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摘要
为什么关注复合集流体?降本增效,复合集流体在消费、动力、储能电池中崭露头角。
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消费:21年7月,OPPO发布五层夹心式安全电池,引入复合集流体技术,实现复合集流体在消费电子领域的应用。
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动力:宁德时代研发的多功能复合集流体技术在2021 年全球新能源汽车前沿及创新技术评选中获评为十大创新技术之一。
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储能:海辰新能源22年1月申请了复合集流体及其制备方法和应用专利。
复合集流体是什么?集流体是锂电池中的一种关键材料,作用是将电池活性物质产生的电流汇集起来,以产生更大的输出电流。正极采用铝箔,负极采用铜箔。复合集流体是一种以高分子绝缘树脂PET/PP等材料作为“夹心”层,上下两面沉积金属铝或金属铜,制成“金属导电层-PET/PP高分子材料支撑层-金属导电层”三明治结构的新型锂电材料。
复合集流体替代传统集流体为什么是产业趋势?降本+高安全是核心,此外有高比能,强寿命,强兼容等优点。
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降本:主要体现在复合铜箔(负极集流体)上。复合铜箔由3.0-4.5µm的PET/PP基材+1µm铜构成,传统铜箔铜厚度在6µm,故可大幅降低铜成本从而实现降本。根据高工锂电数据,复合铜箔材料成本低于传统铜箔65%。
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高安全:针刺实验过程中,传统铜/铝箔会产生大尺寸毛刺,造成内短路,引起热失控。而复合集流体产生的毛刺尺寸小,叠加高分子材料层受热发生的断路效应,短时间内可大大降低短路电流,也有效防止锂枝晶穿透隔膜引发的热失控。
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高比能:由于大幅降低了铜、铝等金属材料用量可实现大幅减重,从而提升能量密度。复合铜箔中铜厚度相比6μm铜箔减少66.67%,复合铝箔中铝厚度相比10μm铝箔减少80%相同条件下,能量密度有望提升5%。
复合铜箔主降本,复合铝箔主安全+轻薄化,我们预计25年合计市场空间有望接近300亿元。
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复合铜箔:复合铜箔降本效应明显(理论可降本50%),若未来量产问题解决,我们预计可大规模替代传统铜箔。我们预计25年复合铜箔渗透率达20%,全球需求量达45亿平,单价按4.6元/平,市场空间达206亿元。
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复合铝箔:复合铝箔降本效应一般,但量产进展领先(金美22年11月已经量产)+安全性+轻薄化(铝箔厚度从12下降至2微米),我们预计可在消费、高端动力领域实现一定程度替代,预计25年渗透率达10%,全球需求量达21亿平,单价按4.1元/平,市场空间达86亿元。
复合集流体赛道呈现出0-1(行业+公司)、技术路线众多且尚处于优化中、暂时仅有理论经济性尚未实现大规模量产经济性的特点。
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复合集流体生产颠覆传统集流体生产工艺,是不可多得的0-1细分赛道。传统铜箔采用电解工艺,传统铝箔采用压延工艺,复合铜/铝箔生产工艺主要为物理气相沉积(PVD)+化学电镀。
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技术路线众多,从步骤看有一步/两步/三步法(复合铜箔),从基膜选择看有PET,PP,PI之争。复合铜箔主流系两步法(磁控溅射+化学电镀),三步法是在磁控溅射步骤后加上蒸镀工艺作为过渡,减少后半段电镀难度。一步法在高分子膜材表面直接化学沉积(三孚新科)或磁控溅射(道森股份)形成铜金属层。PET耐温性、结合力更好,产业进展领先,PP在电池端性能表现更好,更受电池厂青睐。
