報(bào)告出品方：浙商證券

以下為報(bào)告原文節(jié)選

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1、復(fù)合集流體：具備“三明治”結(jié)構(gòu)的鋰電池正負(fù)極新技術(shù)

1.1集流體是鋰電池導(dǎo)電的重要材料之一，具備承載性、傳導(dǎo)性

集流體是鋰電池主要材料之一，具有承載性、傳導(dǎo)性的重要功能。典型鋰電池的主要結(jié)構(gòu)包括正極、負(fù)極、電解液、隔膜。
電池集流體的作用是承載正負(fù)極材料，將電池內(nèi)部的電流集中起來，使得電流能夠輸出更穩(wěn)定、高效的能量。其功能包括收集電流、分配電流以及提高電池輸出功率。一般來說，集流體由銅、鋁、銀等導(dǎo)電性較好的金屬材料制成，它們被連接在電池的正負(fù)極上，形成完整的電路。
壓延鋁箔、電解銅箔分別為主流的鋰電正負(fù)極材料，在鋰電池中銅鋁箔集流體重量占比超15%。鋁、銅、鎳、鈦、不銹鋼、碳均用于鋰電池集流體材料，結(jié)構(gòu)包括薄片、網(wǎng)孔、泡沫、鏤空、涂層。目前主流鋰電池正、負(fù)極集流體材料分別為壓延鋁箔、電解銅箔。在鋰電池中集流體重量占比僅次于正負(fù)極，其中銅箔集流體占比8.1%，鋁箔集流體占比6.9%，合計(jì)超15%。

1.2陰極輥是傳統(tǒng)銅箔生產(chǎn)的核心裝備，高精度陰極輥依賴進(jìn)口

傳統(tǒng)銅箔的生產(chǎn)工藝成熟，設(shè)備壁壘相對(duì)較高。傳統(tǒng)銅箔生產(chǎn)主要由4道工序組成，包括溶銅制液工序、電解生箔工序、表面處理工序、分切工序，其中軋制技術(shù)是銅箔生產(chǎn)的核心技術(shù)之一。陰極輥是電解銅箔之母，是銅箔生產(chǎn)的核心裝備，鈦輥表面的晶體結(jié)構(gòu)決定著電解銅箔的結(jié)晶狀態(tài)，從而影響電解銅箔的性能。根據(jù)《電解銅箔用陰極輥的研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)》，國外可制造晶粒度12級(jí)以上的陰極輥，而國內(nèi)廠商最高可生產(chǎn)晶粒度9-10級(jí)，與國外生產(chǎn)水平仍有差距。目前，國內(nèi)高精度陰極輥主要采購自日本新日鐵、三船等日企，訂貨周期長，設(shè)備供應(yīng)緊張限制銅箔產(chǎn)能擴(kuò)張。
傳統(tǒng)鋁箔生產(chǎn)主要有兩種常用的加工工藝路線:（1）鑄錠熱軋法（熔鑄→熱軋開坯→冷軋→箔軋）；（2）雙輥式鑄軋法（鋁熔體倒入鑄軋輥→凝固和熱軋→冷軋→退火）。鋁箔生產(chǎn)過程涉及多個(gè)復(fù)雜的軋制工藝和熱處理工序，合金調(diào)配需要有豐富的鋁箔生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)備精度要求高。

1.3鋰電集流體薄型化可提高電池能量密度，是大勢(shì)所趨

集流體薄型化是趨勢(shì)，具備降本增效優(yōu)勢(shì)。集流體可以在很大程度上影響鋰電池的性能。由于集流體本質(zhì)為非活性材料，并不提高電池容量，因此在不影響電池正常充放電和安全性的前提下，極薄化集流體可以減重，減重優(yōu)勢(shì)在于：1）減小電阻，增加單位體積電池所包含的活性物質(zhì)量，提高電池能量密度；2）減少銅原材料，降低成本。
集流體薄型化趨勢(shì)下，減少主材（正負(fù)極）以外其他材料（集流體）的占比是主要途徑。極薄化是集流體減重的趨勢(shì)。根據(jù)《A review of current collectors for lithium-ion batteries》，目前6μｍ電解銅箔在鋰電銅箔市場(chǎng)占有率達(dá)到65％，2023年預(yù)期達(dá)到70％；4-4.5μｍ鋰電銅箔受到大力推廣，2022年市場(chǎng)比例達(dá)到9％；10μｍ壓延鋁箔已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)和大面積推廣階段。按照?qǐng)A柱電池和軟包電池?cái)?shù)據(jù)，最新的6μｍ銅箔和10μｍ鋁箔分別占電池質(zhì)量6.4％和3.0%。
集流體薄型化無法既安全、又保證高能量密度、高功率和高強(qiáng)度。雖然減少集流體厚度有一定優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也可能犧牲其導(dǎo)電性和傳熱性能，進(jìn)而降低功率密度。 除此之外，目前主流的8-9um的鋁箔集流體和4-5um的銅箔集流體可能已達(dá)制造工藝極致，進(jìn)一步減薄可能導(dǎo)致集流體強(qiáng)度降低，難以批量應(yīng)用。

