復(fù)合集流體技術(shù)是一種材料創(chuàng)新，它能夠在發(fā)生內(nèi)短路時(shí)起到保險(xiǎn)絲的作用。復(fù)合集流體在安全、性能和成本上有較大優(yōu)化，有望對(duì)傳統(tǒng)集流體形成部分替代。 業(yè)內(nèi)反饋，領(lǐng)跑電池企業(yè)可能已具備量產(chǎn)能力。而其余主流電池公司也多數(shù)希望在未來(lái)一年打通制備工藝、滾焊等關(guān)鍵設(shè)備問(wèn)題。據(jù)公開(kāi)信息，歐洲部分車企明年就可能開(kāi)始裝車應(yīng)用。

電池集流體基本原理

在解析復(fù)合集流體前，我們先回顧一下電池集流體基本原理。集流體主要有兩大功能:①承載性，自身承載正負(fù)極活性物質(zhì);②傳導(dǎo)性，在充放電過(guò)程中，將正負(fù)極電流輸入給活性物質(zhì)，也將活性物質(zhì)產(chǎn)生的電流匯集輸出。 一般而言，在鋰電池集流體中，正極通常使用鋁箔，負(fù)極使用銅箔，原因在于正極電位較高，負(fù)極電位較低。銅箔在較高電位時(shí)容易被氧化，故主要用于負(fù)極集流體，厚度通常為6-12um，目前以6um厚度為主。鋁箔在較低電位時(shí)腐蝕問(wèn)題嚴(yán)重，因此主要用于正極集流體，厚度通常為10um-16um，目前以12um厚度為主。

集流體的發(fā)展趨勢(shì) 當(dāng)下，鋁箔厚度通常為10um，更低可達(dá)到8um;銅箔厚度通常為6um，更低可達(dá)到4.5um；質(zhì)量占比方面銅箔約占9%，鋁箔約占7% 成本占比方面，以動(dòng)力電池的三元5系為例，鋁箔成本占比為1.3%，銅箔成本占比7.8%; 以磷酸鐵鋰為例，鋁箔成本占比1.7%，銅箔成本占比近10%; 集流體輕薄化主要帶來(lái): ①降低電池的材料成本; ②通過(guò)減薄和減重從而提升電池能量密度，相較8um鋰電銅箔，采用6um/4.5um鋰電銅箔分別可提升鋰電池5%/9%的能量密度。

復(fù)合集流體簡(jiǎn)介及優(yōu)勢(shì)

由于銅箔需要保持一定機(jī)械強(qiáng)度，因此集流體不可能無(wú)限減薄，同時(shí)集流體減薄將提升加工環(huán)節(jié)的成本。

復(fù)合集流體為新的技術(shù)路徑，通過(guò)在高分子材料層（以PET,PP或PI為基材）材料兩側(cè)鍍一定厚度的金屬層（銅或鋁），形成“三明治”型的復(fù)合結(jié)構(gòu)，目前復(fù)合集流體中采用的高分子層厚度一般約4um，上下兩層銅層厚度各1um，合計(jì)約6um。中間層選用高分子材料，可選擇PET(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)、PP(聚丙烯)、Pl(聚酰亞胺)。

相對(duì)于傳統(tǒng)銅箔，復(fù)合集流體通過(guò)高分子材料的替代部分金屬材料，可顯著降低集流體的材料成本和重量，提升電池安全性能。 此外，由于采用塑料為基材，塑料質(zhì)量，成本相較銅均具優(yōu)勢(shì)，因此，復(fù)合銅箔能量密度，成本均優(yōu)于傳統(tǒng)銅箔。 ①高安全性：防止刺穿隔膜，減少熱失控 復(fù)合集流體可有效防止熱失控。一方面如下圖8所示，復(fù)合集流體金屬層較薄，因銅箔而產(chǎn)生的毛刺尺寸小，并因?yàn)楦叻肿硬牧蠈幼鳛榻^緣材料會(huì)發(fā)生斷路效應(yīng)（復(fù)合銅箔由于金屬層較薄，短路時(shí)外面金屬容易斷裂，中間的有機(jī)絕緣層，當(dāng)發(fā)生熱失控時(shí)可為電路系統(tǒng)提供無(wú)窮大電阻，溫度升高幅度較小，有利于阻止電池燃燒）。故而刺穿的隔膜的可能性低，因而可有效防止電池自燃。 另一方面如下圖9所示，復(fù)合集流體含陰燃材料可具備自滅火功能。在高分子材料層加入TPP阻燃材料，在材料燃燒過(guò)程中，可減少氧氣含量，從而起到自滅火功能，降低熱失控發(fā)生的概率。