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实际生产过程中问题较多。磁控溅射过程中容易出现箔材穿孔、铜膜结合力差、产线效率低等问题,水电镀阶段幅宽、车速、镀铜均匀性离规模化量产尚有提升空间。
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复合铜箔按照目前设备效率,考虑一定良品率,理论计算已有经济性,复合铝箔暂无。我们预计复合铜箔营业成本在2.8-3.1元/平,低于电解铜箔的3.9元/平,以上为按照目前设备效率、良品率测算的成本数据,但由于产业尚无大规模量产交付产线,实际运行效率、成本未知。根据鑫椤锂电数据,目前复合铜箔实际成本在5-8元/平。复合铝箔材料成本下降效应不明显(铝价明显低于铜),考虑设备成本后,难以实现降本效应。根据鑫椤锂电数据,目前复合铝箔的价格也在5-8元/㎡,是传统铝箔价格的2.9-4.6倍,即便是3.2-6元/㎡的成本价也比传统铝箔的价格高出不少。
复合集流体产业链包括基膜、靶材、设备、成品制造,电池制造焊接方式发生变化,各环节市场空间和相关标的如下:
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基膜:我们预计25年市场空间在17亿元,相关标的有双星新材(PET膜)、东材科技(PP膜)、沃格光电(PI膜)。
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靶材:我们预计25年市场空间在7亿元,相关标的有阿石创、欧莱靶材(IPO中)。
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磁控+水电镀设备:我们预计25年磁控+水电镀市场空间282亿元,相关标的东威科技。
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滚焊设备:我们预计25年市场空间65亿元,相关标的骄成超声。
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成品制造:我们预计25年市场空间300亿元,拟布局进入的公司众多(20个左右),我们目前进展较为领先的有产业化先驱-金美新材料(非上市)、扩产激进+量产领先的宝明科技,具备全产业链技术研发优势+基膜自供成本优势的双星新材。
1. 从趋势看,复合集流体兼具降本+高安全,有望替代传统集流体,我们预计25年市场空间达300亿元
1.1. 为什么关注复合集流体?降本增效,复合集流体在消费、动力、储能电池中崭露头角
2021年后,复合集流体以同时兼顾能量密度、循环寿命、安全性及电池成本的优势,在消费、动力、储能领域崭露头角。
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消费:21年7月,OPPO发布五层夹心式安全电池,引入复合集流体技术,实现复合集流体在消费电子领域的应用。
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动力:宁德时代研发的多功能复合集流体技术在2021 年全球新能源汽车前沿及创新技术评选中获评为十大创新技术之一。
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储能:海辰新能源22年1月申请了复合集流体及其制备方法和应用专利。
2022年11月11日,金美新材料宣布量产8 微米复合铝箔,成为国内首家宣布量产复合集流体的企业。
1.2. 什么是复合集流体?金属导电层-高分子材料支撑层-金属导电层”三明治结构的新型材料
集流体是锂电池中的一种关键材料,作用是将电池活性物质产生的电流汇集起来,以产生更大的输出电流。正极采用铝箔,负极采用铜箔。为提升电池能量密度和安全性以及降低成本,锂电池用集流体正在向高密度、轻薄化、高抗拉强度、 高延伸率等方向发展。
复合集流体是一种以高分子绝缘树脂PET/PP等材料作为“夹心”层,上下两面沉积金属铝或金属铜,制成“金属导电层-PET/PP高分子材料支撑层-金属导电层”三明治结构的新型锂电材料。
