电动汽车复合铜箔行业专题报告：站在产业蓬勃的前夕看复合集流体

01 复合集流体的替代逻辑

集流体的概念

集流体的作用：在锂离子电池放电过程中，正极活性颗粒内部的电子在各个颗粒间传输后，需要汇流到集流体上，然后通过 外部电路传输到负极，完成一个完整的放电循环过程。因此集流体起到的作用为降低电池的内阻，提高电池的库伦效率、循 环稳定性和倍率性。

通常来讲，传统集流体中，负极使用铜箔，正极使用铝箔，原因为: 正极：正极电位高，铜箔的氧化层较为疏松，高电位下容易被氧化，而氧化铜是半导体，厚度较大，因此会增加电池内阻， 而铝表面本身包裹一层致密的氧化层，并且由于氧化层很薄，电子可以通过隧道效应实现电导，所以正极使用铝箔；负极：负极电位低，铝金属的晶格空隙与锂离子大小相近，在低电位下容易与锂发生合金化反应，消耗活性锂离子，而铜的 嵌锂容量很小，因此负极使用铜箔。

集流体降本增效的方向明确——轻薄化

在锂离子电池中，从质量拆分来看，2021年集流体的质量占比约15%，其中铜箔约8%，铝箔约7%；从成本拆分来看，根 据现价，我们测算集流体的成本占比约10.4%，其中铜箔约9%，铝箔仅1.4%，由此可见，铜箔的质量占比和成本占比均高 于铝箔。另一方面，铜箔的原材料电解铜价格高涨，从21年二季度开始至22年二季度，铜价横盘高位，在7万元/吨上下波 动。

因此对铜箔集流体的技术改进方向较为明确，就是轻薄化，铜箔做薄的好处很明显：1. 降低成本；2.减少铜箔的用量可以提 升活性材料的质量占比，从而提升能量密度。目前国内铜箔主流的厚度为8、6、4.5m，相较8m，6m和4.5m的铜箔可 以提升能量密度5.1%、8.8%。

复合集流体——为技术迭代提供新思路

然而，集流体不能无限减薄，原因在于铜箔需要保证一定的机械强度。如果集流体过薄，在电池循环过程中，易发生集流体 的变形断裂，从而导致安全问题，并且超薄铜箔的加工费也十分昂贵，导致整体成本不降反增。

复合集流体为铜箔的降本增效提供了新的思路。复合集流体延续了铜箔轻薄化的思路，用部分有机物替代铜箔，进一步降低 了铜箔的用量，并保证了安全性。从结构上来看，复合集流体的构造类似“三明治”，即中间层为有机物，上下层为镀铜， 目前中间的有机物层常见的有PET（聚对苯二甲酸类酯）、PP（聚丙烯）、PI（聚酰亚胺）等。

以崔屹教授的实验为例，复合集流体以PI为基材，上下两层的镀铜层仅500nm，整体质量约1.54 mg/2，而传统铜箔的厚 度为6m，质量约5.38 mg/2，PI铜箔的质量是传统铜箔的1/7，并且PI铜箔可以提升电芯16-26%的能量密度。

总体来讲，相较传统铜箔，复合铜箔具备三大优势：更高安全性、更低成本、更高能量密度。

复合集流体——高安全性

复合铜箔在受到穿刺时，产生的毛刺较小，降低电池短路风险。 传统铜箔在受到穿刺时会产生较大尺寸的毛寸，毛寸有可能会刺穿隔膜从而引发电池内短路。而复合集流体在受到穿刺时， 由于基膜为高分子材料层，可有效吸收形变应力，使得产生毛寸的尺寸较小，降低电池内短路的风险。

有机基膜的热稳定性更高，并可以通过掺杂阻燃剂提升安全性。 根据崔屹教授实验，以PI作为基膜的复合铜箔具有极强的抗燃性，主要原因为PI具有很高的热稳定性，可承受400℃以上的 高温，并且在复合铜箔内添加阻燃剂后，即使将电池置于明火中燃烧，火苗也可以迅速熄灭。

复合集流体——经济性测算

要对复合集流体进行成本拆分，我们需要先了解复合集流体的制备过程。 根据重庆金美环评书，复合铜箔的关键步骤为真空磁控溅射和水镀层。真空磁控溅射：磁控溅射就是通过PVD（物理气相沉积法）在基膜上镀一层铜薄膜。基本原理是用电子在真空条件下与氩原 子发生碰撞，产生高能氩离子，并用高能氩离子轰击铜合金靶材，使铜靶材发生溅射，建设出的铜离子落在基膜上，形成铜 薄膜。水镀层：水镀层就是离子置换的过程，主要目的增厚基膜上的铜薄膜。基本原理使用无氧铜作为阳极，基膜金属层为阴极， 电解液为焦磷酸铜、焦磷酸钾、柠檬酸铵溶液，通电后发生离子迁移置换，使得基膜表面沉积金属铜堆积层。

02. 复合集流体的空间测算

新能源汽车与储能电池发展前景广阔，预计2025年全球锂电池需求量达2022GWh，21-25年CAGR=43.4%。 全球锂电池需求主要源于以下几部分：新能车用动力电池、储能电池、消费电池及其他用途电池（船舶、特种车、叉车、 电动工具等），我们测算： 22-25年全球新能车销量为1048/1405/1867/2494万辆，对应全球动力电池装机量为503/717/1008/1422GWh；全球储能电池需求量为119.8/216.5/391.1/520.0GWh； 其他用途锂电池需求量为65/79/98/133GWh； 全球锂电池总需求量为757/1086/1577/2159GWh。

锂电池需求量的扩大推动电解铜箔市场增长，预计下2025年全球锂电池铜箔需求量可达102.6万吨。目前电解铜箔主要分别8μ、6μ及4.5μ三种厚度，未来提升电池能量密度，电解铜箔向薄型材料发展，预计6μ及4.5μ铜箔 的占比会逐步提升。假设仅考虑电解铜箔在锂电池中的应用并且仅考虑8μ、6μ及4.5μ三种电解铜箔，我们预测22-25年 8μ铜箔需求量为41/49/57/58万吨，6μ铜箔需求量为13/23/39/53万吨，4.5μ铜箔需求量为2/6/11/38万吨，全球锂电池 铜箔总需求量为59.8/82.5/115.1/149.0万吨，21-25年CAGR达39.35%。

PET复合铜箔替代电解铜箔空间广阔，乐观预计下2025年全球需求量可达73.1亿平米，22-25年CAGR达191%。我们假设复合铜箔在发展前期的厚度为6.5μm，能够满足电池能量密度提升的需求；6.5μm复合铜箔中铜箔厚度为2μm， 根据6μm电解铜箔折算复合铜箔单耗数据，约为233吨/GWh；分中性及乐观两种情况对PET复合铜箔渗透率进行预测： 悲观情况下，22-25年PET复合铜箔渗透率为3%/3.5%/4.5%/6%， PET复合铜箔需求为3.0/4.9/9.2/16.9亿平米， 2022-2025年CAGR达79%；中性情况下，22-25年PET复合铜箔渗透率为3%/5%/8%/12%， PET复合铜箔需求为3.0/7.1/16.5/33.7亿平米， 2022-2025年CAGR达125%； 乐观情况下，22-25年PET复合铜箔渗透率为3%/9%/17%/26%， PET复合铜箔需求为3.0/12.7/34.9/73.1亿平米， 2022-2025年CAGR达191%。