证券研究报告 复合集流体：安全性与经济性兼备的锂电 新技术，产业化渐行渐近 ——深度研究系列 行业评级：看好 2023年8月23日 分析师 邱世梁 分析师 王华君 研究助理 张菁 邮箱 qiushiliang@stocke.com.cn 邮箱 wanghuajun@stocke.com.cn 邮箱 zhangjing02@stocke.com.cn 电话 18516256639 电话 18610723118 电话 13802299976 证书编号 S1230520050001 证书编号 S1230520080005 证书编号 S1230122060036 复合集流体：安全性与经济性兼备，产业化进程有望提速 ◼ 复合集流体：“三明治”结构的锂电池正负极新技术，安全性与经济性兼备 复合集流体是一种新型的集流体材料技术，在提升电池安全性、提升能量密度、高循环寿命、低成本等优势明显，可应用于动力、储能、消费电池。其呈现“三明治”结 构，内层为2.5 μm或4.5μm聚合物高分子层（如PP、PET、PI），在高分子材料上下各加上1μm金属（如铜、铝）。其优势体现：1）高安全性：中间层高分子材料起到 “保险丝“作用，防止热失控；2）高比容：重量更轻，可提升电芯能量密度；3）高循环寿命：循环寿命可提高5%；4）低成本：高分子材料价格相对低。据测，复合铜 箔比电解铜箔的铜用量降低约69%，分别约17.92g、58.24g。PET复合铜箔、电解铜箔单位成本分别约3.26、3.97元/平方米，复合铜箔单位成本较电解铜箔下降18%。 ◼ 复合铜箔的基材选择、工艺路线尚未定型，仍处于多路线并行推进；复合铝箔相对确定，已开启量产导入期 1、基材方面：中间层高分子材料有PP、PET、PI等，PP和PET为当下膜材厂商主流选择。PP和PET材料各有优劣，综合来看PET的应用已相对成熟；PP体量较小，正在 攻克金属附着力难点；PI材料还未进入导入阶段。目前，复合铜箔仍存在PP、PET技术路线之争，复合铝箔基本已确认使用PET。 2、工艺路线方面：1）复合铜箔工艺主要有一步法、两步法、三步法，两步法凭借其高性价比、高良率、低成本优势，成为目前主流选择。①一步法：有化学沉积的全湿 法、物理沉积的全干法；②两步法：磁控溅射+水介质电镀；③三步法：磁控溅射+真空蒸镀+水介质电镀。2）复合铝箔：一步法，采用蒸镀工艺，核心为真空蒸镀。 3、设备方面：1）超声波滚焊机：复合集流体的应用需在锂电池制造的前道工序中新增采用超声波高速滚焊技术的极耳转印焊工序。主要参与者骄成超声。2）真空镀膜设 备：有三种技术①真空蒸发镀膜：复合铜箔三步法制备工艺中第二步；复合铝箔制备核心设备，市场参与者有汇成真空、湘潭宏大、广东振华、道森股份等；②真空磁控 溅射镀膜：复合铜箔二步法、三步法制备工艺中第一步，市场参与者汇成真空、道森股份、东威科技等；③真空离子镀膜。3）水介质电镀设备：复合铜箔二步法、三步法 中的最后一步，主要作用是增厚铜层，实现导电需求。市场参与者东威科技。 ◼ 复合集流体处于产业加速期；预计2023-2025年全球复合集流体设备、材料市场规模CAGR约762%、606% 1、产业化进程：1）复合铜箔：处于技术验证期，穿孔、铜膜结合力等问题成为影响量产痛点，我们预计最快将于2023Q4导入量产；2）复合铝箔：已进入量产导入期。 2、市场规模：预计2025年全球复合集流体设备市场规模151亿，2023-2025CAGR=762%；材料市场规模205亿元，2023-2025CAGR=606%。 ◼ 投资建议：聚焦优质设备、膜材厂商，有望优先受益量产突破 【设备厂商】：重点推荐骄成超声、东威科技、先导智能；关注三孚新科、道森股份、汇成真空（未上市）。【基材厂商】：关注双星新材、东材科技、铜峰电子、康辉 新材、瑞华泰。【膜材厂商】：关注璞泰来、宝明科技、诺德股份、双星新材、万顺新材、胜利精密、元琛科技、英联股份、中一科技、隆扬电子、重庆金美（未上市）。 风险提示：复合集流体技术替代风险；产业化进展不及预期风险；竞争格局恶化风险；市场规模测算偏差风险。 2 01 复合集流体：具备“三明治”结构的锂电池正负极新技术 3 1.1 集流体是锂电池导电的重要材料之一，具备承载性、传导性 ◼ 集流体是锂电池主要材料之一，具有承载性、传导性的重要功能。典型锂电池的主要结构包括正极、负极、电解液、隔膜。 电池集流体的作用是承载正负极材料，将电池内部的电流集中起来，使得电流能够输出更稳定、高效的能量。其功能包括收 集电流、分配电流以及提高电池输出功率。一般来说，集流体由铜、铝、银等导电性较好的金属材料制成，它们被连接在电 池的正负极上，形成完整的电路。 ◼ 压延铝箔、电解铜箔分别为主流的锂电正负极材料，在锂电池中铜铝箔集流体重量占比超15%。铝、铜、镍、钛、不锈钢、 碳均用于锂电池集流体材料，结构包括薄片、网孔、泡沫、镂空、涂层。目前主流锂电池正、负极集流体材料分别为压延铝 箔、电解铜箔。在锂电池中集流体重量占比仅次于正负极，其中铜箔集流体占比8.1%，铝箔集流体占比6.9%，合计超15%。 