②高安全性及循環(huán)壽命：防止鋰枝晶問(wèn)題 在鋰電池負(fù)極中，通常會(huì)因?yàn)楸砻姘纪共黄?，?dǎo)致凸起處的電子電荷分布變多，導(dǎo)致更多的鋰離子被吸引而發(fā)生沉積形成鋰枝晶。鋰枝晶會(huì)不可逆地造成鋰電池的容量和循環(huán)壽命，同時(shí)鋰枝晶增大會(huì)刺穿隔膜導(dǎo)致短路引發(fā)熱失控等安全性問(wèn)題。 如下圖10所示，復(fù)合集流體相較干純金屬層延展性更好，將產(chǎn)生褶皺緩解鋰枝晶生長(zhǎng)帶來(lái)的局部應(yīng)力，使鋰離子沉積更加均勻，減少鋰枝晶問(wèn)題出現(xiàn) 如下圖11顯示，復(fù)合銅箔在循環(huán)后容量保持，較純銅箔更好，圖12顯示復(fù)合銅箔循環(huán)更加穩(wěn)定，在循環(huán)后庫(kù)倫效率相較于純銅箔更高。復(fù)合集流體總體表現(xiàn)的循環(huán)壽命更優(yōu)。

③高能量密度：三元電池提高質(zhì)量能量密度約5.6% 高分子層密度較低，降低復(fù)合集流體重量，提升質(zhì)量能量密度。高分子材料中，PET密度為1.38g/cm3，PP密度為0.89-0.91g/cm3，PI密度為1.39-1.45g/cm3，而銅的密度8.96g/cm3。高分子材料PET PI密度約為銅密度的1/7，PP密度為銅的1/10。 從下表1測(cè)算可以得出，三元電池中，1um銅箔+4um高分子層(PET)+1um銅箔的復(fù)合銅箔質(zhì)量約為6um傳統(tǒng)銅箔的43%，電芯質(zhì)量減少比例約5.4%，質(zhì)量能量密度提升約5.6%; 從下表2比亞迪的專利《復(fù)合集流體、電極片及電池》中亦可得出，磷酸鐵鋰電池中采用復(fù)合集流體降低整體重量同時(shí)提升質(zhì)量能量密度。

④低成本：當(dāng)前成本約4.11元/平 復(fù)合集流體原材料測(cè)算主要分為三類（原材料、設(shè)備折舊以及水、電、人工費(fèi)用） 原材料：假設(shè)銅單噸價(jià)格為6.3萬(wàn)元；PET 高分子層單價(jià)為0.84萬(wàn)元／噸，折合原材料單位成本1.18元／平米。 設(shè)備：假設(shè)單Gwh PET 銅箔產(chǎn)量（0.1億平）需要磁控濺射設(shè)備2臺(tái)，單臺(tái)設(shè)備價(jià)格1500萬(wàn)元／臺(tái)，需要水電鍍?cè)O(shè)備3臺(tái)，單臺(tái)設(shè)備價(jià)格1100萬(wàn)元／臺(tái)，按照10年折舊期限，殘值為0，折舊成本為0.63元／平米。 水、電、人工費(fèi)用：參照重慶金美環(huán)評(píng)報(bào)告，單位水費(fèi)0.004元／平，單位電費(fèi)為0.21元／平，假設(shè)人工費(fèi)0.05元／平，其他耗材費(fèi)用為0.4元／平。 按照不同良率情況測(cè)算單位成本：良率為50％時(shí)，單位成本4.94元／平；良率為60％時(shí)，單位成本4.11元／平；良率為70％時(shí)，單位成本3.53元／平；良率為80％時(shí)，單位成本3.08元／平。