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复合铜箔:在厚度3.0-4.5µm的PET/PP等基材表面采用PVD磁控溅射的方式,双面镀制一层20-70nm的铜膜,方阻约为0.5-2Ω,实现薄膜表面金属化,然后通过化学电镀增厚的方式,将铜膜加厚到1µm。
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复合铝箔:在厚度4.5~6.0µm的PET/PP等基材表面采用PVD蒸发的方式,双面镀制一层1µm的铝膜,实现薄膜表面金属化,代替传统铝箔。
1.3. 复合集流体兼具高安全、高比能、低成本、长寿命、强兼容等优点 高安全:传统技术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”。
高比能:复合集流体中间层采用轻量化高分子材料,重量比纯金属集流体降低50%-80%。随着重量占比降低、电池内活性物质占比增加,能量密度可提升5%-10%。 低成本:与传统箔材相比,复合集流体金属材料使用量减少,因此原材料成本得以下降。 长寿命:高分子材料围绕电池内活性物质层形成层状环形海绵结构,在充放电过程中,可吸收极片活性物质层锂离子嵌入脱出产生的膨胀-收缩应力,从而保持极片界面长期完整性,使循环寿命提升5%。 强兼容:传统集流体直接升级为复合集流体不会影响原有电池内部电化学反应,因此复合集流体可运用于各种规格、不同体系的动力电池(但由于PET材料的引入,电池制造需新增工序)。
高安全:高分子材料毛刺小+发生断路效应,可有效控制电池热失控 电池的安全隐患:电池在使用过程中可能因为受到碰撞及挤压、电器元件故障、温度管理不当等因素,导致电池隔膜失效,电流增大并产生热量,即发生内短路现象。
针刺实验过程中,传统铜/铝箔会产生大尺寸毛刺,造成内短路,引起热失控。而复合集流体产生的毛刺尺寸小,叠加高分子材料层受热发生的断路效应,短时间内可大大降低短路电流,也有效防止锂枝晶穿透隔膜引发的热失控。
高比能:相同条件下,能量密度有望提升5%以上 复合集流体特别是复合铜箔可实现大幅减重。根据高工锂电数据,传统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。复合铜箔中铜厚度相比6μm铜箔减少66.67%,复合铝箔中铝厚度相比10μm铝箔减少80%。金属用量的节省部分用PET等材料进行替代后,保障安全性的同时重量更轻,产品综合性能更优。
根据重庆金美官网,其复合铜箔面密度较传统铜箔降低77%,能量密度提高5%以上。
在更轻的重量下,下游电池厂商有机会在电池单体中注入更多电解液或正负极活性物质以增加电池容量及延长电池寿命。
低成本:根据高工锂电,我们预计理论上复合铜箔较传统铜箔降本40%+ 根据高工锂电数据,复合铜箔单材料成本低于传统铜箔65%。以6μm铜箔为例,其单位材料成本为3.73元/平方米;而6.5微米PET铜箔的铜箔厚度为2μm,单位材料成本为1.3元/平方米,低于铜箔的单位成本,材料成本优势明显。
我们预计复合铜箔理论成本低于传统铜箔40%+。传统铜箔材料成本为3.73元/平,按照材料成本占比83%推导出全生产成本在4.5元/平,而复合铜箔材料成本在1.3元/平,按照材料成本占比在50%推导出全生产成本在2.6元/平。
1.4. 复合铜箔主降本,复合铝箔主安全,我们预计25年合计市场空间有望接近300亿元 复合铜箔降本效应明显,若未来量产问题解决,我们预计可大规模替代传统铜箔。我们预计25年复合铜箔渗透率达20%,全球需求量达45亿平,单价按4.6元/平,市场空间达206亿元。 复合铝箔降本效应一般,但量产进展领先(金美22年11月已经量产)+可提升安全性+轻薄化(铝箔厚度从12微米下降至2微米),我们预计可在消费、高端动力领域实现一定程度替代。我们预计25年复合铝箔渗透率达10%,全球需求量达21亿平,单价按4.1元/平,市场空间达86亿元。
2. 从实际看,大规模量产尚有难度,技术路线众多,呈现百花齐放状态
2.1.传统铜箔采用电解工艺,传统铝箔采用压延工艺 传统铜箔又叫电解铜箔,核心工序包括电解溶铜、电解、表面处理、分切。主要生产流程是将铜材溶解后制成硫酸铜电解液,然后在专用电解设备中将硫酸铜电解液通过直流电电沉积而制成箔,再对其进行表面粗化、防氧化等处理,最后经分切、检测后制成成品并包装,共包括溶铜造液工序、生箔工序、后处理工序和分切工序四个生产工序。
