复合集流体行业研究：24年有望迎来全面爆发.docx

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1、复合集流体行业研究：24年有望迎来全面爆发1 .投资分析市场认为复合集流体产业化进度不及预期，下游电池厂资本开支受限，产业化进程持续后延，我们认为近期行业催化频发，看好2023Q4-2024年产业落地进展。1)10月份璞泰来和宁德就复合铜箔集流体业务签署了战略合作协议。2)复合集流体将应用于本季度12月份即将上市的塞利斯问界M9车型，金美为其供货复合集流体，是继今年4月份宁德时代麒麟电池全球量产的首发车型极客009使用复合集流体之后，复合集流体在国内上车的又一案例。市场认为复合集流体量产降本不及预期，成本仍高于传统铜箔，大批上车时间节点仍存在争议。我们认为安全性+减重为复合集流体核心竞争力，前

2、期有望先行应用于高端车型或出口安全要求更高的欧洲国家，我们预计24H1之前复合集流体有望实现上车。市场认为前道设备竞争格局恶化，后道设备价值量不高，相关设备公司业绩弹性有限，我们认为前道设备工艺路线尚不明晰，建议关注其中具备工艺流程环节超预期的企业；未来复合集流体正负极均上车，后道设备价值量有望实现翻倍。2 .复合集流体具备高安全性、低成本等优势，市场空间广阔2.1. 复合集流体在性能、工艺等方面具备优势集流体是锂电池中汇集电流的导体。集流体的作用是承载活性物质，在充放电过程中，将其产生的电流汇集输出或将电流输入给活性物质，作为介质实现化学能与电能的转换。理想的集流体需要满足高导电率、高稳定性

3、、结合力强、成本低廉、柔韧轻薄等条件。电池集流体以金属箔材为主，由于压延铝箔和电解铜箔具有高导电率及循环稳定性等优势,锂电池中通常采用分别其作为正、负极材料。锂电集流体面临提高电池能量密度、安全性及降本的升级需求。随着我国能源战略的推动，新能源汽车等产业需求扩大，催化锂电集流体进行性能升级，要求进一步提升电池的能量密度，同时保证其安全性并降成本。在传统集流体中，金属铜、铝的纯度达到了99.5%,其中铜箔占锂电池总重量比例约13%,是影响电池质量能量密度的关键材料；同时占锂电池总成本比例约9%,是影响电池成本的关键材料之一。减少金属箔材的占比，对箔材进行极薄化升级，复合集流体提供了解决方案使用更

4、轻的高分子材料取代传统的金属集流体，从而达到提高电池性能及降本的效果。图1:集流体作为介质实现化学能与电能的转换数据来源：元能科技官网复合集流体为“金属导电层PETPP高分子材料支撑层金属导电层”三明治结构，以高分子绝缘树脂PET/PP等材料作为“夹心”层，上下两面沉积金属铝或金属铜。目前复合铝箔已实现批量化生产，复合铜箔产业化在即。从结构来看，主流产品中，复合铜箔的中间基膜为PET/PP,厚度为4.5m和2.5m,双面镀铜层厚度分别为1m,总厚度为6.5m或4.5m。复合铝箔采用PET材料作为基膜，以金美复合MA为例，产品厚度8m,其中基材PET约6m0通过使用密度小、重量轻、成本低的高分子

5、材料替代集流体中的部分金属材料，能够有效提升锂电池的能量密度、安全性并降低成本。传统锂电铜箔采用电解法制备，共包括溶铜造液工序、生箔工序、后处理工序和分切工序四道生产工序。主要流程为：首先溶解铜原料制备电解液，并过滤净化。然后将硫酸铜电解液在直流电作用下，通过阴极辐的连续转动、酸洗、水洗、风干、剥离后生成原箔，再对其进行有机防氧化等表面处理，最后经分切、检测后制成成品。不同于传统电池箔的工艺，复合集流体的制备核心是将高分子基材的表面进行金属化。复合集流体“三明治”结构的基体为高分子材料，大多为不导电的绝缘体，需要通过工艺手段将金属原子沉积在高分子材料基体的表面，形成金属镀膜，使其获得金属的导电

