复合铜箔具有哪些特点？

复合铜箔兼具高安全、高性能、低成本优势。

集流体是锂电池降本增效的突破口。锂电池主要由正极、负极、集流体、隔膜和电解 液组成。从锂电池的质量拆分来看，除电极材料外，主要质量分布在电解液、铜集流体和 铝集流体。从锂电池的材料成本拆分来看，铜箔的成本占比分别为 8.0%。从锂电池大规模 商用开始，能量密度约以每年 3%的速度提升，在增加能量密度的同时，对锂电池轻质、安 全的要求越来越高。锂电池主要将能量存储在电极材料中，相较于优化和开发电极材料， 或者直接增加活性物质比例的思路，从集流体这个非活性部分入手，在不影响锂离子传输 的过程中具有很大的提升空间。

复合铜箔是锂电池负极集流体替代传统铜箔的良好材料。铜常应用于锂电池电芯生产 的阳极集流体，承载石墨、硅、锡等负极活性物质，传统铜箔由 99.5%的纯铜构成，厚度 在 6-8μm。复合铜箔（以 PET 为例）具有典型的“金属导电层-高分子支撑层-金属导电层” 三明治结构，以绝缘分子薄膜为支撑基材，两侧沉积金属铜层而得到。PET 铜箔是在 4.5μ m 的 PET 膜两边各镀 1μm 铜形成 6.5μm 的 PET 镀铜膜，通过低密度、低杨氏模量、高可 压缩性以及低造价的高分子基材材料 PET 替换金属铜。

相较于传统铜箔，复合铜箔具有高安全性、高能量密度及低成本特点。 （一）高安全性。复合铜箔可解决电池内短路的热失控行业难题。绝缘分子薄膜具有低密度、优异的机 械性能、良好的耐溶剂型和显著的阻燃性，可以规避内短路发生并能够在内短路发生时及 时阻止正负极接触而引发更大的事故。当应力积攒时：高分子材料抗疲劳能力优秀，能够 吸收一部分应力，不容易断裂，削弱金属薄膜断裂后毛刺穿透薄膜的影响。同时柔性高分 子材料能够抑制锂枝晶生长，促使锂均匀沉积，减弱锂电池对于电池安全的影响。即便断 裂，1 微米的镀铜的强度无法达到刺穿隔膜的标准，可以规避内短路的风险。

机械滥用刺穿位点形成“点短路”时，复合材料可以通过高分子材料的热收缩性和电 绝缘性避免风险进一步扩大。 1）绝缘有机支撑层可以提供较大的电阻，此外有机层熔点低、受热易收缩坍塌，可防 止热失控链式反应的进一步发生。在热源影响下，高分子材料向远离热源的方向收缩，牵 引靠近热源的铜膜远离热源，断开电路连接； 2）铜的熔点是 1083.4℃，热失控情况下难以熔化，无法阻挡电流传递。PET 熔点在 250-255℃，短路时会如保险丝般快速熔断，阻止电流传导到外电路，短路电流大幅减小， 升温幅度小，阻止电芯燃烧。

过充或者高温造成大面积短路时：复合集流体由于其阻燃特性可以在热失控发生时， 抑制火灾，保持电池大部分完整，减小事故损失。实验发现浸有电解液的裸铜/Gr 电极高度 易燃并持续燃烧直至电解液完全耗尽，火焰明亮而清晰。对于 PI-Cu 基石墨电极 (PI-Cu/Gr)， 火焰在 2 秒内迅速减弱，并在 3.5 秒内完全熄灭。在包含 Cu 复合集流体的电池中质量损失 约占 50%，而在传统的集流体中质量损失严重。复合集流体的燃烧程度和损毁程度显然低 于传统集流体。

（二）高性能。高能量密度、高延展性。相比传统的金属集流体，由于导电层厚度减小，且有机支撑 层密度较金属密度要小，在保证导电层具有良好导电和集流性能的情况下，降低了锂电池 的重量，增加了电池的重量能量密度。传统铜箔重量是复合铜箔的 2.23 倍，据比亚迪专利 数据，采用 3μm PP 材料上下各镀 1μm 铜的复合集流体，相比 6μm 电解铜箔，重量能量 密度可提升 3.3%；若正极亦替换为复合集流体材料，则重量能量密度合计可提升 6.1%。 同时复合铜箔在针刺试验中展现了更高的延展性，相较于传统铜箔，延伸率实现近十倍提 升。

高导电率、高稳定性、长寿命。集流体表面电阻随着柔性聚合物薄膜上铜层厚度的增 加而降低，聚合物薄膜在 10 分钟的铜溅射（铜层的厚度以 23 nm/min 的速率增加）后 均显示小于 1Ω/Sq，拥有与铜箔集流体相当的电阻率。由于高强度、改进的阻隔性能和在高温下的高尺寸稳定性以及低热膨胀系数，高分子材料对电解质溶液具有较高稳定性，且 聚合物膜对电解质吸收的抵抗力顺序为 PET > PI > PES。在电池充放电使用过程中，负极 材料体积会随之变化，铜箔不停的处于拉伸-恢复的过程，铜箔的抗拉强度也会逐渐降低， 会引起容量降低性能下降，高分子材料相比金属具有低弹性模量，围绕电池内活性物质层 形成层状环形海绵结构，电池充放电过程中能保持极片界面长期完整性，电池的循环寿命 实现提升 5%。

（三）低成本。电解铜箔价格持续上涨。电解铜箔是指以铜料为主要原料，采用电解法生产的金属铜 箔，用做锂电池传统负极集流体。2020 年以来铜价增长迅速，需求旺盛导致锂电负极集流 体原材料紧缺，叠加传统铜箔扩产周期长，市场供给一直存在缺口。复合铜箔原材料成本优势明显，PET 铜箔原材料成本比传统铜箔节约 62%左右。PET 铜箔理论上单位材料的铜用量仅有传统铜箔的 1/3 左右，设备迭代加速，后期形成规模效 应后降本空间明确。如果能够实现稳定的连续生产，原材料成本能比传统的电解铜箔节省 62%左右，具有很大的竞争优势。