传统铝箔上游是电解铝,核心工序包括熔炼、轧制、铸轧、切边、退火等。熔炼是指将铝锭通过加热的方式,使其达到熔化温度并进行熔体的成分配比、净化处理的过程;轧制是指轧辊与轧件相互作用时,轧件被轧辊拉进旋转的轧辊之间,受到压缩发生塑性变形的过程;铸轧是指铝熔体通过内部有循环水冷却的旋转着的两辊之间的缝隙而得到凝固,并在通过辊缝时受到轧辊轧制的工艺。
2.2.复合铜/铝箔生产工艺完全颠覆传统铜/铝箔,核心在物理气相沉积(PVD)+化学电镀 由于PET等高分子材料的结晶度大、极性小、表面能低,会影响镀层与基材之间的黏合力,且高分子材料大多为不导电的绝缘体,因此无法直接进行电镀,需要先对高分子材料进行表面处理、活化等,使其表面沉积一层导电的金属膜。此环节的核心逻辑在于使高分子材料“金属化”,对此,复合铜箔采用磁控溅射,复合铝箔采用蒸镀工艺。 复合铜/铝箔镀膜大致可分为两步:1)磁控溅射/蒸镀形成具备特殊性能的金属薄膜;2)化学电镀加厚金属膜层。 磁控溅射(复合铜箔):属于物理气相沉积的一种,电子在电场的作用下与氩气碰撞后,高能量的氩原子电离后撞击靶材表面,使得靶材发生溅射,溅射粒子在基片上沉积形成薄膜。它的优点有镀膜稳定性好、重复性好、均匀度好,适合连续大面积镀膜,但是这种技术也存在不足,效率比较低,镀膜技术比较慢,另外设备投资比较高。
蒸发镀膜(复合铝箔):属于物理气相沉积的一种,为在真空条件下,采用一定的加热蒸发方式使得镀膜材料气化,粒子在基材表面沉积凝聚为膜的工艺方式。优势是成膜速度快,适合高速的膜层的生长,但是不足点在于膜层比较疏松,结合力、结合强度偏弱,另外它靠热量溶化材料,所以整体的温升会比较高。基膜一般都不耐温,容易产生变形。
化学电镀(共同的工序,一般为水电镀):为传统电镀工艺,PET/PP 等基材在经过磁控溅射后,基材表面沉积一层薄金属层,通过电化学方式实现在溅射金属层-PET基材-溅射金属层复合材料两侧进行金属沉积,增加金属层厚度,降低电阻。
2.3.复合铜箔主流工艺为两步法,后又衍生出一步法、三步法 复合铜箔两步法包括磁控溅射+化学电镀。两步法是在基材上利用磁控溅射工艺制作一层约50nm基础金属层,再用水电镀工艺将铜镀层提升至1um左右。 三步法是在磁控溅射步骤后加上蒸镀工艺作为过渡,减少后半段电镀难度。 一步法在高分子膜材表面直接化学沉积(三孚新科)或磁控溅射(道森股份)形成铜金属层。 三孚新科:公司的一步式全湿法复合铜箔化学镀铜工艺,通过化学沉积的方式在薄膜基材表面覆盖一层致密可靠的金属铜层,其生产流程较为简单,可以同时进行双面镀膜,能够实现“一步法”完成复合铜箔制造,所获得的复合铜箔在生产良率、镀膜厚度均匀性、结合力等方面表现良好。此外,该工艺无“边缘效应”,较为适合大宽幅复合薄膜的生产,能够避免设备原因造成复合铜箔切边损失,并且该工艺所获得的镀层中无有机硫化物共析,有利于得到纯度更高的铜层。
道森股份:目前公司重点研发的是复合铜箔一体机设备,该设备以真空磁控溅射为核心,具有较高的技术壁垒,计划于23年1季度完成组装调试,正式推向市场。
复合铜箔与电解铜箔工艺的区别在于:电解铜箔核心工艺是在阴极辊中将硫酸铜电解液通过直流电电沉积而制成原箔。复合铜箔直接采用真空镀膜与化学电镀铜工艺,将铜膜镀在非金属材料表面,主要工序是磁控溅射和水电镀,细分来看,生产流程如下: 真空磁控溅射活化、镀铜:首先在真空环境中,对基材表面进行活化预处理,改善基材表面质量、提升基材与金属涂层的结合力。镀膜的方式为磁控溅射,镀膜过程在真空磁控溅射设备中进行,使靶材溅射在基材上形成双面的铜镀层。
水电镀:包括碱性和酸性离子置换过程。碱性离子置换以无氧铜角作为阳极,基膜作为阴极,通过外加电源,溶液中的铜离子被还原成铜原子,沉积在基膜表面而增厚铜层。碱性水电镀得到的镀铜层与基膜结合力强,形成的铜层晶粒致密,被称为“高密度铜层”。酸性离子置换以磷铜球作为阳极,处理后的基膜作为阴极,在产品表面沉积出金属铜堆积层。酸性水电镀阴极电流效率高,镀层光亮平整。也存在极少部分产品在真空磁控溅射环节之后直接进行酸性离子的置换。
2.4.磁控溅射:量产痛点,具体表现为箔材穿孔、铜膜结合力差、产线效率低 磁控溅射原理为用高能等离子体轰击靶材,并使表面组分以原子团或离子形式被溅射出来,并沉积在基片表面,经历成膜过程,最终形成薄膜。 常规镀膜技术存在三大难关,主要在磁控溅射工序造成: 箔材穿孔:溅射铜种子层的过程中,高温的金属熔融物飞溅熔穿箔材,形成穿孔;其次因常规磁控溅射一般为原子沉积,铜种子层致密度差,也增加了后续电镀加厚环节中的针孔出现率。 铜膜结合力差:常规磁控溅射技术的粒子密度低,无法对PET/PP聚合物基体表面进行有效活化,导致铜膜与聚合物基体的结合力差,增加电池安全风险。 产线效率低:受常规磁控溅射技术节拍限制,铜金属沉积速度20~30nm/min,厚铜箔沉积时间长,难以实现卷对卷生产,阻碍高效率交付。
