复合集流体行业研究：产业化进程加速，全面量产即将开启

（报告出品：长城国瑞）

一、 复合集流体有望成为未来锂电集流体的主流应用

1. 复合集流体：锂电池集流体的新型材料

集流体是锂电池内部汇集电流的结构或零件。其功能是自身承载正负极活性物质，并汇集电池活性物质产生较大的输出电流。传统集流体通常选择铝箔、铜箔作为正、负极材料，以负极集流体为例，核心技术主要体现为锂电铜箔厚度、抗拉强度、延伸率、粗糙度、抗氧化性等技术指标。在能量密度方面，锂电铜箔越薄，对电池的能量密度提升作用越大。以主流方形电池为例，铜箔厚度从 8μm 减少到 6μm，可以在电芯体积不变条件下，增大活性材料的用量，浆料涂覆厚度增厚，将直接使电芯能量密度提高；在安全性方面，铜箔还需具备一定的抗拉强度和延伸率以免影响电池内阻、循环寿命和容量。随着锂电铜箔的厚度持续减薄，铜箔的抗拉强度和抗压变形能力降低，或将导致安全性减弱、成品率降低，工艺成本随之提高，因此叠加能量密度、安全及降本需要，如何解决上述生产工艺上的难题则催生了对新型集流体材料的诉求，复合集流体由此应运而生。

复合集流体是锂电集流体的新选择，包括负极复合铜箔（MC）和正极复合铝箔（MA），在厚度上朝着超薄化方向发展。传统正、负极集流体采用单一铝箔、铜箔为制造材料，相较传统集流体而言，复合集流体采用“金属-高分子材料-金属”的“三明治”结构，是以PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）、PP(聚丙烯）、PI（聚酰亚胺）等高分子材料作为中间基材，上下两层沉积金属制成的新型锂电集流体材料。传统铝箔厚度约 10μm，复合铝箔厚度约6.5-8μm；传统铜箔厚度约 6μm，复合铜箔厚度约 5-6.5μm，复合集流体较传统集流体超薄化趋势明显。

2. 复合集流体性能更佳：高安全、高能量密度、长寿命

相较传统集流体，复合集流体具备高安全、长寿命、高能量密度、低成本的应用优势，有望成为未来锂电正负极集流体的主流应用。

复合集流体可提升锂电池寿命及安全性。针刺实验过程中，传统铜/铝箔会产生大尺寸毛刺，造成内短路和热失控，而热失控则是爆炸起火的直接因素。复合集流体金属层较薄，产生的毛刺尺寸小，叠加高分子材料层受热发生的断路效应，可控制短路电流不增大，从根本上解决电池爆炸起火的问题。此外，在锂电池负极中，电离迁移的锂离子数量超过负极石墨可嵌入数量，锂离子将在负极形成锂枝晶，进而不可逆地造成锂电池的容量和使用寿命衰减。复合集流体相较传统集流体具备的中间基材层可缓解锂枝晶生长带来的压缩应力，使锂离子沉积更加均匀，电池循环寿命提升约 5%。

复合集流体可提升电池重量能量密度，复合铜箔提升幅度略高于复合铝箔。电池的能量密度指电池平均单位体积或质量所释放出的电能。传统集流体正极多为厚度在10-20μm的铝箔，负极多为厚度在 6-8μm 的铜箔，占据电池重量的 6%-15％，不仅质量占比较大，也制约了电池能量密度的进一步提升。根据比亚迪实用新型专利显示，若负极采用3μmPP 材料层叠上下1μm铜的复合铜箔，相比对照组负极采用 6μm 铜箔，重量能量密度可提升3.3%；若正极采用4μmPP材料层叠加上下 3μm 铝的复合铝箔，相比对照组正极采用 10μm 铝箔，重量能量密度可提升2.6%；若正负极均替换，则重量能量密度可提升 6.1%。

复合集流体减重效果明显，PET 铜箔减轻 55.12%，PET 铝箔减轻49.33%。高分子基材密度较小，单位面积复合铜箔集流体重量较传统铜箔显著降低。铜的密度为8.96g/cm³，高分子材料中 PET/PP/PI 的密度分别为 1.38g/cm³、0.89-0.91g/cm³和 1.38-1.40g/cm³。以6.5μm厚度的PET复合铜箔为例，若其中 4μm 的铜被 4.5μm 厚度的 PET 材料代替，单位面积下复合铜箔集流体较传统铜箔集流体可减重约 55.12%；铝的密度为 2.70g/cm³低于铜的密度，若以8μm复合铝箔（2μm 铝+6μmPET）替代 10μm 传统铝箔，单位面积下复合铝箔较传统铝箔减重约49.33%。

3. 复合铜箔对铜价波动敏感度更低，制造成本仍有下降空间

材料成本方面，复合铜箔较传统铜箔节省约 65%。按照铜价6.81 万元/吨，PET切片价格为 0.75 万元/吨（2023 年上半年平均价格），计算可得 6μm 传统铜箔原材料成本为3.66元/m2；厚度为 6.5μm PET（2μm 铜箔+4.5μmPET 基材）复合铜箔主流产品原材料成本为1.27元/m2，大幅降低原材料成本，受原料铜价格波动影响更小。制造成本方面，PET 复合铜箔与传统铜箔制造成本分别为2.83 元/m2和0.31 元/m2，生产总成本基本持平，分别为 4.10 元/m2 和 3.97 元/m2，PET 复合铜箔未来主要降本路径为通过提高生产效率与良率，摊薄单位设备成本。据高工锂电数据显示，复合铜箔原材料成本占比31%，难以通过优化生产降低；而制造成本中的固定成本为设备与厂房折旧，当前占比50%；可变成本中直接人工、其他制造费用等可通过提高自动化率与良率实现降本。随着设备技术进步，产品良率不断提高，叠加大规模量产后摊薄设备与厂房折旧成本，复合铜箔生产规模化降本的空间或将更大。