復(fù)合銅箔與傳統(tǒng)銅箔成本曲線對(duì)比 復(fù)合銅箔與傳統(tǒng)銅箔的成本占比最高的項(xiàng)目均為銅，銅價(jià)2021年年中達(dá)到7.7萬(wàn)元/噸，目前為6.3萬(wàn)元/噸左右; 從復(fù)合銅箔與傳統(tǒng)銅箔的成本曲線看，未來(lái)兩者均處于下降趨勢(shì)。 目前復(fù)合銅箔成本略高于傳統(tǒng)銅箔，主要原因在于生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的良率較低。未來(lái)隨著復(fù)合銅箔的良率提升，成本有望低于傳統(tǒng)銅箔。

⑤復(fù)合集流體當(dāng)前缺陷:電導(dǎo)率與良率 從銅箔層的厚度與阻抗系數(shù)關(guān)系看，銅層厚度越薄(低于2um)，阻抗系數(shù)越高，銅箔厚度高于2um后，阻抗系數(shù)逐漸降低。 從復(fù)合集流體厚度與電導(dǎo)率看，厚度較薄時(shí)電導(dǎo)率較低，當(dāng)復(fù)合銅箔雙層銅層合計(jì)的厚度達(dá)到4um后，電導(dǎo)率與傳統(tǒng)銅箔接近。 復(fù)合集流體目前需要突破的技術(shù)難題主要在于電導(dǎo)率和制造良率。

復(fù)合PET銅箔的制備工藝

復(fù)合集流體的生產(chǎn)工藝優(yōu)勢(shì) 相較于傳統(tǒng)銅箔生產(chǎn)，復(fù)合銅箔工藝流程大大縮短:采用真空鍍膜工藝形成膜面，直接在離子置換設(shè)備中反應(yīng)。 污染少，危險(xiǎn)性低:真空工序無(wú)污染，采用新型藥劑，規(guī)避氰化物等有毒物質(zhì)。藥劑循環(huán)使用，避免了金屬污染物的排放

傳統(tǒng)銅箔目前多采用連續(xù)電解法制備。鋰電池發(fā)展初期多采用壓延銅箔，但壓延銅箔生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成本高，且全球產(chǎn)能極度集中于少數(shù)幾家公司；電解銅箔由于生產(chǎn)設(shè)備和工藝簡(jiǎn)單、容易操作，且產(chǎn)品性能良好，逐漸成為目前最普遍的銅箔生產(chǎn)方式。電解銅箔是在直流電流作用下，銅離子在連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的陰極輥表面還原沉積形成很薄的連續(xù)的銅層繼而連續(xù)剝離形成的，其主要生產(chǎn)流程包括溶銅、生箔沉積、后處理及分切。 PET銅箔制造工藝核心為真空磁控濺射、銅堆積層和清洗抗氧化保護(hù)。PET銅箔生產(chǎn)工藝以高真空設(shè)備磁控濺射在基膜上金屬化，再以離子置換機(jī)進(jìn)行金屬置換使金屬層增厚，具體工藝流程包括真空濺射鍍銅（非金屬材料金屬化）、液體電鍍（銅層增厚沉積）、成品材料配切。

復(fù)合集流體的材料特性 復(fù)合集流體可采用的基膜有PI(聚酰亞胺)、PP(聚丙烯)和PET(聚對(duì)苯二甲酸乙二酯)。PI是性能較好的薄膜類絕緣材料，具有良好的力學(xué)、電學(xué)、化學(xué)、抗輻射性能、耐高溫和耐低溫性能;PP具有很好的光學(xué)性能，誘明度好，且在高溫下不釋放有毒物質(zhì)，常用于食品包裝;PET具有良好的耐高溫、耐低溫性能，且機(jī)械性能優(yōu)異，韌性是所有熱塑性材料中最好的。綜合成本和性能要求，目前復(fù)合銅箔基膜主要采用PET基膜，水電鍍工藝引入后PP基膜滲透率將有所提高。