1.4新一代鋰電集流體材料——復(fù)合集流體呈現(xiàn)“三明治”結(jié)構(gòu)

復(fù)合集流體是一種新型的集流體材料，包括多金屬復(fù)合箔、金屬與碳材料復(fù)合箔、高分子聚合物與導(dǎo)電材料復(fù)合箔、植物纖維復(fù)合箔、聚合物與金屬材料復(fù)合箔等。其中高分子聚合物金屬復(fù)合箔，在提升電池安全性、提升電池比能量密度方面優(yōu)勢(shì)明顯。內(nèi)層為聚合物高分子層（如PET、PP或PI），兩側(cè)為金屬導(dǎo)電層（如Al或Cu）。

復(fù)合集流體（以下均指“高分子聚合物金屬復(fù)合箔”）呈現(xiàn)“三明治”結(jié)構(gòu)。內(nèi)層為聚合物高分子層（如PP、PET、PI），在高分子材料上下各加上金屬（如銅、鋁）。目前典型結(jié)構(gòu)是上下1μm金屬材料“包夾”2.5 μm或4.5μm高分子材料基膜。

1.5工藝路線：復(fù)合銅箔多種技術(shù)路徑并存，復(fù)合鋁箔以真空蒸鍍?yōu)橹?/p>

有別于傳統(tǒng)鋰電集流體，復(fù)合集流體在結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝、性能特點(diǎn)等方面具備創(chuàng)新性，旨在提高安全性、降本增效。
復(fù)合銅箔主流工藝：1）一步法：全濕法（化學(xué)鍍）或全干法（磁控濺射、真空蒸鍍）；2）二步法：磁控濺射+水介質(zhì)電鍍；3）三步法：磁控濺射+真空蒸鍍+水介質(zhì)電鍍。
復(fù)合鋁箔主流工藝：真空蒸鍍。

1.6 2015年以來，復(fù)合集流體產(chǎn)業(yè)化研究加速

科研學(xué)術(shù)界對(duì)復(fù)合集流體的研究早于產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。1）科研學(xué)術(shù)界：早在2011年就有學(xué)者將聚乙烯PE和酚醛樹脂PF作為基體材料，與導(dǎo)電填料（石墨,炭黑）均勻混合制備出復(fù)合集流體，對(duì)其性能進(jìn)行了分析研究；2）產(chǎn)業(yè)化研究：2015年重慶金美新材料（寧德時(shí)代入股）開始了復(fù)合集流體的研發(fā)與生產(chǎn)，2018年后各新能源廠商紛紛開啟復(fù)合集流體相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和專利申請(qǐng)。

1.7復(fù)合集流體產(chǎn)業(yè)鏈加速布局

復(fù)合集流體高安全性、低成本兼?zhèn)?。目前以“三明治”結(jié)構(gòu)為代表的復(fù)合銅箔、復(fù)合鋁箔獲得了產(chǎn)業(yè)青睞，各廠商紛紛加緊產(chǎn)業(yè)鏈布局，齊力推動(dòng)量產(chǎn)。

1.8復(fù)合集流體產(chǎn)業(yè)鏈加速布局

1.9產(chǎn)業(yè)鏈中上游賽跑，推動(dòng)復(fù)合集流體產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程

2、優(yōu)勢(shì)：復(fù)合集流體具備高安全性、高比容、高循環(huán)壽命、低成本等優(yōu)勢(shì)

2.1高安全性：中間層高分子材料起到“保險(xiǎn)絲“作用，防止熱失控

高安全性：動(dòng)力電池受到擠壓時(shí)產(chǎn)生機(jī)械變形導(dǎo)致熱失控發(fā)生的原因在于電池內(nèi)部隔膜被擠破導(dǎo)致正負(fù)極接觸，極板之間發(fā)生內(nèi)短路。復(fù)合集流體解決熱失控的原理在于：1）切斷正負(fù)極接觸：中間絕緣樹脂層不導(dǎo)電、電阻較大，可提高電池在異常情況下發(fā)生短路時(shí)的短路電阻，使短路電流大幅度減小，因此可極大降低短路產(chǎn)熱量，從而改善電池安全性能；2）點(diǎn)斷路：導(dǎo)電層較薄，在穿釘?shù)犬惓Ｇ闆r下，局部的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)被切斷，防止電化學(xué)裝置大面積發(fā)生內(nèi)短路。相當(dāng)于將穿釘?shù)仍斐傻碾娀瘜W(xué)裝置損壞局限于刺穿位點(diǎn)，僅形成“點(diǎn)斷路”，不影響電化學(xué)裝置正常工作。