2.5.水电镀:幅宽、车速、镀铜均匀性里规模化量产尚有提升空间 电镀过程为氧化还原过程,利用电流电解作用将金属沉积于电镀件表面,形成金属涂层。具体来说,将待加工的镀件接通阴极放入电解质溶液(例如硫酸铜)中,将金属板接通阳极(例如铜球),在外界直流电的作用下,金属铜以二价铜离子的形式进入镀液,并不断迁移到阴极表面发生还原反应,在阴极上得到电子还原成金属铜,逐步在镀件上形成金属铜镀层。
目前大多是PCB 电镀设备企业进军复合铜箔水电镀领域,但由 PCB 电镀迁移至复合铜箔电镀,基材的厚度降低、幅宽增加,在更薄且更易变形的膜上镀铜,需要更高难度的工艺改进。
目前复合铜箔材料幅宽一般达到 1200mm以上,幅宽越宽,材料张力控制越难。复合铜箔基膜需要在电镀槽液体中持续穿行几十米的距离,传输过程中若传动轮速不均匀,张力控制不当,更薄更宽的材料很容易出现膜拉伸变形现象。此外,更薄的膜会更容易出现因发热熔穿和电击穿等穿孔现象。
复合铜箔镀铜均匀性需要至少达到 1µm±0.1µm,当前复合铜箔电镀设备速度至少需要达到7m/min以上,且距离规模化量产仍有提升空间。
2.6.按照目前设备效率,考虑一定良品率,复合铜箔可较电解铜箔降本18-25% 我们预计复合铜箔营业成本在2.8-3.1元/平,低于电解铜箔的3.9元/平,核心假设如下: 铜价:按照含税7万元/吨,不含税6.2万元/吨,对应到1微米厚度的铜上单价为0.55元/平;
设备折旧:复合铜箔按照1)磁控溅射单价1500/2000万元/台,年产出491/945万平(考虑良品率在80%)2)水电镀按照单价1200万元/台,年产出298/425万平(区别在车速,良品率为90%),再加上其他设备成本,我们预计单平设备投资额为5.3-7.5元/平;电解铜箔按照单万吨设备投资额3亿元,对应到单平设备投资额为1.6元/平。
以上为按照目前设备效率、良品率测算的成本数据,但由于产业尚无大规模量产交付产线,实际运行效率、成本未知。根据鑫椤锂电数据,目前复合铜箔实际成本在5-8元/平。
2.7.复合铝箔制作工艺难度低于铜箔,已率先量产,但没有经济性 复合铝箔主要生产工序为一次真空反应镀膜、二次真空镀铝、分切等。 真空反应镀膜:通过化学气相沉积方式在原材料原膜基础上沉积铝的氧化层作为膜面活化物质,向蒸发载体送入铝丝,通过电加热使得固态铝转变为气态铝。在铝蒸汽扩散通道上通入氧气,发生反应,生成沉积在基体表面致密性好、抗蚀的辅助层。 真空镀铝:使用镀膜氧化铝物料作为基膜,使用物理蒸镀沉积方式形成具备特殊性能的金属铝薄膜。 与复合铜箔材料的制程不同,复合铝箔不需要使用水镀增厚的工序,流程更简单,生产过程无污染,没有环保资质的要求。 2022年11 月11 日,金美新材料宣布量产8 微米复合铝箔。公司第一代产品2018 年已经在欧洲某车型搭载使用,目前反馈效果十分不错。公司8 微米复合铝箔量产产线已经完成安装调试和试产验证,于22年10 月正式进入量产爬坡阶段。 复合铝箔材料成本下降效应不明显(铝价明显低于铜),考虑设备成本后,难以实现降本效应。根据鑫椤锂电数据,目前复合铝箔的价格也在5-8元/㎡,是传统铝箔价格的2.9-4.6倍,即便是3.2-6元/㎡的成本价也比传统铝箔的价格高出不少。 材料成本:以12μm铝箔为例,复合铝箔铝厚度降至1µm,我们按照铝单价1.7万元/吨(不含税),厚度降低10µm可带来降本0.45元/平,而目前传统铝箔价格在3-4万元/吨(合1-1.3元/平)。 设备成本:传统铝箔1万吨设备投资额在1亿元左右,转化为单平投资在0.3元/平,而复合铝箔设备成本我们预计大幅增加。
