料替换部分金属，原材料成本更低。
按PP为0.78万元/吨、铜6.76万元/吨与铝价1.89万元/吨，结合密度可计算得出6.5μm及8μm的复合铜箔及复合铝箔成本分别为1.24元/㎡，0.14元/㎡，较传统铜箔、铝箔减少65.8%/73%的原材料成本。
因此复合集流体对核心金属原料的需求减少，受金属价格波动影响较传统集流体材料更小。
⑤复合集流体材料适配性广泛
复合集流体材料可适配不同的电极材料。
硅基负极具有能量密度高，放电平台合适等优点，是较具潜力的下一代负极材料之一，已被头部电池厂商运用在新型的高性能、高安全性的电池上（例如麒麟电池—硅碳负极）。硅基负极材料问题在于充放电过程中，硅颗粒体积发生变化、负极材料膨胀和收缩，导致负极材料应力不均匀，造成材料的结构破坏、颗粒剥落或开裂。同时，硅颗粒的膨胀和收缩减少了电解质和集流体的有效接触面积，阻碍锂离子的传输，降低电池的性能。
复合集流体可有效缓解上述问题。
3）复合机流体制备工艺概况及技术路径
复合集流体可采用的基膜有PI（聚酰亚胺）、PP（聚丙烯）和PET（聚对苯二甲酸乙二酯）。PET膜在温度性能和机械拉伸性能方面优越，而PP膜材质更薄，具有更高的化学稳定性，利于电池能量密度提升，因此PP和PET是目前运用最多的基膜材料。
基膜的选择决定了复合箔后续制备工艺路线和参数细节。目前复合铜箔集流体行业中技术多样，复合铜箔集流体的主要技术路线包括一步法、两步法和三步法。
一步法：即化学镀。其是通过化合物涂布改善化学镀性能，理论良率较高，且无需施加外力或加热，可有效避免薄膜变形、断带、薄膜穿孔等现象的发生。但化学镀铜的速度较慢，且成本较高。
两步法：即为磁控溅射—水电镀。
三步法：即为磁控溅射—蒸镀—水电镀。
①磁控溅射式复合铜箔的核心工艺
真空磁控溅射技术是复合铜箔制造工艺的核心。真空磁控溅射工艺对设备要求较高，是影响产品良率和性能的关键。磁控溅射过程中容易出现箔材穿孔、铜膜结合力差、产线效率低等问题。同时，磁控溅射沉积铜的效率相对于真空蒸镀和水电镀较低，是影响产线线速度的主要环节。
真空磁控溅射的原理是用氩离子轰击铜合金靶材，使靶材发生溅射，在溅射粒子中，中性的铜原子或部分铜离子沉积在基膜上形成薄膜，厚度一般为20-40nm。
②蒸镀工艺有利于提高铜层的均匀性
真空蒸镀是三步法制备复合铜箔的关键步骤。三步法相较于两步法增加了真空蒸镀的工艺，能够有效提高铜层的均匀性。真空蒸镀蒸发铜的量大于磁控溅射，所以此步骤可用于磁控溅射之后，对基材铜层进行加厚，从而减少水电镀用时，在一定程度上提高产线速度。蒸镀的沉积效率更高，缺点是需要在高温下进行，容易造成高分子材料的损伤，从而导致良率降低。
真空蒸镀是指在真空条件下，通过一定的方式将金属铜（蒸发源）加热至蒸发，蒸汽运动到基材表面沉积形成铜层的过程。
③水电镀工艺成熟
水电镀工艺负责加厚铜沉积层，工艺技术相对成熟。
水电镀又称离子置换反应，是通过外加电源，溶液中的铜离子在基膜侧得到电子还原为铜原子，沉积在基膜表面加厚铜层，而铜源表面的铜失去电子形成游离铜离子不断补充溶液中的铜离子。
水电镀工艺分为两个环节：碱性水电镀和酸性水电镀。碱性水电镀得到的镀铜层与基膜的结合力强，形成的铜层晶粒致密被称为“高密度铜层”，而酸性水电镀阴极电流效率高，镀层光亮平整。
总体来说，目前复合铝箔工艺路线明确，以蒸镀为核心。蒸镀工艺通过高温熔化金属材料，蒸发到基膜上实现镀铜/铝，相比于磁控溅射速度更快，效率更高。