图1：锂电池包括正极、负极、电解液、隔膜 图2：铝、铜、镍等金属材料均用于锂电集流体 图3：铜箔、铝箔集流体在锂电池重量占比超15% 3.6% 11.2% 30.2% 8.1% 外壳 负极 正极 6.9% 铝箔集流体 铜箔集流体 电解液 14.5% 隔膜 25.5% 4 资料来源：《电池集流体材料的研发与应用》，《A review of current collectors for lithium-ion batteries》，浙商证券研究所 1.2 阴极辊是传统铜箔生产的核心装备，高精度阴极辊依赖进口 ◼ 传统铜箔的生产工艺成熟，设备壁垒相对较高。传统铜箔生产主要由4道工序组成，包括溶铜制液工序、电解生箔工序、表 面处理工序、分切工序，其中轧制技术是铜箔生产的核心技术之一。阴极辊是电解铜箔之母，是铜箔生产的核心装备，钛辊 表面的晶体结构决定着电解铜箔的结晶状态，从而影响电解铜箔的性能。根据《电解铜箔用阴极辊的研究进展及发展趋势》， 国外可制造晶粒度12级以上的阴极辊，而国内厂商最高可生产晶粒度9-10级，与国外生产水平仍有差距。目前，国内高精度 阴极辊主要采购自日本新日铁、三船等日企，订货周期长，设备供应紧张限制铜箔产能扩张。 ◼ 传统铝箔生产主要有两种常用的加工工艺路线:（1）铸锭热轧法（熔铸→热轧开坯→冷轧→箔轧）；（2）双辊式铸轧法 （铝熔体倒入铸轧辊→凝固和热轧→冷轧→退火）。铝箔生产过程涉及多个复杂的轧制工艺和热处理工序，合金调配需要有 丰富的铝箔生产经验，设备精度要求高。 图4：传统铜箔制作工艺 图5：双辊式铸轧法的铝箔制造工艺 5 资料来源：嘉元科技招股说明书，鼎胜新材招股说明书，浙商证券研究所 1.3 锂电集流体薄型化可提高电池能量密度，是大势所趋 ◼ 集流体薄型化是趋势，具备降本增效优势。集流体可以在很大程度上影响锂电池的性能。由于集流体本质为非活性材料，并 不提高电池容量，因此在不影响电池正常充放电和安全性的前提下，极薄化集流体可以减重，减重优势在于：1）减小电阻， 增加单位体积电池所包含的活性物质量，提高电池能量密度；2）减少铜原材料，降低成本。 ◼ 集流体薄型化趋势下，减少主材（正负极）以外其他材料（集流体）的占比是主要途径。极薄化是集流体减重的趋势。根据 《A review of current collectors for lithium-ion batteries》，目前6μｍ电解铜箔在锂电铜箔市场占有率达到65％， 2023年预期达到70％；4-4.5μｍ锂电铜箔受到大力推广，2022年市场比例达到9％；10μｍ压延铝箔已经进入量产和大面积 推广阶段。按照圆柱电池和软包电池数据，最新的6μｍ铜箔和10μｍ铝箔分别占电池质量6.4％和3.0%。 ◼ 集流体薄型化无法既安全、又保证高能量密度、高功率和高强度。虽然减少集流体厚度有一定优势，但同时也可能牺牲其导 电性和传热性能，进而降低功率密度。 除此之外，目前主流的8-9um的铝箔集流体和4-5um的铜箔集流体可能已达制造工艺 添加标题 极致，进一步减薄可能导致集流体强度降低，难以批量应用。 图6：20世纪90年代以来，学术界、商用界开始研究集流体 表1：薄型化电解铜箔 6 资料来源：《A review of current collectors for lithium-ion batteries》，江铜铜箔招股说明书，锂和我公众号，浙商证券研究所 t w. t ww ku 资料的文库网站 http://www.tanwenku.cc/ 是网盘内容展示网站，可预览，可下 en 二、52wangpan.top nw 载 a ww w. .c c 一、双碳文库是一个地产人建立的专业的分享碳达峰碳中和 .c c 三、欢迎加入文库会员，199 一年，399 终身。所有资料网 ww w. we nk u. ta cc nw ww en w. ku ta 盘共享,加小编微信有优惠。 子 ku .c c 见面礼：B 站最全收费类课程合集： ta n 四、加入会员，可获赠价值 999 全网资源，影视，游戏，亲 u. cc en ww w. 自取地址 ：https://www.aliyundrive.com/s/7tXbEop6K5G 1.4 新一代锂电集流体材料——复合集流体呈现“三明治”结构 ◼ 复合集流体是一种新型的集流体材料，包括多金属复合箔、金属与碳材料复合箔、高分子聚合物与导电材料复合箔、植物纤 维复合箔、聚合物与金属材料复合箔等。其中高分子聚合物金属复合箔，在提升电池安全性、提升电池比能量密度方面优势 明显。内层为聚合物高分子层（如PET、PP或PI），两侧为金属导电层（如Al或Cu）。 ◼ 复合集流体（以下均指“高分子聚合物金属复合箔”）呈现“三明治”结构。内层为聚合物高分子层（如PP、PET、PI）， 在高分子材料上下各加上金属（如铜、铝）。目前典型结构是上下1μm金属材料“包夹”2.5 μm或4.5μm高分子材料基膜。 图7：复合集流体呈现“三明治”结构 图8：PET复合铜箔以2.5/4.5μm高分子材料基膜 7 资料来源：重庆金美新材料官网，重庆金美新材料环评报告，头豹研究院，浙商证券研究所 1.5 工艺路线：复合铜箔多种技术路径并存，复合铝箔以真空蒸镀为主 ◼ 有别于传统锂电集流体，复合集流体在结构、生产工艺、性能特点等方面具备创新