2.8.基膜:PET耐温性、结合力好,产业进展领先,PP在电池端性能表现更好,更受电池厂青睐 目前复合集流体对膜基材的选择有PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PP(聚丙烯)、PI(聚酰亚胺),PET最为主流。目前PET、PP、PI都在用于制作复合集流体,正极集流体基本上用PET,负极集流体有用PET,也有用PP的,PI成本较高目前应用较少。 PET和PP性能各有千秋,PP膜应用在电池端性能表现更好。PET比PP有更好的耐温特性、更好的粘结强度,但是PP有更好的耐腐蚀性,在电池电解液里面耐腐性更有优势。无极性的PP基材耐酸碱性强,最终运用在电池端的性能表现会更好,胜利精密表示部分客户希望得到PP基材的复合铜箔产品。 PET和PP选择的不同会影响设备配置和选择,PP膜镀膜设备复杂度、生产工艺难度高于PET膜。由于PET和PP薄膜分属极性和非极性聚合物,表面特性差异大,这种差异对基材与铜膜之间的结合力有明显影响,从而导致与不同基材相对应的PVD镀膜设备的配置及产能指标存在很大不同。一般情况下,适用于PP基材的PVD镀膜设备可以兼容PET基材(可以视为基材通用型设备),但PET基材专用型镀膜设备无法兼容PP基材镀膜。由于PP基材在PVD设备中的高速在线活化预处理环节比较复杂,通用型设备的造价明显高于PET基材专用型设备;同时,一般情况下加工PP基材时的设计加工速度也都会低于PET基材加工速度。
3.复合集流体产业链分环节空间&标的 3.1.复合集流体产业链包括基膜、靶材、设备、成品制造,电池制造焊接方式发生变化 复合集流体产业链包括原材料(铜、铝、高分子材料)、设备(靶材、磁控溅射、水电镀、一体机)、成品制造。
此外,当集流体由单纯的铜铝箔变为复合材料,对电池制造工序产生影响,需在涂布和辊压之间增加超声波滚焊预处理和极耳焊接改用超声焊。
3.2. 基膜:我们预计25年市场空间在17亿元,建议关注双星新材、东材科技、沃格光电 目前PET膜生产厂商有海外的日本东丽,国内的双星新材,康辉新材(恒力石化旗下公司),PP膜生产厂商主要有东材科技,PI膜生产厂商有沃格光电。 双星新材:公司专注于BOPET行业近20年,目前已成长为全球BOPET行业龙头,公司既做PET基膜原料,也在PET铜箔成品制造。
康辉新材:公司PET复合集流体基膜已通过下游电池工厂验证可实现批量生产,并成功与下游多家大型集流体生产商取得合作。产品品质达到较高等级,在复合集流体市场备受青睐。
东材科技:22H1公司拥有3条PP膜生产线,在建2条,在建产能在3000吨/年。
沃格光电:基于特种PI材料的复合铜箔降本技术路径已基本确认,基膜性能符合电池厂要求,后续将进一步推进打样和送样进度。公司既做PI基膜,也在复合铜箔成品制造。
我们按照基膜单价0.24元/平(3万元/吨,假设有效利用率80%),复合铜箔25年需求45亿平,复合铝箔需求21亿平下,预计24年基膜市场空间在17亿元。
3.3. 溅射靶材:我们预计25年市场空间在7亿元,相关标的有阿石创 溅射靶材是磁控溅射的主要材料,或将成为影响技术进一步迭代升级的重要因素之一。溅射靶材是指通过磁控溅射等镀膜系统在适当工艺条件下溅射沉积在基板上形成各种功能薄膜的溅射源,是磁控溅射的主要镀膜材料,按形状可分为平面靶和旋转靶。溅射靶材的产品质量、性能指标直接决定了终端产品的品质和稳定性。 我们按照单平价值量0.15元计算,预计磁控靶材25年市场空间在7亿元。 阿石创在PVD镀膜和复合集流体领域具有相关技术积淀。 镀膜经验丰富:阿石创是一家专业从事PVD镀膜材料的生产商,与国内外PVD镀膜设备厂家、应用厂家有良好技术交流;公司可提供各类金属靶材、合金靶材、化合物与氧化物靶材,对各类材料的物理、化学等特性均有深度研究,并先后服务于光学光通讯、平板显示、光伏、节能玻璃等诸多行业超400家的全球客户,积累了丰富的PVD镀膜材料行业应用经验。
布局复合集流体:阿石创已经开始布局复合铜箔领域,目前已完成设备选型和下定工作。
3.4. 我们预计25年磁控+水电镀市场空间282亿元,滚焊市场空间在65亿 目前磁控溅射设备厂商有海外的爱发科、德国莱宝等,国内的有腾胜科技(非上市)、汇成真空(非上市)、东昇制造(非上市)、汉嵙新材(非上市)、东威科技(正在布局)。水电镀设备主要厂家为东威科技。 滚焊设备厂商有骄成超声、新栋力。
我们预计25年复合铜箔磁控溅射+水电镀设备市场空间为206亿元,复合铝箔蒸镀市场空间为76亿元,滚焊设备市场空间为65亿元,核心假设如下: 渗透率:磁控和水电镀按照23-25年复合铜箔渗透率乘以系数1.5、1.3、1.1(考虑扩产设备先行),蒸镀按照23-25年复合铝箔渗透率乘以系数1.5、1.3、1.1。
单GWh价值量:磁控溅射23-25年分别在3000、2700、2000万元,水电镀在3600、3000、2200万元,蒸镀在4500、4050、3250万元,滚焊在1000、950、900万元。
