全球新动态：打破传统，为什么说复合集流体是电池降本新方向？

2022-11-28 15:33:27来源：36氪

有关动力电池本身的任何技术的更新换代究其核心，其实都离不开提高能量密度，增加安全性能，以及获取成本优势这三个维度。

【资料图】

此前动力电池的技术革新重心其实更多是放在成本占比最大，且性能提升最高的四大材料中，例如正极材料（无钴电池，超高镍电池，磷酸锰铁锂电池），负极材料（硅碳负极，硅氧负极和锂金属负极），电解液（LIFSI，多项添加剂和六氟磷酸钠）以及隔膜（湿法涂覆隔膜），但是这种提升效果其实正处于边际递减中。

而作为隐藏的“第五大材料”正负极集流体（成本在动力电池中占比15%，仅次于四大材料）此前虽然也有些许升级，但是仅仅局限于物理厚度的变化（例如负极集流体铜箔从 8μm降到6μm，乃至降至如今的4.5μm，铝箔厚度略高，目前主流厚度在10μm -12μm）。

而复合集流体的出现和商业化的即将落地却有望给动力电池的降本提效继续添砖加瓦，华尔街见闻·见智研究（公众号：见智研究Pro）也对此展开深入的分析和探讨。

01 安全性、容量和成本三维度同步优化

首先需要明确的是，更新换代的复合集流体依旧是离不开铜和铝这两种金属的支持，甚至起到传导关键作用的依旧是它们。

因为集流体本身起到的根本性作用是作为动力电池负极和正极活性物质涂覆的载体，所以与活性物质的接触面依旧必须是能够导电的金属，也就是铜箔和铝箔，这也是为何复合集流体只能做成“金属导电层-高分子复合材料-金属导电层”这样的三明治结构，而不能全部用高分子复合材料代替。

其次，正如前文所提，任何技术的革新都离不开提高能量密度，增加安全性能，以及获取成本优势这三样，而复合集流体则全部命中。

此前正负极集流体之所以频繁在铝箔和铜箔厚度方面努力，本质上也是为了减少铜和铝的使用量以降低电池成本（1GWh的动力电池对8μm铜箔、6μm铜箔和4.5μm铜箔的需求量分别为850吨、580吨和400吨）。

同时集流体的厚度越薄，重量就越轻，能够涂覆的活性物质的厚度和用量自然就增加了，所以动力电池的容量和能量密度也就得到了提升。

复合集流体则在这两个维度提升的基础上还提高了安全性能。

一方面，复合集流体的中间层是高分子材料，多为PET或者PP，这其实就是可以使用在隔膜上的塑料薄膜，无论是单位价格（铜价68420元/吨，PP价格8000元/吨）还是单位重量（高分子材料的密度相较金属明显更低）差距都很大，同样6μm的复合集流体只有两侧1μm是金属，中间的4μm可以替换高分子材料，所以能量密度和材料成本上都有优势；

另一方面，也正是因为中间层是高分子材料，所以如果出现动力电池短路或者电池遭到穿刺等风险，不会如传统集流体那般产生较大尺寸的毛刺，因为这种绝缘且低熔点的高分子材质不容易传导电流，所以热失控的风险也能得到有效降低（宁德时代的无热扩散技术中就使用了复合集流体，明确了其在安全性能方面的效果）。

最后，目前复合材料集体更多的关注点多放在负极集流体上，也是因为负极集流体是铜箔，而正极集流体是铝箔，铝箔在成本上（铝价20000元/吨，铜价68420元/吨）和使用数量上（1GWh动力电池对铝箔的需求量为300-600吨，磷酸铁锂电池使用量相较三元锂电池更高）都要低过铜箔不少，所以即使率先完美替换复合集流体形成的优势也没有铜箔大，

02 复合集流体、钠离子电池、磷酸锰铁锂电池有望成为2023年三大落地技术

相比固态电池，富锂锰基电池等在电池性能，成本，安全性能等多个方面均有显著的面板优势，但是却迟迟未能实现商业化的动力电池新技术（虽不能说是镜花水月，但是距离真正落地也依旧有很长一段距离）。

华尔街见闻·见智研究认为，复合集流体有望在明年和钠离子电池，磷酸锰铁锂电池等完成商业化，成为2023年最重要的三大动力电池落地技术。

一方面在于传统集流体的降本提效路线，通过降低铜箔和铝箔的厚度来完成降低成本和提高能量密度的方法在经过多年的使用以后，复合集流体铜箔已经降至4.5μm（即使是复合集流体，两侧的铜金属也需要1μm -1.5μm）。

所以后续降低铜箔厚度的边际效益很低，而且有可能引发安全问题，换而言之，复合集流体或是接棒传统集流体继续提升动力电池性能的主要技术手段。

另一方面，就如同另外两大技术路线钠离子电池（宁德时代，创新能源和中科海纳等厂商）和磷酸锰铁锂电池（宁德时代，德方纳米和容百科技等厂商）均有众多厂商展开对此的研发投入，复合集流体同样也有宁德时代（控股金美），国轩高科和比亚迪等厂商看好，并有众多中上游的机器设备厂商和铜箔铝箔的制造厂商加入，显然也是得到了锂电产业链上中下游各自的实质认可，目前不少动力电池厂商也正在持续验证过程中。

就如同此前宁德时代推出CTP，比亚迪推进刀片电池一般，这些当时的新技术后续都受到了市场的认可，以及业内其他动力电池厂商的跟进，这就是所谓的前沿龙头电池厂商的技术革新跟进效应。

考虑到目前国内的动力电池竞争格局依旧激烈（今年1-10月国内动力电池装机量排名前3家、前5家、前10家的动力电池厂商市占率分别达到77.1%、84.4%和94.5%，十名开外的动力电池厂商只能争夺5.5%的市场份额），只要技术本身的确对于动力电池有明显的增进效果，那么在动力电池这个领域，各家动力电池厂商都不甘心也不敢在技术方面出现短板，防止掉队，所以复合集流体在之后有望成为各大电池厂商的主流技术。

标签：能量密度安全性能高分子材料