锂电池未来主流结构材料—复合集流体

锂电池未来主流结构材料—复合集流体 汉鼎智库咨询2024-02-02 复合集流体具有改善热失控，提升电池安全性，质量轻，单位面积所耗原料和能耗低等特点，正好解决锂电池目前发展痛点。同时，复合集流体相比于传统金属集流体材料的成本优势明显，将有望成为锂电池中的主流结构材料。 一、复合集流体具备哪些优势 什么是复合集流体？复合集流体，是一种以高分子PET/PP等有机高分子材料作为支撑层，上下两面沉积金属（铜或铝），镀制成“金属导电层-PET/PP高分子材料支撑层-金属导电层”三明治结构的新型复合箔材。复合铜箔和复合铝箔分别作为负极集流体和正极集流体替代传统电解铜箔和压延铝箔应用于锂电池。 复合集流体能改善热失控，从而增强电池安全性。复合集流体的“三明治结构”可实现“短路效应”，同时能显著提高热稳定性。当电池受到外力撞击断裂时几乎不产生金属毛刺，避免刺破电池隔膜，降低电池短路的风险，大大提升了电池安全性。另外即使是电池因穿刺等原因造成了内短路，由于复合集流体的熔断作用，使得短路不能持续，因而避免了出现电池燃烧、爆炸的风险。 复合集流体重量更轻，有利于提升电池能量密度。复合集流体在厚度不变的情况下，金属用量大幅度减少，使其重量减轻。这也让锂 电池内金属的使用量降低，在同样重量下能量密度得以提升，从而提升锂电池的续航能力。 复合集流体所用金属材料减少，有利于降低原料成本。华西证券研究所测算数据显示，以6μm复合铜箔为例，其原料成本约为1.62元/㎡，对比同等厚度传统电解铜箔的3.35元/㎡，原料成本降低50%以上。随着制备装备的技术进步，复合集流体的原料成本仍存在较大下降空间。 二、复合集流体市场规模情况 近年来，为了满足锂离子电池的应用需求，越来越多的研究关注于设计先进的集流体，如传统金属箔集流体改性、三维多孔集流体、复合集流体等。其中，聚合物复合集流体，可以大大降低金属集流体制造过程和锂离子电池的加工过程。从适用性角度来说，为了满足电极生产过程中的机械强度要求，金属集流体的厚度限制在8μm至30μm，而复合集流体能够实现厚度的进一步降低。与传统集流体采用较为纯粹的铝箔和铜箔不同，复合集流体是一种“三明治”结构的电池材料，外面两层由铜金属或铝金属构成，中间层是PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）、PP(聚丙烯）、PI（聚酰亚胺）材质的高分子基层薄膜。与传统集流体相比，复合集流体具有制造成本低、安全性高、兼容性强等优点，使用复合集流体的电池能量密度高、循环寿命长。 目前，下游动力、储能和3C数码等电池厂商积极推进复合集流体产业化应用布局，未来几年或将是复合集流体产业的爆发期，市场 规模有望实现指数级增长。天风证券研究所预测，2025年全球复合集流体的市场空间有望接近300亿元。其中，复合铜箔市场空间预 计为206亿元；复合铝箔市场空间预计为86亿元。 2022-2025年全球符合集流体市场空间（亿元） 数据来源：高工锂电、天风证券研究所目前PET、PP、PI都在用于制作复合集流体，PET比PP有更好 的耐温特性、更好的粘结强度，但是PP有更好的耐腐蚀性，在电池电解液里面耐腐性更有优势。无极性的PP基材耐酸碱性强，最终运用在电池端的性能表现会更好。天风证券研究所预测，2025年复合集流体用基膜的市场空间约为17亿元，其中复合铜箔膜材料为10.6 亿元；复合铝箔膜材料为6.7亿元。 2023-2025年复合集流体用基膜市场空间预测（亿元） 数据来源：天风证券研究所