复合集流体行业研究:24年有望迎来全面爆发

复合集流体行业研究:24年有望迎来全面爆发
2024年02月14日 10:51 市场资讯

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(报告出品方/作者:国泰君安证券,徐乔威、刘麒硕)

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、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。

复合集流体为“金属导电层-PET/PP 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 4.5μm 和 2.5μm,双面镀铜层厚度分别为 1μm,总厚度为 6.5μ m 或 4.5μm。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 8μm,其中基材 PET 约 6μm。通过使用密度小、重量轻、成 本低的高分子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,通过阴极辊 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%)。2)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%)。3)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 1μm 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”。

2.2.2. 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,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%。 根据铜密度 8.96g/cm³,铝密度 2.7 g/cm³,PET 密度 1.37 g/cm³,PP 密度 0.9 g/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 6μmPET 铜箔减重 56%,6μmPP 铜箔减重 60%,12μm PET 铝箔减重 41%。

2.2.3. 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 6μm 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% 。 1)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/kg。采 用 4.5μm 的 PET 替代了同等厚度的铜, 6μm 复合铜箔的原材料成本 仅为电解 6μm 铜箔的 35%。 2)理论单位成本:复合铜箔理论单位成本为电解铜箔的 65%。电解铜 箔成本为 3.74 元/m;铜箔制造费用大约为 1.87 元/m,而 6μm 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 7,190 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 8μm 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 PI 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,国内厂商纷纷入局,快速发展,不断突破关键技术壁垒,并扩 大产能,国产替代进程加速。可供应复合集流体铜靶材的国产龙头制造 商主要为阿石创、江丰电子有研新材。电镀化学品方面,光华科技主 要供应水电镀环节,三孚新科主要供应化学镀环节。光华科技主要为 PVD 工艺的水电镀环节供应电镀液,其为 PET 复合铜箔领域为数不多 可提供全套化学品解决方案的供应商,产品包括硫酸铜溶液、氧化铜等。 三孚新科主要布局化学铜镀液,配合复合铜箔专用化学品开展一步式全 湿法复合铜箔电镀设备业务,提供专用配套的生产设备,通过“药水+设 备”的方式为下游客户提供复合铜箔制造的一站式技术解决方案,公司 同时也供应铜电镀的电镀添加剂。

设备端:复合铜箔核心设备持续迭代,逐步实现国产替代。国产磁控溅 射、水电镀及超声波滚焊设备由于成本较低、售后服务及维修保养便利、 生产周期较短等综合优势逐步实现国产替代,目前行业集中度较高。其 中前段磁控溅射设备腾胜科技领跑,汇成真空、振华科技、海格瑞特等 也实现了批量生产;后道水电镀东威科技的设备处于世界领先地位,且 国内仅东威具备规模量产能力;电池端的极耳焊接设备,龙头厂商骄成 超声突破核心技术,与宁德时代深度绑定,短期内处于垄断地位。复合 铝箔及复合铜箔三步法中所要使用的真空蒸镀设备,仍主要依赖进口日 本发那科的设备,价格较昂贵。另外,腾胜科技的磁控溅射一体机和三 孚新科的全湿法化学镀铜设备均已出货,一步法的产品测试效果良好, 未来行业最终技法路线仍未确定。

3.1.2. 中游为复合集流体制造端,行业内新老制造厂商纷纷入局

复合集流体制造端,启动信号明显,行业内新老制造厂商纷纷布局,形 成百花齐放的局面。主要布局的制造厂商可分为四类:材料厂商切入和 镀膜业务端切入的厂商,通过同源技术积累向复合铜箔延伸,如阿石创、 双星新材和宝明科技、胜利精密;自主研发端,如重庆金美、元琛科技、 纳力科技等深耕复合集流体研发;传统厂商切入,如中一科技、嘉元科 技、诺德股份等,利用原有工艺技术和生产经验的优势,进行业务转型。 产业具有加速趋势,新入制造厂商增多,头部厂商带头扩产,推动量产。 复合铜箔进展顺利,量产在即。头部厂商如金美、宝明进展较快,已实 现小批量量产,进行装车测试,其他厂商如扬州纳力、胜利精密、万顺 新材、双星新材等布局较早的制造厂商也均已积极向下游送样测试。其 中双星新材和万顺新材的复合铜箔产品均经过客户反复测试验证,获得 了首张订单,是复合集流体领域的一次突破。各大厂商纷纷公布扩产规划,金美带头规划 12 亿平方米产能,宝明规划了近 40 亿平产能,英联 股份、胜利精密、元琛科技等也规划了 5-12 亿平产能。近期产业内催化 因素频发,产业化确定性较强,吸引新制造厂商斯迪克入局,其已发布 公告计划建设复合材料扩产项目,仍处于技术研发阶段。

