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复合集电器技术是一种材料创新，在发生内部短路时充当保险丝。复合集电器在安全性、性能和成本方面得到了极大的优化，有望部分取代传统集电器。

由于复合集电器的安全性、能量密度和低成本（大规模生产后）的优点。目前，它还吸引了多家3C消费级锂电池制造商和储能电池制造商积极尝试，并有可能在明年开始初步量产应用。

 

什么是集电器

集电体是锂电池中阴极和阳极电极的关键材料。作为一种收集电流的结构或部件，其功能是收集电化学反应产生的电子并将其引向外部电路，从而实现将化学能转化为电能的过程。当前的锂电池正极和负极分别使用金属铝箔和铜箔作为集电器，用于收集电流结构或部件。

 

为什么关注复合集电器

降低成本并提高效率，复合集电器正在消费、电力和储能电池中出现。2021后，复合集电器将考虑能量密度、循环寿命、安全性和电池成本等优点，并将在消费、电力和储能领域崭露头角。

消费：7月21日，OPPO发布了五层夹心式安全电池，引入了复合集电器技术，实现了复合集电体在消费电子领域的应用。

电源：中国十大锂离子电池制造商之一宁德时代开发的多功能复合集电器技术被评为2021全球新能源汽车前沿和创新技术评选十大创新技术之一。

储能：海辰储能于1月22日申请了复合集电体及其制备方法和申请专利。

2022年11月11日，金美新材料宣布量产8微米复合铝箔，成为中国第一家宣布量产复合集电器的公司。

 

 

什么是复合集电器

一种新型材料，具有金属导电层聚合物材料支撑层金属导电层的夹层结构。集电器是锂电池中的关键材料，其功能是收集电池活性材料产生的电流，以产生更大的输出电流。

铝箔用作阴极，铜箔用作负极。为了提高电池的能量密度和安全性并降低成本，用于锂电池的集电器正朝着高密度、轻和薄、高拉伸强度和高延伸率的方向发展。

复合集电体是一种由聚合物绝缘树脂PET/PP和其他材料制成的“三明治”层，金属铝或金属铜沉积在上下两侧。一种新型锂电池材料，具有“金属导电层PET/PP聚合物材料支撑层金属导电层”的夹层结构。

复合铜箔：在PET/PP等基材表面使用PVD磁控溅射，厚度为3.0-4.5µm。在两侧镀上一层20-70nm的铜膜，方形电阻约为0.5-2Ω，膜表面金属化，然后通过化学镀将铜膜加厚至1µm。

复合铝箔：在厚度为4.5-6.0µm的PET/PP基板表面使用PVD蒸发，并在两侧涂覆一层1µm的铝膜，以实现膜表面的金属化，并取代传统的铝箔。

复合铜箔和复合铝箔被用作负极集电体和阴极集电体，以取代锂电池的传统电解铜箔和压延铝箔。

 

 

 

复合集电器的优点

复合集电器具有安全性高、比能量高、成本低、寿命长、兼容性强等优点

高安全性：传统技术只能延迟内部短路，并以电池能量密度为代价。复合集电器中间的聚合物基板具有阻燃财产，其金属导电层相对较薄，短路时会像保险丝一样熔断，在热失控之前会迅速熔化，电池的损坏局限于穿孔部位，形成“点断”。

高性能：复合集电体的中间层由轻质聚合物材料制成，比纯金属集电体轻50%-80%。随着重量比例的降低和电池中活性材料比例的增加，能量密度可以提高5%-10%。

成本低：与传统箔材料相比，复合集电体金属材料的使用减少，因此可以降低原材料的成本。

长寿命：聚合物材料在电池中的活性材料层周围形成层状环形海绵结构。在充放电过程中，它可以吸收极片活性材料层中锂离子嵌入和提取所引起的膨胀收缩应力，从而保持极片界面的长期完整性，并将循环寿命提高5%。

兼容性强：将传统集电器直接升级为复合集电器不会影响原电池的内部电化学反应。因此，复合集电器可以应用于各种规格和系统的动力电池（但由于PET材料的引入，电池制造需要新的工艺）。

安全性高：聚合物材料毛刺小，发生断路器效应，可有效控制电池热失控

在电池使用过程中，由于碰撞和挤压、电气部件故障、温度管理不当等因素，电池隔板会发生故障，电流会增加并产生热量，即发生内部短路。在针刺测试过程中，传统的铜/铝箔会产生大尺寸的毛刺，从而导致内部短路和热失控。

然而，复合集电体产生的毛刺尺寸较小，叠加的聚合物材料层加热产生的开路效应可以在短时间内大大减少短路电流，也可以有效防止锂枝晶穿透隔板造成的热失控。

由于重量较轻，下游锂离子电池制造商有机会向电池单元中注入更多电解质或正极和负极活性材料，以增加电池容量并延长电池寿命。

 

 

高比能量：在相同条件下，能量密度预计将增加5%以上。

复合集电器，特别是复合铜箔，可以显著减轻重量。数据显示，传统铜箔约占锂电池总重量的13%，是影响电池质量和能量密度的关键材料。

与6μm铜箔相比，复合铜箔中的铜厚度减少了66.67%，与10μm铝箔相比，复合铝箔中的铝厚度减少了80%。节省的部分金属消耗被PET和其他材料替代，这确保了安全性，重量更轻，产品的整体性能更好。

低成本：理论上，与传统铜箔相比，预计复合铜箔的成本将降低40%+。

复合铜箔的单一材料成本比传统铜箔低65%。以6μm铜箔为例，其单位材料成本为3.73元/平方米；

6.5微米PET铜箔的厚度为2μm，单位材料成本为1.3元/平方米，低于铜箔的单位成本，材料成本优势明显。据估计，复合铜箔的理论成本比传统铜箔低40%+。

传统铜箔材料的成本为3.73元/平方米，按材料成本的83%计算，总生产成本为4.5元/平方英尺。复合铜箔材料成本为1.3元/平方米，按材料成本占50%计算，总生产成本为2.6元/平方英尺。

 

 

结论

复合铜箔的成本降低效果明显。如果未来大规模生产的问题得到解决，有望大规模取代传统铜箔。预计25年后复合铜箔渗透率将达到20%，全球需求将达到45亿平方米，单价为4.6元/平方米，市场空间将达到206亿元。

复合铝箔的成本降低效果一般，但量产进度领先（金美新材料已于11月22日量产）+可提高安全性+轻薄（铝箔厚度从12微米降至2微米），有望在消费和高端电力领域实现一定程度的替代。

预计25年后复合铝箔渗透率将达到10%，全球需求将达到21亿平方米，单价为4.1元/平方米，市场空间将达到86亿元。