6、性能，再进行电镀。实现高分子表面金属化的技术主要分为干法镀膜和湿法镀膜。干法镀膜应用最多的是真空镀膜，包括磁控溅射和蒸镀，湿法最典型和成熟的是化学镀和电镀。相较于传统铜箔，复合铜箔的生产具有工艺流程缩短、环境污染减少的特点。复合铜箔工艺流程大大缩短，采用真空镀膜工艺形成膜面作为阴极，可直接在离子置换设备中反应；且真空工序无污染，铜箔的溶铜电解工艺同样有污染物排放。复合铜箔工艺路线多元，行业内以两步法为主，工艺过程为“磁控溅射+水电镀”。两步法前道工序为磁控溅射，作用主要为镀种子铜层，磁控溅射后增加蒸镀为三步法，可以加快打底速度和提高沉积均匀性，制备的核心工序为后道水电镀，其具有效率高、成本低的

7、特点。一步法有干湿法之分，包括使用纯磁控溅射或磁控溅射真空蒸镀一体机的全干法和使用化学沉积法的全湿法。2.2. 复合集流体具备高安全性、低成本、高能量密度的优势复合集流体可以解决传统锂电铜箔面临的痛点问题。1）金属材料价格成本高，其中铜箔占比锂离子电池总成本9%,铝箔占比锂离子电池总成本4%（正负极62%,电解液12%,隔膜6%,其他7%）o2）传统铜箔重点较高，其中铜箔重量占比13%,铝箔重点占比5%（正负极59%,电解液15%,隔膜2%,其他6%）o3）更加具备安全性，传统锂电集流体具备针刺短路爆燃隐患，锂枝晶生长刺穿隔箔。相较于传统集流体，复合集流体具有重量轻、安全性高、材料成本低等替代

8、优势，可以提高锂电池的安全性、降低成本、提升能量密度、增加循环寿命。2.2.1. 高安全性使其可以有效抑制新能源汽车热失控锂电池在受到加热、针刺、挤压、冲撞等滥用条件下会发生内短路，引发热失控事故。随着新能源汽车的快速普及，其电池热失控引发的火灾事故也频频发生，锂电池的安全问题亟待解决。电池热失控由内部短路引起，按触发机制上可分为三类：第一类是自引发内短路，包括正极材料掺杂，隔膜材质不佳，铜箔铝箔分切毛刺，以及电解液浸润不均等；第二类是由于过充电/过放电引发的内短路，电池过充电/过放电时会在电极形成许多针状晶枝，这些针状晶枝会刺破电池隔膜，造成多个微小的短路回路，并持续放热；第三类则是由于机械

9、破坏引发的内短路，一般为汽车碰撞时电池被挤压/穿刺而引发。另外，老化会造成金属枝晶的生长，随着循环次数的增加和生产过程中混入的杂质微粒的诱导，不良副反应形成的锂支晶等尖锐物体容易刺穿隔膜，导致微观内短路。复合集流体可以抑制锂枝晶的生长，在穿刺时产生的毛刺尺寸小，可以有效避免内短路。复合集流体中的高分子柔性基材具有好的柔软性与延展性，可以吸收部分应力，不容易断裂；同时可以在金属锂的沉积过程中将产生的压应力释放，从而有效控制枝晶产生，防止穿刺导致内短路。即使受到穿刺，复合集流体材料的1m镀铜层所产生的毛刺尺寸小，不足以刺穿隔膜，可以效避免内短路。复合集流体的受热短路效应可以控制电池热失控。复合集流

10、体具有传统技术如在电解液中添加阻燃剂，仅能对内短路起到延缓作用，而且以牺牲电池能量密度为代价。而复合集流体中间的高分子基材具有阻燃特性，其金属导电层较薄，短路时会如保险丝般熔断，在热失控前快速融化，电池损坏仅局限于刺穿位点形成“点断路”。图8:柔性集流体减缓锂枝晶生长Liplatingonsoftsubstrate1Dwrinkles2DwrinklesCompressivestressStresscannotberelaxedgenerationanddendritesform数据来源：NatureEnergy2.2.2. 轻量化有效提升锂电池的能量密度复合集流体中间层采用轻量化高分子材料，

11、达到轻薄化的目标，从而提升锂电池的能量密度。由于替代材料PET/PP的密度远低于铜箔，相同厚度下PET/PP铜箔较传统铜箔可以减重56%60%;且集流体中铜箔的密度又远大于铝箔，因此降低铜箔的厚度可以有效实现电池的减重目标，有效提高其质量能量密度，从而增加电池内活性物质的填充量，进而提升电池的体积能量密度。经试验，通过应用不同辅材以降低铜箔的厚度，对电池的能量密度增益效果明显。复合集流体中间层采用轻量化高分子材料，达到轻薄化的目标，从而提升锂电池的能量密度。由于替代材料PET/PP的密度远低于铜箔，相同厚度下PET/PP铜箔较传统铜箔可以减重56%60%;且集流体中铜箔的密度又远大于铝箔，因此