4. 复合铝箔量产成本较高，适用安全及轻量化诉求强的高端场景

复合铝箔在原材料方面降本效应不及复合铜箔。原材料成本方面，截至2023 年9月5日，长江有色市场铝均价为 1.92 万元/吨，长江有色市场铜均价为7.00 万元/吨，国内PET切片价格现货价格为 7,300 元/吨。尽管铝价与 PET 价格存在一定价差空间，但相比生产复合铜箔的原料降本效应并不明显；制造成本方面，相较于物理气相沉积法的磁控溅射或蒸镀工艺，水电镀通过化学反应在镀液中还原沉积金属离子的镀膜方式效率更高。然而，由于铝的化学性质活泼，目前没有合适的电镀液，业内一般采用蒸镀方式镀铝。蒸镀设备投资折旧成本及能耗较高，复合铝箔制造成本高于传统铝箔。

任意一端使用复合箔材即可提升电池安全性，正极是避免电池热失控重要环节，复合铝箔带来的安全效应更佳。电池正极、负极中任意一端使用复合箔材，其中的高分子材料层在短路时都可以快速熔化形成绝缘层，提供无穷大电阻从而有效避免电池热失控。据上海理工大学研究显示，锂电池常见内短路包括四种类型：①铝箔与铜箔，②铝箔与负极活性材料，③铜箔与正极活性材料，④正负极活性材料间的短路。其中③和④两种类型的内短路与负极铜箔相关，容易在其发生后快速识别和处理，风险较小；①和②两种类型的内短路与正极铝箔有关，在较短的时间内使电池达到较高温度，从而触发电池热失控，对电池安全影响更大。因此正极在避免电池热失控上更为关键，匹配复合铝箔的电池带来的安全边际效应更佳。

复合铝箔向极薄化、极轻量化突破。2018 年，重庆金美第一代12μm铝复合集流体在欧洲某车型上得到量产应用后，第二代产品厚度更薄、性能更好的8μm 复合铝箔于2022年11月实现量产。复合铝箔向轻薄化方向进行研发突破。复合铝箔更适用安全及轻量化诉求强的高端场景。我们认为相比复合铜箔，复合铝箔更具经济性便于规模化应用，其优势在于安全轻薄，针对三元、快充等高安全性场景存在刚需。此外，3C 数码、无人机等在轻量化上有巨大需求，也适用于复合铝箔导入，下游厂商更愿意为配套产品支付溢价。目前，复合铝箔安全轻便性已获得下游验证：2023 年3 月，搭载复合铝箔的广汽埃安弹匣电池 2.0 全球首次实现电池整包枪击不起火，未来将应用于埃安豪华超跑品牌hyper。

5. 复合集流体生产流程更短，工艺难度高

5.1 基膜材料主要采用 PET/PP 两种高分子材料

PET 和 PP 为当前两种主流基膜材料，两者的性能各有优劣。基膜材料的性能不仅影响产品特点，对复合铜箔制作的工艺需求也有要求。常见的基膜高分子材料包括：PET、PP和PI。由于 PI 具备高强度、高韧性、耐高温、防腐蚀等突出性能，目前多用于航空航海、电子电器工业等特工材料，其成本较高，产业链将其作为复合集流体量产选择的可能性较小。PET和PP材料在制备铜箔时的主要差异表现在抗拉强度、耐热性以及与铜的镀层附着力上。1）抗拉强度影响涂布工序：基膜性能会影响辊压、涂布等电芯工序的良率，PET韧性大于PP，在进行涂布工作时 PET工艺更简单，延展性更佳；2）耐热性影响工艺温度：耐热性低的基膜材料在连续多次的磁控溅射或蒸镀中容易被烫损或卷皱，PET 分子主链上没有支链，结构对称，满足紧密堆砌的要求，导致PET具有高熔点、高强度，操作难度要小于 PP；3）界面结合力影响铜膜附着度：PP 是非极性材料，与铜膜的结合力小于PET，在磁控溅射镀铜后，PP 表面附着力较弱，表面铜膜易被擦去。4）PET 不耐强酸强碱，在电解液环境中易被腐蚀，导致电池循环性能减弱，因此需要电芯厂调整电解液配方来改善。

整体来看，当前产业内 PET 膜推进较快，我们预计未来PET 膜与PP 膜路线或将并行。由于工艺难度低，目前 PET 膜产业化进度较快，是当前产业内公司的主流选择。而PP膜在磁控溅射中结合力和抗拉强度较弱，加工难度高，若工艺实现突破，将有望凭借其稳定的化学性能成为锂电池负极集流体可靠的材料选择。我们预计随着复合箔工艺逐渐成熟，PP膜作为复合铜箔基膜的选取倾向会逐步提升。

5.2 复合铜箔主要采用两步法工艺，核心为磁控溅射及真空蒸镀

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议）

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