集流体是锂电池电芯中正负极的重要组成部分，它是承载正极和负极的活性物质，主要作用是汇聚电流对外输出完成化学能向电能的转换过程。它是锂电池中的关键部件，成本约占电池成本的15%，是继正极材料、负极材料、电解液、以及隔膜之后的第五大材料。在其他材料技术发展给电池带来的提升效果正在越来越低的情况下，集流体领域新崛起一项技术——复合集流体开始在大放异彩。

传统集流体使用纯铝箔（正极）/纯铜箔（负极）。复合集流体是在以PET/PP/PI等高分子材料作为中间层基膜，然后在基膜两侧镀铝/铜，是一种类三明治夹层结构的复合材料。2017年，宁德时代发布了《一种集流体及其极片和电池》专利。2020年，美国斯坦福大学崔屹教授（通讯作者）、叶玉胜（一作，现就职于北京理工大学）等人提出一种新颖的复合集流体（CC）设计策略，得到了业界的广泛关注。材料人曾对该篇论文成果做过系统报道。该项成果既最小化了电池内的集流体这一“dead weight”，又提高了电池防火安全性。他们通过在两层超薄铜层（-500 nm）之间添加一层嵌入三苯基磷酸盐（TPP）阻燃剂的聚酰亚胺（PI），从而制备出了一种厚度约为9 μm和密度为1.54 mg cm^-2的超轻聚酰亚胺基集流体。与传统采用最薄的商用金属箔集流体（~6 μm）组装的锂离子电池相比，本文设计的复合集流体可以将能量密度提高16-26%（取决于不同电池类型），并可在短路和热失控等极端条件下，有效打破电池高能量密度和高安全性的矛盾。相关研究成果以“Ultralight and fire-extinguishing current collectors for high-energy and high-safety lithium-ion batteries”为题发表在Nature Energy上。

图：新型和传统集流体设计对比

能够在市场上获得青睐，复合集流体自然不是泛泛之辈。在提升能量密度、提升安全性能、降低成本的三个维度上，它对传统集流体有一定的优势。

首先，复合集流体这种设计是可以大大降低铜、铝的使用量。铜价约6-7万每吨，铝价约1-2万每吨，而PET不到万元每吨。价格上的差距为节省成本提供了空间。目前主流纯铜箔集流体厚度大约在的6μm之间，对应1GWh的动力电池对铜的需求在600吨左右。而主流复合集流体是4.5μm基膜+两侧各1μm铜，理论上可以节省一半以上的铜的使用。

铜的密度8.920g/cm³、铝的密度是2.7 g/cm³、PET密度为1.37 g/cm³。所以复合集流体用低密度高分子替换高密度金属，降低了集流体的重量和厚度，从而提升了整个电池的能量密度。

安全方面上，由于复合集流体主体是抗压强度高、熔点低的高分子材料导电能力低，可以降低热失控风险，增加了动力电池的安全性能。

图：北京理工大学叶玉胜在材料人网上做报告的PPT截图。

复合集流体在学术界和产业界都得到了广泛的关注，尤其是到了2023年复合集流体被业界称为是量产元年。例如2023年年初，安迈特宣布完成数千万元的Pre-A轮融资，并在年中举行了总投资30亿元复合集流体产业化项目一期奠基仪式。全部建成后将达成7亿平方米新型高安全复合集流体的年产能，可满足约70GWh动力、储能及3C锂离子电池产业需求。光润真空、臻锂新材等数家设备制造商陆续获得了天使轮融资。

目前发展的复合集流体没有摆脱铜和铝的使用，是在将纯铜箔替换成镀铜层+高分子基体，工艺和使用材料上的变化，对传统集流体产业链的影响不大，主要集中在中上游企业，包括镀膜相关设备、基材、靶材、添加剂以及高分子基体材料企业。

据一位与材料人相熟的投资人透露“我们认为复合集流体和纯铜簿、铝簿比起来，因高安全性、能量密度及低成本潜质，替代优势显著，将成为下一代电池集流体材料，预计会有千亿市场空间。目前也看到宁德、比亚迪都开始进行商业化验证，但是上车是个十分漫长的过程，需要现在消费行业、储能行业之类的率先落地，然后两三年的上车试车，才会最后稳定的汽车供应。同时，因为现在大多数复合集流体企业还处在跟车企、电池厂联合研发+测试阶段，所以目前不属于大批量稳定生产，一致性还很难得到验证，成本上也偏高。”

已经回国的叶玉胜老师在接受材料人专访时提到“目前复合集流体虽尚未在实际车辆中应用，但在3C类产品中有在持续进行相关的试验性应用探索，未来很有市场潜力。复合集流体的发展主要面临以下几个方面的限制：（1）制备工艺成本较高，需进一步降低制造成本；（2）极耳焊接问题需要特别关注——由于复合集流体中间的聚合物层不导电，且表面金属层较薄，这些因素都会影响焊接质量。目前主要仍采用转接方式，焊点数量增加，影响电池的内阻；（3）复合集流体的散热性能亟待提升，散热不佳会影响电池的电化学性能，特别是在高倍率条件下，发热现象更加严重。”

对于大家非常关心的成本问题，叶老师认为从材料成本来看，复合集流体具有优势，但从整体工艺角度分析，复合集流体的制备工艺相较于传统铜箔仍然较为复杂，对工艺流程和设备提出了更高的要求。不过，复合集流体的制备工艺与当前市场上成熟的薄膜生产、连续溅射、水电镀等工艺过程兼容性较好，为降低复合集流体的成本提供了重要基础。

他认为复合集流体有望赋予电池新的功能，尤其是在提升电池安全性方面表现出显著优势，这是传统铜箔难以实现的。为推动这一新技术方案，需要大家持续投入更多的关注和研发，开发出低成本、高稳定性的产品。