12、降低铜箔的厚度可以有效实现电池的减重目标，有效提高其质量能量密度，从而增加电池内活性物质的填充量，进而提升电池的体积能量密度。经试验，通过应用不同辅材以降低铜箔的厚度，对电池的能量密度增益效果明显。我们测算PET/PP铜箔较传统铜箔减重56%60%,PET铝箔减重约41%o根据铜密度8.96gcm3,铝密度2.7gcm3,PET密度1.37gcm3,PP密度0.9g/cm3,我们假设单GWh锂离子电池所需的正负极均为1200万平米，可以计算得6mPET铜箔减重56%,6mPP铜箔减重60%,12mPET铝箔减重41%o2.2.3. 相较于传统铜箔，复合铜箔规模化成本显著下降复合铜箔原材料成本显

13、著下降。铜箔占锂电池的总成本约8%,仅次于正极、负极和隔膜，复合集流体减少了金属箔材的用量，进而降低了原材料成本。以复合铜箔为例，传统锂电铜箔的材料价格远高于PET（或PP）材料价格。经测算，同等厚度下6m复合铜箔的原材料单位面积成本为1.30元/平方米,较传统铜箔原材料3.74元下降了65%o1）原材料成本：根据8月10日的报价数据，铜价为6.8万元/吨，PET切片价格为0.68万元/吨，假设铜价格70元kg,PET价格10元kgo采用4.5m的PET替代了同等厚度的铜，6m复合铜箔的原材料成本仅为电解6m铜箔的35%o2）理论单位成本：复合铜箔理论单位成本为电解铜箔的65%o电解铜箔成本为

14、3.74元/m；铜箔制造费用大约为1.87元/m,而6m铜箔原材料成本为1.30元/m,可计算得出产业化初期的复合铜箔成本为4.35元/m,待规模化之后制造成本降低50%,成本可降至2.85元/m以下。高铜价将导致复合铜箔成本优势进一步扩大。铜在PET复合铜箔成本中占比小，高铜价背景下复合铜箔成本优势扩大。铜在电解铜箔成本中占比78%左右，在PET复合铜箔中仅占45%,PET复合铜箔的生产成本对铜价的敏感度较低。复合铝箔降本效应不及复合铜箔，同时目前工艺条件下，成本下降空间有限。1)原材料成本方面，截至2023年9月28日，长江有色市场铝均价为1.94万元/吨，国内PET切片价格现货价格为7,

15、190元/吨。铝价与PET价格存在一定价差，原材料存在一定价差空间。2)制造成本方面，由于铝的化学性质活泼，较难用水电镀的方式来制备复合铝箔，目前行业内普遍用蒸镀方式制备复合铝箔，因此导致复合铝箔制造成本高于传统铝箔，我们预计复合铝箔总生产成本为传统铜箔的3-5倍以上。3 .上下游厂商布局，产业化确定性较强3.1. 产业链各环节积极布局，产业化进度逐渐提速复合集流体目前已实现0-1的突破，产业链各环节正积极布局，产业化进度增速明显。其中复合铝箔进展较快,龙头厂商金美已于2022年11月宣布率先实现8m复合铝箔的量产；复合铜箔仍处于技术研发与试用验证期，但近期催化因素密集，产业化确定性较强，即将

16、进入规模化量产元年。从产业链来看，上游主要包括原材料和设备供应厂商，中游为复合集流体制造环节，下游为锂电池应用端。3.1.1. 上游主要包括原材料和设备供应厂商基膜端：行业内存在PP/PET/PI之争，三种基材各有优势，且应用场景不同，由于Pl基膜成本较高，未来或出现PP/PET二者并存于市场的格局。两种产品近期迭代均有加速PET基膜产业化进度较快，目前为行业内主流路线。国内主要PET生产厂商双星新材、康汇新材均具备量产能力，且近期下游验证的高温循环测试结果有明显进步。PP基膜进展较之前有较大突破，宝明科技突破PP铜箔技术,现已实现批量生产，并向电池厂送样进行测验；万顺新材和胜利精密紧跟其后，持续推进，其进展情况为制造工艺端的焦点。其他辅材：靶材方面，国产市占率不断提高，阿石创等企业领跑。全球市场先前为日、美企业所垄断，产业集中度较高，国内企业市占率较低。近年来,国内厂商纷纷