3D集流体简介

$东方材料(SH603110)$ $三孚新科(SH688359)$ $德福科技(SZ301511)$

3D集流体是一种具有颠覆性的新型电池材料技术，其核心在于通过三维立体结构设计，实现对传统电池组件的“双重替代”或“结构重构”。该技术正处于从实验室走向产业化落地的关键突破期。

一、 3D集流体是什么？

3D集流体并非单一产品，而是指代一类具有三维立体网络结构的集流体技术。与传统平面集流体（铜箔/铝箔）相比，其定义根据技术路线的不同主要分为两类：

1. 定义与核心逻辑

颠覆性定义（“去负极”路线）：

核心任务：不仅替代传统的金属导电集流体（铜箔/铝箔），更旨在完全替代传统负极材料（如石墨、硅碳、硬碳）。它是“负极材料+导电集流体”的双重替代产品。

结构原理：利用纳米碳纤维与铜/铝纤维构建三维“碳巢”结构（鸟巢状）。在充电过程中，锂/钠离子直接在3D集流体表面的纳米孔隙中原位生成金属锂/钠，储存在集流体内部，从而不再需要石墨等宿主材料。

改良性定义（“结构增强”路线）：

核心任务：通过构建三维多孔结构或纤维网状结构，提升集流体的表面积和附着力，以适配固态电池或硅碳负极，但不一定完全取消负极材料。

结构原理：例如三孚新科推出的“3D复合铜箔集流体”，采用阻燃纤维基膜和三维多孔结构，区别于传统复合集流体的“金属-高分子-金属”三明治结构，旨在提供电子传输通道并抑制枝晶。

2. 与传统/复合集流体的区别

二、 核心优势与性能表现

3D集流体被视为固态电池和下一代高能电池的关键组件，其优势主要体现在以下方面：

能量密度实现翻倍：

减重减薄：以特斯拉4680电池为例，第一代石墨负极厚度约219微米，重300余克/平方米；而3D集流体厚度仅60微米，重量降至20克/平方米。

效果：通过移除厚重的石墨负极并大幅减轻集流体重量，可使电池的体积能量密度和重量能量密度实现翻倍。

解决金属锂/钠电池痛点：

抑制枝晶：三维多孔结构降低了局部电流密度，能有效缓解金属锂/钠在充放电过程中的体积膨胀、粉化和枝晶生长问题，从而提升电池的安全性和循环寿命。

适配性强：可适配任意正极材料，并精准适配固态电池、硅碳负极电池等前端应用场景。

优异的倍率性能：

得益于发达的孔隙结构和电子导通路径，3D集流体在大电流放电（如5C倍率）下的放电容量比传统铜箔高出20%。

三、 目前进展（截至2025年12月）

当前3D集流体正处于产业化临门一脚的阶段，头部企业已进入小批量试产和密集送样期。

1. 产业化与商业化进度

东方材料（CNTp-3D集流体）：

客户合作：截至2025年初，已与27家头部企业建立合作（包括国内A/B/C类锂电、钠电头部企业）。2025年1-9月，已向宁德时代发货23次，材料应用于宁德时代的自生成锂电池（AnoFree电池）。

产能建设：合资子公司规划在3-6个月内完成厂区改造及试生产，6-12个月内实现首期1000吨浆料、3000万平方米集流体产能达产。

技术突破：在钠离子电池领域已实现循环寿命超1000次，能量密度超205Wh/kg；锂电池领域正配合固态电解质解决循环寿命问题。

三孚新科（3D复合铜箔）：

新品发布：2025年11月28日正式发布基于阻燃纤维基膜的3D复合铜箔集流体，并宣布自研“一步法”设备试产成功。

订单情况：已进入客户送样测试阶段，并获得小批量订单，正式进入应用推广阶段。

其他企业： 德福科技：研发出多孔铜箔、雾化铜箔等产品，部分已批量出货。 洁美电子/柔震科技：与固态电池企业签署战略协议，开发高安全轻量化复合集流体。

2. 技术瓶颈

电解质匹配：对于“去负极”的3D集流体锂电池，目前的产业化关键瓶颈在于电解质。金属锂还原能力强，匹配有机溶剂较难，需配合固态电解质或特殊氟代电解液才能大幅提升循环寿命。

四、 实用情况与应用领域

3D集流体的应用遵循“先特种、后高端消费、最后动力电池”的渗透路径。

1. 当前实用情况（2025年）

军工与特种领域（主力市场）： 巡飞弹/无人机：这是目前最主要的应用场景。此类应用对能量密度要求极高（提升续航），但对循环寿命要求较低（如巡飞弹仅需一次性使用，部分特种应用仅需20-500次循环）。 占比：在未采用3D集流体前，相关材料50%以上用于军工；采用后，预计军工占比约40%。

高端消费电子： 满足高端3C产品对轻量化和长续航的极致需求，目前已有小批量订单落地。

2. 未来应用规划

机器人与低空飞行器（1-2年内）： 面向机器狗、eVTOL（电动垂直起降飞行器）等高附加值市场，这些领域对电池性能敏感且价格承受力强，预计1-2年内快速形成规模。

新能源汽车（3-5年内）： 乘用车大规模应用需等待电解质技术进一步成熟以满足长循环寿命（>1000次）需求，预计需要3-5年的导入期。

全面替代： 终极目标是替代所有石墨、硅碳、硬碳负极。宁德时代等头部企业已提出“电池将来不再使用石墨”的技术愿景，3D集流体是实现这一愿景的关键载体。

总结

3D集流体是一项旨在取消传统负极、实现电池能量密度翻倍的革命性技术。截至2025年底，该技术已突破实验室阶段，在钠离子电池和特种锂电池（军工/无人机）领域率先实现实用化，并已获得宁德时代等行业巨头的验证与小批量采用。随着固态电解质技术的成熟，其有望在未来3-5年内重塑动力电池的材料体系。