复合铝箔蒸镀工艺流程主要包括真空反应镀膜（CVD形成氧化铝基底）、真空镀膜（PVD）、分切、打包储存等步骤，且所有反应在一个真空腔体中进行，较于传统铝箔长达10步的工序，工艺流程缩短，但蒸镀工艺反应温度高，蒸镀次数增多，高温下对基膜稳定性要求高。
1）复合集流体生产的核心设备已经实现国产化
复合集流体主要设备包括磁控溅射设备、水电镀设备、真空镀设备等，目前关键设备已经实现国产化。
真空镀设备方面，国内已研制出首台量产型复合铜箔的真空镀膜设备，在复合铜箔、复合铝箔材料工艺及装备上积累了深厚的技术经验，深耕于真空镀膜设备。设备已经供应国内外等头部企业；
水电镀设备方面，我国已有可量产复合铜箔工艺中电镀增厚设备（水电镀设备），同时也在重点研发磁控溅射设备。
2）复合集流体行业即将爆发
未来新能源汽车行业和储能行业的快速发展将拉动锂电池的市场需求，将进一步提升对集流体材料的需求。
假设1GWh锂电池正极、负极的铜箔集流体用量为750吨、铝箔集流体用量为400吨。结合动力锂电池的市场需求量进行计算，2027年全球动力锂电池领域铜箔集流体需求量为177万吨、铝箔集流体需求量为94.4万吨。
结合储能领域锂电池的需求量计算，2027年全球储能锂电池中铜箔集流体的需求量为17.3万吨、铝箔集流体需求量为9.22万吨。
合计来看，2027年全球锂电铜箔、铝箔需求量分别达到194万吨、104万吨。
复合集流体材料是最有望替代传统铝箔、铜箔的新型集流体材料，未来复合集流体市场需求呈高增长态势。
预计2025年复合集流体行业爆发，到2027年复合铜箔的市场渗透率达到45%，复合铝箔的市场渗透率达到2%。2027年全球复合铜箔需求量达到87.4万吨，即为139.9亿平方米，五年复合增长率为105.8%；复合铝箔市场需求量达到2.1万吨，五年复合增长率为68%，即为6.2亿平方米，未来复合集流体市场规模将超千亿。
3）复合集流体验证时间长，但相关企业先发优势明显
虽然未来复合集流体行业市场规模将会急速增长，但复合集流体行业入局存在一定技术壁垒，且其在客户端导入周期长。电池厂商至少需要6—9个月对材料性能进行反复测试和验证，在此期间材料厂商需和电池厂商不断磨合，对材料性能不断优化。材料的验证并非止步于此，后搭载复合集流体的电池在车企需要至少1年装车试验。
因此，率先与电池厂商达成合作的企业更具竞争力，更快掌握试验数据以及工艺know-how，率先实现量产供货。同时，其产能、出货量、营收规模也会至少领先同行2年时间，在行业中形成一家独供的局面。
目前不同类型企业纷纷布局复合集流体的研发与生产，目前大部分企业处于送样、小试阶段，但也有小部分相关企业率先获得头部电池厂商订单并得到装车运用。
集流体材料是锂离子电池的重要组成部分，其对于锂离子电池的安全性、能量密度、循环寿命、重量以及成本均有着重要的影响。传统的铜箔、铝箔集流体材料在性能以及成本上的迭代存在瓶颈，在锂电池需要不断进行迭代的趋势下，集流体行业也需要进行材料上的优化。
复合集流体是目前最具有替代传统金属集流体潜力的新型集流体材料，可为锂电池提供更高的安全性保障、更低的材料的成本和质量、为锂电池的安全性、能量密度、性价比的提升赋能复合锂电池的发展需求。
复合集流体行业呈现多技术路线并行局面，产品需要长期的客户应用与验证。同时，复合集流体量产壁垒高，需要大量的技术积累和数据积累。
行业中各企业正在积极布局复合集流体材料的研发、生产，业内已有少部分企业具备复合集流体量产能力，其复合集流体得到下游客户多次验证以及装机应用，具备明显的先发优势。
未来，随着技术的不断进步和市场对轻量化、高性能材料需求的不断攀升，复合集流体在新能源领域有望迎来广阔应用前景。