3.1.3. 下游电池厂积极试样

下游电池厂正积极进行样品的测试验证,推动复合集流体产业化进展。 复合铜箔应用前需经过四轮测试,首先是物性测试,检验方阻、结合力 以及拉伸强度等基础的物理性能,为期一周左右;第二步是应用电池的 加工性能的测试,大概一个月左右;然后再进行最关键的循环性能测试, 需要 6~7 个月的时间;最后进行装车路试检测。从送样检测结果来看, PET 铜箔近期进行了第二轮高温循环测试,结果显著优于第一轮,但是 未满足电池厂的理想要求——常温状态下达到 2500 次以上,高温达到 1800 次以上。PP 铜箔方面,近期宝明科技有显著突破,物性测试的结果 良好,预计到 11-12 月末完成全部测试环节。 复合集流体的终端应用优势明显,商业化落地性强。3 月 30 日,埃安举 行了弹匣电池 2.0 枪击试验发布会,全球首次实现电池整包枪击不起火, 再次定义了电池安全新标准。弹匣电池 2.0 在电芯材料层面,创新性地 引入应用了复合集流体,具体为金美供应的复合铝箔,其在电池内短路 时可通过熔断、绝缘材料提供较大电阻,短时间内切断或降低短路电流, 极大地避免了起火隐患。弹匣电池 2.0 将首先搭载于埃安豪华超跑品牌 hyper。3 月 30 日,天能电池发布了用于两轮车领域的新一代锰铁锂电 池 TP-MAX,同样以复合集流体的应用作为安全升级的亮点。6 月 1 日, 宁德时代宣布麒麟电池已装车极氪 001,麒麟电池 NP2.0 同样采用了重 庆金美的复合铝箔。复合集流体在电池端充分展现了其安全性的核心优 势,装车进度加快进一步印证商业化落地,展现其终端应用场景广泛。 目前复合铝箔由于工艺较成熟、安全性强等比较优势,产业化进展较快, 有望率先实现规模化应用;复合铜箔正进一步优化工艺,推进量产。二 者各有优势,或应用于同细分场景,但产业化前景都是确定的。

3.2. 复合铜箔市场空间具有极大潜力,25 年或超 150 亿

复合铜箔市场空间具有极大潜力,2025 年市场规模可达 168 亿元。随着 复合铜箔技术成熟,2023 年有望成为复合铜箔的量产应用元年。随着复 合铜箔渗透率提高,复合铜箔到 2025 年出货量有望达到新的台阶,进入真正替代传统铜箔时期。假设 2023~2025 年复合铜箔全球锂电池领域 渗透率分别为 2%、5%和 12%,复合铜箔的平均售价分别为 6.2 元/平米、 5.9 元/平米、5.6 元/平米。预计到 2025 年复合铜箔出货量有望达到 30 亿 平米,对应的市场规模约为 168 亿元。 设备端率先受益,预计 2025 年市场规模有望达到 143 亿元。根据 GGII 预测,2023-2025 年锂电池出货量分别为 1119/1416/1805GWh。由于 PET 复合铜箔渗透率目前较低,但下游膜材厂商、电解铜箔供应商均积极布 局复合铜箔产能或已处于产品送样阶段,因此后期渗透率将不断提升。 据此,我们假设 2023-2025 年复合铜箔渗透率为 2%、5%、12%;假设水 电镀设备价值量约 1200 万/台,磁控溅射设备单价 1500 万元/台; 假设 1GWh 电池需要水电镀设备 3 台,磁控溅射设备 2 台。若工艺全为两步 法,经以上假设后测算,2025 年复合铜箔设备市场规模有望达到 143 亿 元。

4. 复合集流体的制备方法尚不明确,“两步法”为 当前的主流方法

4.1. 市场现有的工艺流程包括“一步法”、“两步法”、“三步 法”