2.2高比容：提升能量密度；高循環(huán)壽命：增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)性

高比容：復(fù)合集流體重量更輕，可有效提升電芯能量密度。集流體作為正極材料和負(fù)極材料電子傳輸?shù)妮d體，在電池的充放電過程中未能提供容量。再加上，鋁箔和銅箔的密度均較大，這種存在于電池內(nèi)的“死質(zhì)量”無法提升能量密度。集流體在鋰電池中的重量占比僅次于正負(fù)極，其中銅箔集流體占比8.1%，鋁箔集流體占比6.9%，合計(jì)超15%。對(duì)比傳統(tǒng)銅箔，復(fù)合銅箔節(jié)省材料成本近40%，質(zhì)量輕60%，能量密度提升5-10%。由于鋁密度低于銅，復(fù)合鋁箔減重效果略低于復(fù)合銅箔。
高循環(huán)壽命：由于銅箔表面比較光滑平整，接觸面積不夠大，且銅箔為金屬材料，而電池一般為非金屬材料，使得兩種物質(zhì)接觸相容性差，界面接觸電阻較大，導(dǎo)致電池充放電性能有所降低。復(fù)合集流體的高分子層進(jìn)一步減少銅箔集流體與鋰的反應(yīng)，形成致密的保護(hù)層，從而弱化鋰枝晶的形成，可顯著改善由平面鋰金屬鍍層導(dǎo)致的鋰電化學(xué)沉積，提高鋰金屬陽極的循環(huán)穩(wěn)定性。根據(jù)東威科技2021年年報(bào)，復(fù)合集流體循環(huán)壽命可提高5%。

2.3低成本：原材料價(jià)格高位，高分子材料成本相對(duì)較低

低成本：銅材料成本高企，高分子材料替代將打開降本通道。鋰電池中，鋰電銅箔成本占比達(dá)到8%-10%；傳統(tǒng)鋰電銅箔中，銅金屬成本占比約83%。對(duì)比復(fù)合銅箔，銅金屬在復(fù)合銅箔成本占比僅約44%，中間層的高分子材料成本遠(yuǎn)低于銅金屬。展望未來，復(fù)合銅箔規(guī)模生產(chǎn)后其綜合成本有望得到進(jìn)一步下降。根據(jù)金美新材官網(wǎng)數(shù)據(jù)，復(fù)合集流體的成本將比傳統(tǒng)集流體降低50%以上。
據(jù)我們測(cè)算，假設(shè)面積均為1㎡、銅密度均為8.96g/m3的情況下，復(fù)合銅箔比電解銅箔的銅用量降低約69%，分別約17.92g、58.24g。與傳統(tǒng)鋁箔集流體對(duì)比，復(fù)合鋁箔的蒸鍍鍍鋁工藝成本較高，因此復(fù)合鋁箔成本下降空間相對(duì)較小。

2.4預(yù)計(jì)PET復(fù)合銅箔單位成本約3.26元/平方米，較電解銅箔下降18%

據(jù)測(cè)算，預(yù)計(jì)復(fù)合銅箔生產(chǎn)成本約3.26元/㎡，電解銅箔生產(chǎn)成本約3.97元/㎡，復(fù)合銅箔相比電解銅箔成本下降18%。
成本構(gòu)成方面，PET復(fù)合銅箔的材料費(fèi)用、人工費(fèi)用、設(shè)備折舊占比較高，分別為58%、18%、15%；電解銅箔的材料費(fèi)用占比最高，約80%。

