复合集流体结构、核心优势及基材路线分析

复合集流体为金属导电层、高分子材料形成的“三明治”夹层结构。

复合集流体采用“金 属—高分子材料—金属”的三层复合结构，其中常用的高分子材料层包括 PET/PP/PI。复 合铜箔通过真空蒸镀、磁控溅射等方式在 3.0-4.5um 高分子基材表面形成约 20-70nm 的 纳米级溅射铜种子层，再通过水电镀的方式将纳米铜层沉积至 1um 以上的厚度。根据重 庆金美环评，复合铜箔、复合铝箔材料两面均具备导电性，其中铜/铝层厚度约0.8-1.5um， 导电性分别≤40mΩ、≤20mΩ。

降本叠加轻量化，复合铜箔渗透空间广阔。复合集流体可有效减少金属的用量从而降低 成本，同时提升集流体的轻薄程度从而提升电池能量密度。具体来看，复合铜箔较传统 铜箔可减少 2/3 的金属铜使用，6um 厚度可以减重 60%以上，4.5um 厚度可以减重 50% 以上。由于铜成本远高于铝，因此复合集流体在铜箔领域具有更强的替代诉求，截至 2023 年 7 月 5 日，阴极铜期货价 6.8 万/吨，铝期货价 1.8 万/吨。

复合铜箔核心优势主要包括安全性强、能量密度高、成本低，具体来看：1）复合铜箔安全性能由于传统铜箔： 复合集流体安全性主要体现在抗穿刺与防止锂枝晶等方面：抗穿刺：普通集流体材料穿刺时会产生大尺寸毛刺，从而造成内短路，进而引起热 失控并引发新能源车电池爆炸与起火。而复合集流体材料在受到穿刺时产生的毛刺 尺寸小，同时高分子材料层在穿刺时会发生“断路效应”，从而有效控制短路电流， 以达到控制电池热失控的效果；

防止锂枝晶：电池中电离迁移的锂离子数量超过负极石墨可嵌入数量时，锂离子会 在负极表面结晶，形成锂枝晶。锂枝晶一方面会不可逆的影响电池容量和使用寿命， 另一方面会诱发隔膜穿透从而引起正负极短路并出现热失控等安全问题。由于复合 集流体中具有高分子材料层，因此具备更强的延展性，使得锂离子沉积更加均匀， 从而有效防止锂枝晶，大大提升电池寿命和安全性。

2）复合铜箔具有更高的能量密度：复合集流体质量大幅降低，赋能电池能量密度持续提升。由于复合集流体中含有密度较 低的高分子材料层，因此整体质量较轻，从而有效提升锂电池能量密度。根据比亚迪专 利，采用 3um PP 层的复合铜箔相较传统铜箔可提升能量密度约 3.3%，采用 4um PP 层 的复合铝箔相较传统铝箔可提升能量密度约 2.6%，同时采用复合铜箔、铝箔可提升电池 能量密度约 6.1%。

3）复合铜箔具备成本下降潜力：复合铜箔材料成本是传统铜箔的 35%，设备及制造费用降本空间大。2020 年以来铜价 进入上涨周期，截至 2023 年 7 月 5 日，长江有色市场铜价约 6.86 万/吨，较 2020 年 3月低点上涨超 80%。根据 GGII，6um 传统铜箔材料成本 3.73 元/平米，而 6.5um PET 铜箔中铜箔层厚度仅为 2um，材料成本约 1.3 元/平米，是传统铜箔的 35%。从成本结 构来看，传统铜箔 83%成本来自原材料，而复合铜箔材料成本占比仅 31%，设备成本高 达 50%。预计未来随着产业化技术升级，复合铜箔设备及其他制造费用具有持续降本空 间，从而拉动复合铜箔成本优势持续扩大。

复合集流体基材路线：PET、PP、PI。复合集流体高分子层主要材料选用包括 PET、PP、 PI，从材料基础性质来看，PET 具有较强的韧性和较好的热性能及电绝缘性，常用于制 作热收缩膜、抗静电膜、高光亮膜、反光膜、化学涂布膜等材料；PP 化学性能稳定性强， 通常用于制作各种化工管道及其配件；PI 目前性能最好的薄膜绝缘材料，具有极强的耐 热性、电绝缘性和优良的机械性能，但成本较高，主要应用于航空、航海、宇宙飞船、 火箭导弹、原子能、电子电器工业等特种领域。作为锂电池复合集流体基材，三种材料 各有所长：

PET：PET 是目前产业化最成熟的复合集流体高分子基材，主要原因在于材料为极 性结构，表面附着力强且拉伸性能好，工艺难度较小。同时 PET 具有良好的耐高温 性能强，适用于更快速的工艺卷速以及产品端电池的高温运行。PET 的缺点在于耐 化学腐蚀性差，由于 PET 含有酯基，因此在强酸强碱下容易发生分解，从而影响电 池高温循环性能。

PP：PP 相比 PET 具有更强的化学稳定性，可耐强酸强碱，在锂电池电解液腐蚀作 用下有效保证循环寿命，同时成本更低且厚度可低至 0.05mm。PP 在使用性能端是 PET 的升级，但生产端壁垒更高，主要体现在：1）界面结合性差导致镀铜难：PP 的 非极性分子结构导致界面结合能力较差，镀铜等加工环节难度大，对设备要求较高； 2）韧性差导致拉膜难：PP 韧性较差，在拉膜过程中易发生不均、断裂；3）熔点低 导致溅射易击穿：PP 熔点较低（PP 160-170℃、PET 225-265℃），使得溅射过程中 基膜容易被击穿。

PI：PI 是性能最好的薄膜绝缘材料，具有良好的耐热性、厚度、化学稳定性、机械 强度，是复合集流体的最理想材料，但由于成本高昂，目前尚未成为主流方案。