目前市场普遍使用两步法(磁控溅射+水电镀),初步证明两步法可以实 现规模化量产。一步法预计下半年出样品,验证周期 6-9 个月,量产时 间点尚不确定。 两步法:1)对于磁控溅射,优点是薄膜和基材的结合力非常强,缺 点是薄膜的生长速度较慢,高能粒子可能损伤基膜,加工的过程中 存在一定难度。难点在于由于基材比较薄,且耐高温的能力有限, 如何保护基膜不被击穿、不打皱是一个问题。2)水电镀相比于磁控 溅射,优点薄膜的生长速度较快,生长温度环境较为温和。缺点是 电流不均,所以边缘效应可能会造成局部穿孔。难点是基材极薄且 反复过辊,如何保护基膜不击穿不打皱。一步法:1)干法,即在 PP/PET 基膜上一次性完成镀铜镀铝,形成 复合集流体的工艺方式,主要采取磁控溅射/双面电子束蒸镀。2) 化学镀:类似于化学里面的银镜反应,不需要通过电能而是通过化 学的催化反应把膜镀到上面。但是目前也有相应的问题,如强酸强 碱的耐受性,以及一些催化剂使用贵金属成本的控制,都是需要解 决的。 三步法:包括磁控溅射+水镀+真空蒸镀。

4.2. 主流工艺环节包括磁控溅射、真空蒸镀、电镀、化学镀

真空蒸镀设备:原理是通过加热方式,使所要沉积的金属发生蒸发或升 华,粒子在基体上沉积,整体成膜速度较快,成本较低,但界面结合能 力略低,基膜容易变形。 磁控溅射设备:磁控溅射的原理就是通过稀有气体氩在磁场作用下抨击 靶材,然后溅射到基膜上,形成一层薄薄的膜。磁控溅射的结合力普遍 较好,设备技术难度较大也导致成本比较高,镀膜效率较低。 电镀设备:电镀是一个包括液相传质、电化学反应和电结晶等步聚的金 属电沉积过程。其原理是金属离子在外电场的作用下被还原并在阴极上 附着沉积。 化学镀设备:原理是用自身催化性氧化还原反应方法在高分子材料表面 沉积金属铜。利用甲醛在强碱性环境中具有的还原性,并在 Pd 的催化 作用下,铜离子被还原成铜。化学镀铜是一种成熟工艺,在 PCB 等行业 中应用普及。化学镀铜的主要步骤:1)粗化:提高镀层表面亲水性,同 时形成适当的粗糙度增加镀层表面附着力;2)敏化:表面吸附敏化剂, 增强塑料的结合力,帮助均匀连续成膜。3)活化:能使铜离子还原作用 迅速而均匀。4)化学沉铜:利用电子化学品在处理后的基材表面沉积铜。

5. 复合集流体材料端面临争议,产业化进程正持续 推进

5.1. 基膜选择尚无定论,长期看 PP 基膜有望占主导地位

由于两种基材可能分别适用于不同类型的锂电池,因此选择 PP / PET 目前尚无定论,长期看 PP 基膜有望占主导地位。1)PP 基膜:电池的 充放电循环次数会更多,使用 PP 为基材的复合铜箔电池在实验的过程 寿命要比 PET 基材复合铜箔电池更长。对于电池厂商而言,在实验环节 PP 基材各方面性能满意程度更高。然而相较于 PET,PP 膜材料硬度低, 不好加工,前期良率很低。同时初始阶段各方面工艺尚不完善,容易在 磁控溅射环节打穿 PP 基膜。由于 PP 分子中不含酯键,相较于 PET 具 有更优异的耐酸碱性。2)PET 基膜:更好加工,良品率更高,综合成本 更低一点。对于复合铜箔厂商而言,大规模量产 PET 铜箔,成本、良率、 一致性都要比 PP 铜箔更好。3)PI 基膜:密度类似 PET,但熔点和使用 温度最高,整体稳定性及力学性能最佳。但成本较高,目前不具备市场 潜力。

我们认为对于设备厂商,两种材料可以使用同一设备(仅需调整参数), 因为未来趋势主要看 PP 和 PET 基膜产品各自的技术迭代速度。未来若 PP 基材工艺各方面改善,加工成本、速率能与 PET 打平,PP 会更具优 势;反之若 PET 基材产品通过不断改性使得电池使用寿命延长到与 PP 基材相近,则 PET 会更有优势。