2.5易擴(kuò)產(chǎn)、工藝優(yōu)：生產(chǎn)設(shè)備易獲取，工藝流程短且環(huán)境友好

易擴(kuò)產(chǎn)：復(fù)合銅箔生產(chǎn)無需使用陰極輥，擴(kuò)產(chǎn)難度相對(duì)較低。陰極輥是電解銅箔之母，是銅箔制造成本最高的關(guān)鍵設(shè)備。目前高精度陰極輥主要采購自日本新日鐵、三船等日企，訂貨周期長，設(shè)備供應(yīng)緊張限制銅箔產(chǎn)能擴(kuò)張。
工藝優(yōu)：（1）工藝流程縮短：工藝流程縮短，采用真空鍍膜工藝形成膜面作為陰極，可直接在離子置換設(shè)備中反應(yīng)，且真空工序無污染，銅箔的溶銅電解工藝同樣有污染物排放。（2）環(huán)境友好程度高：①采用新型的藥劑體系，規(guī)避了氰化物等劇毒物質(zhì)，使生產(chǎn)過程的排污量更好，污染物更易處理；②抗氧化采用有機(jī)抗氧化液，抗氧化直接進(jìn)行烘干工藝，藥劑進(jìn)行循環(huán)使用。避免了金屬污染物的排放

3、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀：復(fù)合銅箔多種技術(shù)路徑推進(jìn)，復(fù)合鋁箔量產(chǎn)導(dǎo)入期已開啟

3.1材料：高分子材料有PP、PET、PI，目前主流選擇為PP、PET

高分子材料有PP、PET、PI等，各有優(yōu)劣。PP、PET成為當(dāng)下主流選擇。根據(jù)各公司環(huán)境影響報(bào)告書，寶明科技采用PP/PET，納力新材料采用PP，英聯(lián)股份采用PP/PET，柔震科技采用PET，重慶金美采用PET復(fù)合鋁箔、PP復(fù)合銅箔。
（1）PET：化學(xué)式為(C10H8O4)n ，密度范圍在1.33-1.35 g/cm3之間，熔點(diǎn)250至255°C，使用溫度-100至120℃ 。具有良好耐蠕變、耐疲勞性、耐磨擦、耐熱性及尺寸穩(wěn)定性。（2）PP：化學(xué)式為(C3H6)n ，密度為0.89～0.91g/cm3， 易燃，熔點(diǎn)為164至170℃， 在155℃左右軟化，使用溫度范圍為-30至140℃。具有耐化學(xué)性、電絕緣性、無毒及良好的加工性能等優(yōu)異性能。（3）PI：指主鏈上含有酰亞胺環(huán)（-CO-NR-CO-） 的一類聚合物。是綜合性能最佳的有機(jī)高分子材料之一。其耐高溫達(dá)400°C以上 ，長期使用溫度范圍-200至300°C，部分無明顯熔點(diǎn)，高絕緣性能。
從生產(chǎn)端看，耐熱性強(qiáng)、強(qiáng)度高的PET適應(yīng)蒸鍍?cè)O(shè)備；從電池端看，電化學(xué)穩(wěn)定性高的PP更佳，因此PET、PP各有優(yōu)劣。
綜合來看，PET的應(yīng)用已相對(duì)成熟；PP體量較小，正在攻克金屬附著力難點(diǎn)；PI材料還未進(jìn)入導(dǎo)入階段。

3.2工藝：復(fù)合銅箔多種技術(shù)路徑并行，共促產(chǎn)業(yè)化

復(fù)合銅箔工藝主要分為一步法、二步法、三步法一步法：分為全濕法和全干法。1）全濕法：通過對(duì)基膜進(jìn)行清洗、粗化，提升表面粗糙度，然后以化學(xué)沉積的方式（不通電）在薄膜基材表面覆蓋一層均勻的金屬銅層；2）全干法：使用純磁控濺射工藝或開發(fā)磁控濺射和真空蒸鍍一體機(jī)鍍銅，通過多靶材、多腔體提高效率。
兩步法：磁控濺射+水介質(zhì)電鍍。1）磁控濺射：對(duì)高分子膜進(jìn)行活化。由于高分子材料（PET/PP/PI）表面不導(dǎo)電，無法直接進(jìn)行電鍍，需要先對(duì)高分子材料進(jìn)行表面處理、活化，濺射形成方阻小于2Ω（厚度約為30nm70nm）的金屬銅膜；2）水介質(zhì)電鍍：加厚金屬層至實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電功能。在磁控濺射形成基礎(chǔ)銅膜后，通過水介質(zhì)電鍍的方法將兩邊銅層分別增厚至1μm左右，實(shí)現(xiàn)集流體導(dǎo)電的功能，與傳統(tǒng)銅箔工藝上具有相通性。
三步法：磁控濺射+真空蒸鍍+水介質(zhì)電鍍。三步法即是在二步法的基礎(chǔ)上增加真空蒸鍍環(huán)節(jié)，具體來說是在磁控濺射后增加真空蒸鍍環(huán)節(jié)，目的是提高沉積速度，真空蒸鍍的沉積速度是磁控濺射的3-4倍，可以快速補(bǔ)足銅膜到適合電鍍的厚度。

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