3.5. 磁控溅射:道森股份一体机方案进展相对领先 磁控溅射镀膜具有结合力好等突出优势,但仍存在一定缺陷需要逐步迭代优化。采用此方法镀膜具有结合力好、稳定性好、均匀度好、膜层致密等突出优点,但仍存在褶皱变形、温度控制、薄膜穿孔等问题需要通过技术迭代不断解决。 建议关注:道森股份等进展较快的设备公司。我们认为,磁控溅射设备处于技术迅速迭代阶段,在研发和销售方面进展较快的公司具备一定的先发优势,有较强的竞争实力。 进展情况:道森股份通过控股子公司洪田科技开展磁控溅射研发工作,采用磁控溅射一体机方案,一次性完成基膜双面镀 1μm 铜箔,计划于2023年初完成样机的组装调试,预计2023年3-4月做出PET铜箔样品,在上市公司中进展相对领先。
3.6. 水电镀:东威科技技术背景较为雄厚,是目前国内唯一量产水电镀设备的企业 水电镀是磁控溅射的有效补充。PET/PP 等基材在经过磁控溅射后,表面沉积了一层薄金属层,水电镀(化学电镀)在溅射金属层-PET基材-溅射金属层复合材料两侧进行金属沉积,增加金属层厚度,缓解了由于磁控溅射单次镀膜厚度为纳米级,要达到微米级铜厚需要多次溅射,导致单位面积加工成本高、效率低的问题。
建议关注:东威科技等相对领先企业。东威科技技术背景雄厚且具备先发优势,是目前国内唯一量产双边夹卷式水平镀膜设备的企业。 技术优势:公司拥有世界领先的FPC软片卷对卷工艺且VCP设备市占率高于50%,电镀技术沉淀20余年,储备深厚; 先发优势:公司2017年便受托于电池厂商开始研发镀膜设备,2019年研发成功,2020年实现技术更新,先发优势较强; 市场优势:公司已公告订单超17亿元,在手订单接近300台,市场接受度较高。 布局前道磁控溅射设备:东威科技磁控溅射设备于2022年12月实现首台出货。 我们认为:东威科技未来有望实现磁控溅射设备+水电镀设备前后道配合销售,进一步提升市场地位。
3.7. 超声波滚焊设备:骄成超声技术指标较为领先 复合集流体替代传统集流体需要新增极耳转印焊工序。传统的铜箔极耳超声波焊接工艺一般是先预焊后终焊,预焊一般是将多层极耳箔材连接在一起,终焊需将多层极耳和连接片焊接在一起,而以复合集流体替代传统的铜箔,锂电池在前段工序会多一道采用超声波高速滚焊技术的极耳转印焊工序,预计在中段工序的多层极耳超声波焊接工序保持不变的前提下,电池厂单条产线对滚焊设备的需求数量是极耳超声焊接设备的 3 倍。
重点推荐:骄成超声等在超声波焊接领域技术实力较为领先的企业。 技术实力较强:骄成超声基于超声波高速滚动焊接系统技术开发的超声波滚焊机,集成了高精度声学主轴系统设计技术、可高速旋转的换能器技术以及高速数据采集技术。可以实现锂电池复合集流体高速滚动焊接,并实时采集焊接过程中的功率、振幅、温度、压力等波形数据,实时报警,保证焊接质量。采用全波对称式结构的声学设计,具有高稳定性的特点,声学系统空载损耗低于5%,超声组件在振动的同时进行高速连续旋转,最大焊接速度超过 80m/min,频率为 40kHz 时最大压力可达 2500N。
行业对比占优:国内同行业尚未见其他运用于复合集流体电池量产线应用的超声波滚焊设备,国外仅少量同行业公司涉及滚焊技术,日本 Utex 公司 40kHz 时最大压力 500N,法国 Mecasonic 公司最大焊接速度 60m/min,技术指标均不及骄成超声。
3.8. 金美新材料(非上市):复合集流体产业化先驱 金美主营业务为新型高端功能材料、高端电子专用材料研发、制造和销售,主打产品为多功能复合集流体铝箔(MA)和多功能复合集流体铜箔(MC)。该材料产品是金美联合新能源行业头部企业相互配合研发,目前已经实现商品化应用,进入量产阶段。 金美新材料自2015年开始研发,20年实现6微米铜复合集流体小规模量产,22年实现8微米铝复合集流体正式量产下线。2015年,金美新材料开始着手开发复合集流体材料以及相应的配套装备。2018年,该公司完成一系列严苛测试并跟随核心客户的动力电池在欧洲某车型得到了批量化应用。2019年至2020年,为了研发新一代产品并实现量产,该公司克服资金、时间、工艺、产线等方面困难,最终实现了6微米铜复合集流体小规模量产。2022年11月11日,金美新材料新一代复合集流体MA产品正式量产下线,这标志着该公司正式成为成功拥有量产8微米铝复合集流体材料能力且已经开始输出量产产能的企业。