5.2. 复合铜箔及复合铝箔采取不同的制备方案,我们认为复 合铜箔应用空间更加广阔

锂离子电池正负极的电位决定正极用铝箔,负极用铜箔。正极电位高, 铜箔氧化层较疏松些,在高电位下很容易被氧化,而铝的氧化电位高, 且铝箔表层有致密的氧化膜,对内部的铝也有较好的保护作用;铝在低 电位下与锂会发生合金化反应被消耗,由于金属铝与锂反应的高活泼性, 使金属铝消耗了大量的锂,本身的结构和形态也遭到破坏,故不能作为 锂离子电池负极的集流体;铜在电池充放电过程中,只有很少的嵌锂容 量,并且保持了结构和电化学性能的稳定,可作为锂离子电池负极的集 流体。 制备方案上,复合铝箔比较简单,以蒸镀方式为主;复合铜箔制备方式 尚不确定。由于 PP 和铜结合力较差,综合来看,我们认为当下 PET 复 合铝箔和 PP 复合铜箔的产业化可能性更高。

我们判断 2025 年前,出货的产品可能以复合铝箔为主,复合铜箔为辅。 据产业链调研,目前复合铝箔已经实现批量生产,而复合铜箔目前仍然 处于试样或者小批量的阶段。由于 2025 年之前复合集流体相对于传统 集流体,其成本优势、工艺优势并不十分优越,因此我们测算 2025 年前 中国的集流体行业的复合集流体渗透率不超过 10%,主要的应用市场更 多集中在高端、高安全性要求的领域。 长期看,复合铜箔应用空间远超复合铝箔。短期看,复合铜箔和复合铝 箔的应用市场互斥,主要原因在于无论电池正极或负极使用复合集流体 都可以满足电池厂对高能量密度、高安全的需求,只需复合铜箔/铝箔进 行替换 均可达到要求。然而复合铝箔的成本效应远不及复合铜箔,同时 复合铜箔对于能量密度的提升更具优势。在现有工艺条件下,长期看复 合铜箔的大规模替换动力远大于复合铝箔。

5.3. 复合集流体产业化仍存在瓶颈

我们认为,目前技术瓶颈核心重点在三个方面:1)技术端,复合铜箔目 前在热积累和导电性方面,相对传统极薄层来说没有起到很好的安全性。 反而由于铜箔变薄,电池内阻增大,使得电池内的温升变得更加严重, 三明治结构也导致电池内部导热受限,影响导电效率。2)成本端,高端 基膜存在进口依赖,产业化前期设备成本较高,导致生产成本高于传统 铜箔成本,我们预计降本幅度超过一定水平(量产成本 3 元以下)就会 实现产业化。3)设备及工艺端,如何更好的实现金属和高分子原子之间 的结合,克服生产过程中的问题来提升良率。

6. 产业化前期,上下游厂商共同推进,积极布局

6.1. 上下游厂商积极布局,进展顺利

目前处于设备公司先行放量阶段,行业景气度持续向好。设备厂商中 GW 产能的设备公司陆续新增,同时 23 年也有很多新增的材料厂商新建产 能。目前复合集流体出于渗透率提升早期阶段,在产业化趋势较确定的 情况下,上市公司双星、万顺 23H1 公告首次订单,下游电池厂从 22 年 首次产能的投放实现到 23 年首次订单落地的 0-1 突破,我们预计 23 年 年底会基本确定量产工艺路线,24H1 开始上车。

6.2. 未来产业化趋势关注技术突破及材料送样测试进度

产业化主要关注以下三方面:1)材料端关注材料送样测试进度,预计部 分电池厂送样的物性测试已经通过,12 月循环测试结果及 24H1 上车进 度需持续跟踪;2)设备端关注超声极耳焊接订单落地,超声极耳焊接设 备为工艺流程唯一确定性工艺环节,订单落地标志终端电池厂已经做好 复合机集流体批量化上车计划。3)技术层面,关于基膜和技术瓶颈的突 破,如加入阻燃剂等改进机制取得突破。

7. 重点公司分析

7.1. 骄成超声:滚焊设备独供宁德时代,率先受益复合集流 体量产

公司多领域布局打造超声技术应用平台,具备中长期成长潜力。1)汽车 线束超声波焊接设备预计 2025 年存量市场规模约为 10 亿元以上,公司 客户包括比亚迪均胜电子、安费诺、泰科电子、沪光股份、长春捷翼、 天海电器等。2)IGBT 端子超声波焊接设备预计至 2025 年每年的新增 设备需求约为 2.5 亿元-5 亿元,公司客户包括中车时代、振华科技、英 飞凌、广东芯聚能、安世半导体等。3)汽车轮胎超声波裁切设备打破国 外垄断,客户包括固特异、韩泰、中策橡胶、优科豪马、正新橡胶等。 4)超声波非金属焊接设备每年市场需求在 3-5 亿元之间。5)动力电池 制造自动化系统已经向包括科力远在内的动力电池生产线的制造厂商 实现销售,体现了公司在镍氢动力电池制造领域的技术水平。 滚焊设备供应宁德时代,率先受益复合集流体量产。宁德时代为 PET 铜 箔行业首创者,具备电池核心专利。公司率先研发滚焊设备,解决 PET 铜箔焊接问题,率先供应宁德时代。我们认为 23 年 PET 铜箔电池有望实现小规模量产,24 年或能达到量产规模,伴随复合集流体渗透率提升, 公司业绩将呈几何增长。

