第一章复合集流体介绍
电池集流体基本原理
集流体的功能：1.承载性，自身承载正负极活性物质；2.传导性，在充放电过程中，将正负极电流输入给活性物质，也将活性物质产生的电流汇集输出。
一般而言，在锂电池集流体中，正极通常使用铝箔，负极使用铜箔，原因在于：正极电位较高，负极电位较低。铜箔在较高电位时容易被氧化，故主要用于负极集流体，厚度通常为6-12um，目前以6um厚度为主。铝箔在较低电位时腐蚀问题严重，因此主要用于正极集流体，厚度通常为10um-16um，目前以12um厚度为主。 集流体的趋势——轻薄化增效
当下，铝箔厚度通常为10um，更低可达到8um；铜箔厚度通常为6um，更低可达到4.5um；质量占比方面铜箔约占9%，铝箔约占7%；成本占比方面，以动力电池的三元5系为例，铝 箔成本占比为1.3%，铜箔成本占比7.8%； 以磷酸铁锂为例，铝箔成本占比1.7%，铜箔成本占比近10%； 集流体轻薄化主要带来：1.降低电池的材料成本；2.通过减薄和减重从而提升电池能量密度，相较8um锂电铜箔，采用6um/4.5um锂电铜箔分别可提升锂电池5%/9%的能量密度。 复合集流体：符合降本增效趋势
由于铜箔需要保持一定机械强度，因此集流体不可能无限减薄，同时集流体减薄将提升加工环节的成本。复合集流体为新的技术路径，通过在高分子材料层材料两侧镀一定厚度的铜层，形成“三明治”型的复合结构，目前复合集流体中采用的高分子层厚度一般约4um，上下两层铜层厚度各1um，合计约6um。中间层选用高分子材料，可选择PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）、PP(聚丙烯）、PI（聚酰亚胺）。复合集流体通过高分子材料的替代部分金属材料，可显著降低集流体的材料成本和重量。
复合集流体：高安全性——防止刺穿隔膜，减少热失控
复合集流体可有效防止热失控。复合集流体金属层较薄，因铜箔而产生的毛刺尺寸小，并因
为高分子材料层作为绝缘材料会发生断路效应，故而刺穿的隔膜的可能性低，因而可有效防止电池自燃。复合集流体含阻燃材料可具备自灭火功能。崔屹教授在其论文中揭示，在高分子材料层加入TPP阻燃材料，在材料燃烧过程中，可减少氧气含量，从而起到自灭火功能，降低热失控发生的概率。
复合集流体：高安全性&循环寿命——防止锂枝晶问题
在锂电池负极中，通常会因为表面凹凸不平，导致凸起处的电子电荷分布变多,导致更多的锂离子被吸引而发生沉积形成锂枝晶。锂枝晶会不可逆地造成锂电池的容量和循环寿命，同时锂枝晶增大会刺穿隔膜导致短路引发热失控等安全性问题。
复合集流体：三元电池提高质量能量密度约5.6%
高分子层密度较低，降低复合集流体重量，提升质量能量密度。高分子材料中，PET密度为1.38g/cm3，PP密度为0.89-0.91g/cm3，PI密度为1.39-1.45g/cm3，而铜的密度8.96g/cm3。高分子材料PET、PI密度约为铜密度的1/7，PP密度为铜的1/10。
复合集流体：当前成本约4.11元/平
复合集流体原材料测算主要分为三类（原材料、设备折旧以及水、电、人工费用）•原材料：假设铜单吨价格为6.3万元；PET高分子层单价为0.84万元/吨，折合原材料单位成本1.18元/平米。设备：假设单GwhPET铜箔产量（0.1亿平）需要磁控溅射设备2台，单台设备价格1500万元/台，需要水电镀设备3台，单台设备价格1100万元/台，按照10年折旧期限，残值为0，折旧成本为0.63元/平米。水、电、人工费用：参照重庆金美环评报告，单位水费0.004元/平，单位电费为0.21元/平，假设人工费0.05元/平，其他耗材费用为0.4元/平。按照不同良率情况测算单位成本：良率为50%时，单位成本4.94元/平；良率为60%时，单位成本4.11元/平；良率为70%时，单位成本3.53元/平；良率为80%时，单位成本3.08元/平。
复合铜箔与传统铜箔成本曲线对比
复合铜箔与传统铜箔的成本占比最高的项目均为铜，铜价2021年年中达到7.7万元/吨，目前为6.3万元/吨左右； 从复合铜箔与传统铜箔的成本曲线看，未来两者均处于下降趋势。目前复合铜箔成本略高于传统铜箔，主要原因在于生产制造环节的良率较低。未来随着复合铜箔的良率提升，成本有望低于传统铜箔。
第二章复合集流体产业链及市场空间测算
复合集流体的生产工艺优势
相较于传统铜箔生产，复合铜箔工艺流程大大缩短：采用真空镀膜工艺形成膜面，直接在离子置换设备中反应。污染少，危险性低：真空工序无污染，采用新型药剂，规避等有毒物质。药剂循环使用，避免了金属污染物的排放。
复合集流体的材料特性
复合集流体可采用的基膜有PI（聚酰亚胺）、PP（聚丙烯）和PET（聚对苯二甲酸乙二酯）。PI是性能较好的薄膜类绝缘材料，具有良好的力学、电学、化学、抗辐射性能、耐高温和耐低温性能；PP具有很好的光学性能，透明度好，且在高温下不释放有毒物质，常用于食品包装；PET具有良好的耐高温、耐低温性能，且机械性能优异，韧性是所有热塑性材料中最好的。综合成本和性能要求，目前复合铜箔基膜主要采用PET基膜，水电镀工艺引入后PP基膜渗透率将有所提高。
复合集流体的工艺原理——磁控溅射
复合集流体工艺目前可分为两步法（磁控溅射—水电镀）和三步法（磁控溅射—蒸镀—水电
镀）。真空磁控溅射工艺对设备要求较高，是影响产品良率和性能的关键。且磁控溅射沉积铜的效率相对于真空蒸镀和水电镀较低，是影响产线线速度的主要环节。
复合集流体工艺原理——蒸镀
真空蒸镀是三步法制备复合铜箔的关键步骤。真空蒸镀是指在真空条件下，通过一定的方式将金属铜（蒸发源）加热至蒸发，蒸汽运动到基材表面沉积形成铜层的过程。三步法相较于两步法增加了真空蒸镀的工艺，能够有效提高铜层的均匀性。真空蒸镀蒸发铜的量大于磁控溅射，所以此步骤可用于磁控溅射之后，对基材铜层进行加厚，从而减少水电镀用时，在一定程度上提高产线速度。
复合集流体工艺原理——水电镀
水电镀工艺负责加厚铜沉积层，工艺技术相对成熟。水电镀又称离子置换反应，是通过外加电源，溶液中的铜离子在基膜侧得到电子还原为铜原子，沉积在基膜表面加厚铜层，而铜源表面的铜失去电子形成游离铜离子不断补充溶液中的铜离子。根据重庆金美环评报告，水电镀工艺分为两各环节：碱性水电镀和酸性水电镀。碱性水电镀得到的镀铜层与基膜的结合力
强，形成的铜层晶粒致密被称为“高密度铜层”，而酸性水电镀阴极电流效率高，镀层光亮平整。
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