重庆金美项目一期总投资15亿元,一期全部产线满产后可达到年产能3.5亿平米,年产值17.5亿元,重庆金美未来产值30亿的二期、三期项目会落户綦江万盛创新经济走廊-永桐新城园区,在2025年之前形成年产值100亿元。
3.9. 宝明科技:进展领先,战略规划激进 宝明科技专业从事LED背光源的研发、设计、生产和销售以及电容式触摸屏主要工序深加工,LED背光源和电容式触摸屏手机、平板电脑、数码相机、车载显示器、医用显示仪、工控显示器等领域。2021年,公司设立控股子公司深圳新材料主要从事新能源锂电池材料的研发、生产和销售,主要产品为锂电复合铜箔。 宝明科技积极布局复合铜箔生产,公告拟投资60亿元扩产赣州基地+62亿元扩产马鞍山基地。 赣州基地:2022年7月,公司公告拟在赣州经济技术开发区投资建设锂电池复合铜箔生产基地,项目计划总投资60亿元(一期11.5亿元,二期48.5亿元)。 马鞍山基地:2023年1月,公司拟以自有资金人民币8,000万元设立全资子公司安徽宝明新材料,计划总投资62亿元人民币建设复合铜箔生产基地,项目拟选地址:马鞍山市宁马新型功能区规划区域内。
公司一期1.5亿平产能预计23Q2量产。第一批设备22年 12 月份开始交付,预计23年上半年交付完毕。目前公司锂电复合铜箔产品生产良率约 80%。一期计划 2023 年二季度量产,全部达产后年产复合铜箔 1.5 亿平米左右,配套的电池为 14~15GWh 左右。
3.10. 双星新材:具备全产业链技术研发优势+基膜自供成本优势 公司业务主要包括“五大板块”即光学材料、新能源材料、信息材料、热收缩材料和节能窗膜材料,下游应用领域涉及液晶显示、消费电子、光伏新能源、汽车和节能建筑等。
公司在2020年8月进行该项目立项,提出PET复合铜箔材料项目开发,2020年10月,围绕复合铜箔用PET基材原料开始研发提出用于聚酯功能母料的开发,做好产品下一步具体对接。之后,针对复合集流体的聚酯功能母料及制备研究开发,多次反复研究。针对复合铜箔用PET基材研发,并进一步对基膜开始试样测试,采用磁控溅射的方式,在膜层表面镀金属,实现基材表面金属化。目前成品送样客户测试,反馈良好,送样客户中4成是消费电池,其余是动力电池。
公司22年11月表示目前PET铜箔整体良率达到92%,磁控溅射的良率在98%,公司预计在22年11月底完成主线的建设,12月中旬向下游客户再次送样评价,在前期小样研究开发评价基础上再进行量产的评价。 公司优势:同时拥有从原料开发(PET)到挤出拉伸、到精密涂布,包括到电子光雕、微成型等全套工艺,覆盖了在薄膜加工上的镀、涂、压、拉、印等全产业链的工艺布局。
图:布局复合集流体的公司概况一览(不完全统计)
4. 投资建议 4.1.弹性标的优选成品制造公司,确定性标的优选设备、基膜公司 从市场空间看,成品制造>设备>基膜,从竞争格局看,设备=基膜>成品制造,综合考虑市场空间、竞争格局看弹性,成品制造>设备>基膜。从确定性看,设备>基膜>成品制造。 我们综合看弹性+确定性,弹性标的建议关注【宝明科技】、【元琛科技】、【阿石创】,确定性标的重点推荐【骄成超声】,建议关注【东威科技】、【道森股份】,此外建议关注基膜-成品制造一体化公司【双星新材】、【东材科技】。
电气设备行业报告《复合集流体:长坡厚雪新赛道,百舸争流放量时》 对外发布时间:2023年02月04日 报告发布机构:天风证券股份有限公司(已获中国证监会许可的证券投资咨询业务资格) 本报告分析师孙潇雅 SAC执业证书编号:S1110520080009
原文始发于微信公众号(新能源前沿战队):产业趋势研判|复合集流体:长坡厚雪新赛道,百舸争流放量时【天风电新】
新能源汽车的快速发展带动了动力电池的高速增长。动力电池生产流程一般可以分为前段、中段和后段三个部分。其中,前段工序包括配料、搅拌、涂布、辊压、分切等,中段工序包括卷绕/叠片、封装、烘干、注液、封口、清洗等,后段主要为化成、分容、PACK等。材料方面主要有正负极材料,隔膜,电解液,集流体,电池包相关的结构胶,缓存,阻燃,隔热,外壳结构材料等材料。 为了更好促进行业人士交流,艾邦搭建有锂电池产业链上下游交流平台,覆盖全产业链,从主机厂,到电池包厂商,正负极材料,隔膜,铝塑膜等企业以及各个工艺过程中的设备厂商,欢迎申请加入。
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