7.2. 道森股份:拿下首台磁控溅射一步法订单,有望充分受 益一步法渗透率提升

产能加速建设,有望充分受益一步法渗透率提升。一步法相较于市场主 流两步法面世时间较短,但工艺流程更短,在良率、效率、量产综合成 本等方面优于两步法,长期看渗透率优于两步法。道森在布局一步法的 设备厂商中具备最快的进展,在工艺路线尚不明晰的复合集流体产业前 端,有望充分受益一步法渗透率提升。7.31 公司公告洪田科技“一步法” 复合铜箔真空镀膜成套设备“真空磁控溅射一体机”顺利通过客户测试 验证,并正式签订首批订单合同,合同金额约为 7000 万人民币(磁控溅 射一体机+磁控蒸发一体机)。一步法相较于市场主流两步法验证时间较 短,但工艺流程更短,在良率、效率、量产综合成本等方面优于两步法, 长期看渗透率优于两步法。道森在布局一步法的设备厂商中具备最快的 进展,在工艺路线尚不明晰的复合集流体产业前端,有望充分受益一步 法渗透率提升。

公司拓展复合集流体相关产能建设。洪田科技拟投资 10 亿元建设新能 源高端装备制造项目,项目完全达产后预计实现年产真空磁控溅射设备 100 套、真空蒸镀设备 100 套、复合铜箔一体机成套设备 100 套、锂电 生箔机成套设备 200 套及阳极板 6000 套等。布局的高端设备产能逐步 落地后,公司不排除将磁控溅射技术应用在光伏、泛半导体等其他领域, 打开新的增量空间。 剥离不良资产,加码产能扩张。2022 年 6 月,公司成功收购洪田科技 51% 股权,正式布局电解铜箔高端生产装备制造业务。2022 年下半年,公司 逐步剥离低效资产,不断优化上市公司资产结构,提高上市公司盈利能 力,先后出售全资子公司成都道森、美国道森、新加坡道森 100%股权和 苏州道森阀门 75%的股权、江苏隆盛 70%的股权。同时,为 2022 年于 江苏盐城新扩建约 12 万平米的高端成套装备产业园以扩充产能,预计 2023 年年底全面建成投入使用。

7.3. 东威科技:唯一具备量产水电镀设备能力,率先受益复 合集流体 0-1 进程

复合集流体 0-1 发展,东威有望率先受益。2022 年下半年锂电复合集流 体概念走热,作为电池负极材料的复合铜箔逐渐引发市场关注。公司新 产品磁控溅射镀膜设备于 22 年 12 月份成功交付。我们预计公司 23 年 水电镀设备出货 130 台,磁控溅射设备出货 30 台。1)水电镀设备:已 签订订单及框架协议共计 300 余台。意向客户包括宝明、胜利精密、双 星、元琛等。2)磁控溅射设备:预计与水电镀设备配套形成一体化出售, 22 年末出货一台,我们预期 23 年出货 30 台以上。目前复合集流体产业 链尚不明晰,东威科技作为唯一量产复合铜箔水电镀设备的厂商,将持 续保持行业先发优势。同时公司布局光伏电镀铜产业,持续拓宽产品线, 研发的水平三合一电镀设备打破国外垄断。

积极调配产能应对市场需求,在手订单充足。公司目前拥有年产 300 台 垂直连续电镀设备产能;年产 100 台通用五金连续电镀设备、水平式除 胶化铜设备和新能源镀膜设备产能;年产约 20 台龙门式电镀设备产能。 2022 年公司设立东莞东威科技,主要制造高端 IC 载板电镀设备;设立 全资子公司常熟东威,投资建设高端表面处理装备生产基地项目;投资 建设昆山东威新能源设备扩能项目。根据公司投资者关系记录,设备在 手订单近 300 台。自 2022 年以来,公司相继披露了宝明科技、客户 D、 客户 L、胜利精密、国电投等多家公司的正式订单或框架协议,合同金 额超预期。我们认为后续公司产能释放叠加订单交付,助力业绩稳健增 长。

(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

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