工藝原理--磁控濺射 復(fù)合集流體工藝目前可分為兩步法(磁控濺射-水電鍍)和三步法(磁控濺射-蒸鍍-水電鍍)。 真空磁控濺射技術(shù)是復(fù)合銅箔制造工藝的核心。真空磁控濺射的原理是用氟離子(Art)轟擊銅合金靶材，使靶材發(fā)生濺射，在測(cè)射粒子中，中性的銅原子或部分銅離子沉積在基膜上形成薄膜，厚度一般為20-40nm。此工藝發(fā)生的主要反應(yīng)為 陰極:Cu+2Ar+→Cu2+:陽(yáng)極:Ar-e→Ar 真空磁控濺射工藝對(duì)設(shè)備要求較高，是影響產(chǎn)品良率和性能的關(guān)鍵。且磁控濺射沉積銅的效率相對(duì)于真空蒸鍍和水電鍍較低，是影響產(chǎn)線線速度的主要環(huán)節(jié)

工藝原理--蒸鍍 真空蒸鍍是三步法制備復(fù)合銅箔的關(guān)鍵步驟。真空蒸鍍是指在真空條件下，通過(guò)一定的方式將金屬銅(蒸發(fā)源)加熱至蒸發(fā)，蒸汽運(yùn)動(dòng)到基材表面沉積形成銅層的過(guò)程。三步法相較于兩步法增加了直空蒸鍍的工藝，能夠有效提高銅層的均勻性。真空蒸鍍蒸發(fā)銅的量大于磁控濺射，所以此步驟可用干磁控濺射之后對(duì)基材銅層進(jìn)行加厚，從而減少水電鍍用時(shí)，在一定程度上提高產(chǎn)線速度。

工藝原理--水電鍍 水電鍍工藝負(fù)責(zé)加厚銅沉積層，工藝技術(shù)相對(duì)成熟。水電鍍又稱離子置換反應(yīng)，是通過(guò)外加電源，溶液中的銅離子在基膜側(cè)得到電子還原為銅原子，沉積在基膜表面加厚銅層，而銅源表面的銅失去電子形成游離銅離子不斷補(bǔ)充溶液中的銅離子。 根據(jù)重慶金美環(huán)評(píng)報(bào)告，水電鍍工藝分為兩各環(huán)節(jié):堿性水電鍍和酸性水電鍍。堿性水電鍍得到的鍍銅層與基膜的結(jié)合力強(qiáng)，形成的銅層晶粒致密被稱為“高密度銅層”，而酸性水電鍍陰極電流效率高，鍍層光亮平整。

復(fù)合集流體產(chǎn)業(yè)鏈解析

第十五屆深圳國(guó)際電池技術(shù)交流會(huì)/展覽會(huì)(CIBF2023)于2023年5月16日-18日在深圳國(guó)際會(huì)展中心(寶安新館)成功舉辦。 復(fù)合集流體是以PET/PI/PP等塑料薄膜作為基膜經(jīng)過(guò)真空鍍膜等工藝，將其雙面堆積上銅/鋁分子的復(fù)合材料。與傳統(tǒng)集流體相比，復(fù)合集流體具備高安全性、高能量密度、低成本，長(zhǎng)壽命，強(qiáng)兼容等優(yōu)勢(shì)。復(fù)合集流體市場(chǎng)空間廣闊，樂(lè)觀預(yù)計(jì)下2025年全球市場(chǎng)空間可超過(guò)200億元。 整理了參加本次展會(huì)的復(fù)合集流體企業(yè)，供大家觀看，如有遺漏，歡迎大家在評(píng)論區(qū)補(bǔ)充。 1）英聯(lián)股份 2022.12，英聯(lián)股份總投資30億元，設(shè)備投資約23億元，將建設(shè)100條新能源汽車動(dòng)力鋰電池復(fù)合銅箔生產(chǎn)線和10條鋁箔生產(chǎn)線。本次展會(huì)，英聯(lián)股份展出了復(fù)合銅箔和復(fù)合鋁箔。

