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干货半月谈01丨什么是复合集流体？
2024年01月07日
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1. 集流体是锂电池的重要组成部件
集流体的功能为：1）支撑电池结构，2）承载正负极活性物质，3）汇集并输出电流。
图：锂电池结构示意图[1]
集流体的结构为金属箔材，其中正极通常采用8-12μm铝箔，负极通常采用3-10μm铜箔。
图：传统电解铜集流体[2]
集流体在电芯中质量占比约15%[3]，成本占比约10.2%[4]，是电芯的重要组成部件。
图：集流体质量占比与成本占比[3,4]
2. 集流体减薄趋势遇到瓶颈
国家《节能与新能源汽车技术路线图2.0》指出，2030/2035年普及型能量电池比能量将分别提升至250/300 Wh/kg，成本降至0.32/0.30 元/Wh，因此电池材料轻薄化成为重中之重。
图：《节能与新能源汽车技术路线图2.0》
集流体减薄趋势尤为明显，厚度在30年内急剧下降了60%，降低了材料成本的同时提升了质量能量密度[5]。然而随着集流体厚度持续减薄，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。
表：不同厚度锂电铜箔单价[6]
3. 复合集流体应运而生
复合集流体结构为“金属-聚合物-金属”叠层结构，其中金属层为铜或铝，厚度约0.5-2μm；聚合物为PP/PET/PI等，厚度约3-6μm。
图：复合铜箔结构示意图
复合集流体实现降本增效。以6.5μm复合铜箔为例（其中金属层为1μm铜，聚合物层为4.5μmPP），与市面主流6μm传统铜箔进行对比。
复合铜箔面密度为21.97 g/m^2，传统铜箔面密度为53.76 g/m^2，材料重量减轻约59%。
复合铜箔材料成本约1.27 元/m^2，传统铜箔材料成本约3.66元/m^2，材料成本降低约65%。[7]
表：复合铜箔与传统铜箔对比
综上所述，在我国能源战略推进，锂电产业链降本增效背景下，复合集流体应运而生，有望成为集流体的主要材料形式。
参考资料：
[1] A review of current collectors for lithium-ion batteries，Journal of Power Sources，2021
[2] 诺德股份官网
[3] Recovery of cathode materials and Al from spent lithium-ion batteries by ultrasonic cleaning, Waste Management, 2015
[4] Approaching energy-dense and cost-effective lithium–sulfur batteries: From materials chemistry and price considerations, Energy, 2020
[5] Stretchable separator/current collector composite for superior battery safety, Energy Environ. Sci., 2022
[6] 鑫椤数据 | 1月5日锂电池及主要材料价格行情，2024
[7] 产业化进程加速 全面量产即将开启，长城国瑞证券有限公司，2023
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