復合集流體產業(yè)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(tǒng)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(xiàn)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(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(fā)展。傳統(tǒng)正、負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(tǒng)鋁箔厚度約10μm，復合鋁箔厚度約6.5-8μm；傳統(tǒng)銅箔厚度約6μm，復合銅箔厚度約5-6.5μm，復合集流體較傳統(tǒng)集流體超薄化趨勢明顯。

相較傳統(tǒng)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(yōu)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(tǒng)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(fā)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(shù)量超過負極石墨可嵌入數(shù)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(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力，使鋰離子沉積更加均勻，電池循環(huán)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(tǒng)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(jù)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(jù)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(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(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復合鋁箔（2μm鋁+6μmPET）替代10μm傳統(tǒng)鋁箔，單位面積下復合鋁箔較傳統(tǒng)鋁箔減重約49.33%。

材料成本方面，復合銅箔較傳統(tǒng)銅箔節(jié)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(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(tǒng)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(jù)高工鋰電數(shù)據(jù)顯示，復合銅箔原材料成本占比31%，難以通過優(yōu)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(xiàn)降本。隨著設備技術進步，產品良率不斷提高，疊加大規(guī)模量產后攤薄設備與廠房折舊成本，復合銅箔生產規(guī)?；当镜目臻g或將更大。

全球鋰電池出貨量假設：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，2023年上半年全球儲能電池出貨102GWh，同比+118%；據(jù)SNEResearch統(tǒng)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(xù)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(tǒng)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(shù)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(yè)玩家競爭加劇，相關設備單價逐年略降。

根據(jù)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(guī)模為241.6億元；復合鋁箔需求量為22.0億m2，市場規(guī)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(guī)模為248.9億元。

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