02）寶明科技 2022年7月6日晚間，擬建設(shè)鋰電池復(fù)合銅箔生產(chǎn)基地，總投資60億元。公司PET復(fù)合銅箔一期計(jì)劃，2023年二季度量產(chǎn)。2023. 1月16日晚間，寶明科技（002992）發(fā)布公告，總投資62億元擬在安徽省馬鞍山市投資建設(shè)寶明科技復(fù)合銅箔生產(chǎn)基地，主要生產(chǎn)鋰電復(fù)合銅箔。 寶明科技成功量產(chǎn)PP材料突破了行業(yè)量產(chǎn)應(yīng)用最大的瓶頸，公司PP產(chǎn)品已批量送樣下游客戶，若進(jìn)展順利，Q3訂單有望落地。根據(jù)寶明前期公告，2024年有望出貨7-8億平。 此次展會(huì)，寶明展示了4.5 um PET CE45鋰電復(fù)合銅箔，6um PP CP60鋰電復(fù)合銅箔，6um鋰電電解銅箔。

03）金美新材料 金美新材料第一代產(chǎn)品，10-12um復(fù)合集流體產(chǎn)品，可對(duì)標(biāo)目前市場(chǎng)上的6-8um純銅箔和10-12um純鋁箔。第二代產(chǎn)品6um-8um復(fù)合集流體產(chǎn)品，6pm銅復(fù)合集流體可對(duì)標(biāo)市場(chǎng)上4.5um純銅箔，領(lǐng)先于6pm純銅箔; 8um鋁復(fù)合集流體在安全性和能量密度等方面領(lǐng)先于市場(chǎng)上所有純鋁箔產(chǎn)品，無(wú)市場(chǎng)對(duì)標(biāo)產(chǎn)品。目前，金美已完成了新型復(fù)合集流體材料第二代產(chǎn)品的量產(chǎn)化。 此次展會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，金美新材料展示了厚度8um幅寬600mm，1500mm的第二代新型多功能復(fù)合集流體MA，厚度6um幅寬600mm，1200mm的第二代新型多功能復(fù)合集流體MC等產(chǎn)品。

04）中一科技 2022年9月中一科技設(shè)立子公司從事復(fù)合集流體的研究、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和銷售等業(yè)務(wù)，此次展會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，中一科技攜3.5μm-6μm鋰電銅箔、10μm-140μm標(biāo)準(zhǔn)銅箔、6μm復(fù)合銅箔等眾多產(chǎn)品驚艷亮相。

05）東尼電子 2023年復(fù)合集流體產(chǎn)業(yè)化前夜已至！在行業(yè)格局未成型之前，東尼跟隨幾個(gè)重要客戶率先完成下游驗(yàn)證、突破現(xiàn)成業(yè)界設(shè)備的良率的難關(guān)，依據(jù)公司發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃新能源鋰電池復(fù)合銅箔、鋁箔項(xiàng)目，東尼成功研發(fā)出了3層，5層，7層，9層疊構(gòu)的復(fù)合銅箔，復(fù)合鋁箔，3+1+1, 4+1+1，6+1+1結(jié)構(gòu)的復(fù)合銅箔，復(fù)合鋁箔。 本次展會(huì)，東尼電子展出了復(fù)合銅箔和復(fù)合鋁箔。

06）盈華電子 廣東盈華電子是一家專業(yè)從事高端電子銅箔研發(fā)、生產(chǎn)、銷售的現(xiàn)代化企業(yè)，公司投資38億元建設(shè)年產(chǎn)5.66萬(wàn)噸高端銅箔項(xiàng)目。在鋰電銅箔方面，成功研發(fā)并量產(chǎn)4-6 m超高抗拉、高延伸率銅箔，提升鋰電池能量密度和循環(huán)壽命。公司積極探索超薄載體銅箔、復(fù)合銅箔等新型材料，實(shí)現(xiàn)下游產(chǎn)業(yè)需求全覆蓋，不斷提升公司產(chǎn)品市場(chǎng)占有率。 本次展會(huì)，盈華電子展出了6umPET復(fù)合銅箔，鋰電池用4um ，3.5um極薄銅箔，鋰電池用超高抗拉熱穩(wěn)定型銅箔 (VBTP)，鋰電池用超高抗拉銅箔 (VBSP)，鋰電池用高抗拉銅箔 (VBHP)，鋰電池用中抗拉銅箔 (VBMP)，鋰電池用高延伸銅箔 (VBEP)，鋰電池用一般銅箔 (VBNP)等銅箔。

07）德福科技 九江德?？萍籍a(chǎn)品包括：新能源汽車動(dòng)力鋰電池應(yīng)用雙光銅箔4-10微米，電子電路應(yīng)用高溫高延銅箔(HTE)12-210微米、撓性銅箔(FCF);積極開(kāi)發(fā)并推廣5G應(yīng)用的超低輪廓銅箔(HVLP)、反面處理銅箔(RTF)及其他特殊應(yīng)用銅箔等，目前已建立起銅箔行業(yè)內(nèi)全產(chǎn)業(yè)鏈研發(fā)體系，包括裝備設(shè)計(jì)、自動(dòng)化控制、生產(chǎn)工藝、添加劑技術(shù)、環(huán)保發(fā)展五大方向。 本次展會(huì)，德?？萍颊钩隽?a href="http://www.www27dydycom.cn/v/tag/6503/" target="_blank">鋰離子電池用聚酯薄膜復(fù)合銅箔(DF-CCC)，復(fù)合銅電鍍添加劑-PF系列等產(chǎn)品。

08）光騰微納 光騰微納復(fù)合銅箔項(xiàng)目，一期工程已于2022年9月竣工，目前已進(jìn)入試產(chǎn)階段，量產(chǎn)后預(yù)計(jì)年產(chǎn)能1400萬(wàn)平方米復(fù)合銅箔（約對(duì)應(yīng)1GWH容量的鋰電池），是國(guó)內(nèi)目前規(guī)模較大的鋰電復(fù)合銅箔生產(chǎn)商。公司在一期順利投產(chǎn)后，將陸續(xù)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，計(jì)劃2023年底前年產(chǎn)能將達(dá)到5000多萬(wàn)平方米（約對(duì)應(yīng)3GWH容量的鋰電池）。 本次展會(huì)，光騰微納展出了6um復(fù)合銅箔。

09）鳳啟新能源 浙江鳳啟新能源專注于鋰電池材料的技術(shù)創(chuàng)新，產(chǎn)品包括涂炭鋁箔、涂炭復(fù)合箔等，本次展會(huì)，鳳啟新能源展出了寬282mm的涂碳復(fù)合箔。

10）天津巨源 天津巨源涂碳箔產(chǎn)品于2019年成功研發(fā)并定型，2021年開(kāi)始籌建并完成涂炭箔十萬(wàn)級(jí)凈化車間建設(shè)，同年年底天津巨源石墨烯復(fù)合涂碳箔產(chǎn)品正式下線。石墨烯復(fù)合涂碳箔項(xiàng)目總投資1億元，廠房占地面積2500m設(shè)計(jì)產(chǎn)能4000噸，已建成年產(chǎn)2000噸鋰離子電池用石墨烯復(fù)合涂炭箔的生產(chǎn)線。目前，公司已在河南商丘注冊(cè)成立河南巨源碳箔新材料有限公司，建設(shè)年產(chǎn)3萬(wàn)噸的石墨烯復(fù)合涂碳箔生產(chǎn)基地。 本次展會(huì)，天津巨源展出了石墨烯復(fù)合涂碳鋁箔，石墨烯復(fù)合涂碳銅箔，功能型石墨烯復(fù)合涂碳箔，復(fù)合鋁箔涂碳等產(chǎn)品。