复合集流体：下一代锂（钠）电池集流体，即将开启高速成长期

复合集流体：下一代锂（钠）电池集流体，即将开启高速成长期 复合集流体行业深度研究报告 太平洋证券研究院新能源团队 首席刘强执业资格证书登记编号：S1190522080001 研究助理谭甘露一般证券业务登记编号：S1190122100017 2023年7月7日 报告摘要 1.复合集流体兼具高安全、高能量密度、长寿命等优势，复合铜箔有望具备显著的成本优势 安全性方面，复合集流体的轻量化高分子基材具有阻燃特性，且其金属导电层较薄，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”。能量密度方面，复合铜箔中间层采用轻量化高分子材料，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%以上。循环寿命方面，在充放电过程中，高分子材料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，使循环寿命提升约5%。成本方面，由于材料成本大幅降低，复合铜箔规模化生产后单平成本有望降低至3元以下，相较于传统铜箔成本有望具备显著优势。 2.复合集流体市场成长潜力大，技术路线逐渐明晰，产业化进程加快 1）市场空间：由于复合铜箔规模化以后有望具备明显的成本优势，且性能优越，复合铜箔产品未来渗透率有望快速提升，复合铝箔有望应用于高端电池产品，2025年复合集流体市场空间有望达到百亿级。 2）技术路线：基膜方面，PET熔点较高，目前大部分企业向下游送样的产品以PET为基膜，但其不耐浓酸，影响电池高温循环性能。目前部分企业也正在积极研发以PP为基膜的复合集流体，并开始向下游送样，其耐腐蚀性较好，有望应用于动力电池领域。工艺方面，目前复合铜箔以“磁控溅射+水介质电镀”为主，复合铝箔以真空蒸镀为主。 3）产业化进程：目前重庆金美、双星新材、万顺新材、宝明科技、英联股份等企业的复合集流体产品已获订单或送样，下游电池厂商如宁德时代等积极推进复合集流体的应用，如麒麟电池采用复合集流体，搭载于极氪009，行业有望0-1加速落地。 3.全产业链协同发展，率先量产并向下游导入的公司有望受益： 1）投产/下游应用领先：万顺新材、双星新材均已获得首张订单，宝明科技、英联股份等已具备量产能力并已送样； 2）已公告建设项目：璞泰来、隆扬电子、胜利精密、光莆股份等； 3）添加剂对成品致密性、光滑度有较大影响：光华科技等。 4）产业化前期设备有望受益：东威科技、骄成超声等 4.风险提示：投产不及预期、下游需求不及预期。 目录 Contents 1 具备高安全、高能量密度、长寿命等优势，复合集流体前景广阔 2 工艺难度较大，镀膜为关键 3 产业链积极布局，重视0-1落地的机会 4 风险提示 1.1 复合集流体具备多重优势，有望成为下一代电池集流体材料 集流体是锂（钠）电池中的关键材料之一，在锂(钠)离子电池中既充当正、负极活性物质的载体，又充当其电子流的收集与传输体。目前压延铝箔、电解铜箔由于导电性良好、制作工艺较为成熟等，是主流的正、负极集流体材料，其99.5%以上的成分为纯铝/纯铜，在锂电池中的成本占比合计约为11%。集流体的抗拉强度、延展性、致密性、表面粗糙度、厚度均匀性及外观质量等对锂(钠)离子电池正负极制作工艺和锂(钠)离子电池的电化学性能有着很大的影响，因此锂（钠）电池对集流体的厚度、抗氧化性能及粘附性能等提出了多方面的要求。然而传统集流体厚度较厚、重量较重、料用量较大、抗拉强度和延展性有限，随着锂(钠)离子电池性能、成本不断优化，需要新型集流体材料来满足锂(钠)离子电池升级对集流体提出的更高要求。 复合集流体是一种以高分子绝缘树脂材料作为“夹心”层，上下两面沉积金属铜或铝，制成“金属导电层-高分子材料支撑层-金属导电层”三明治结构的新型锂电材料。复合集流体用密度及成本更低的绝缘高分子材料对原来部分金属材料进行替代，对锂电池能量密度提升、安全性提升、成本降低具有重要的意义。 图1：传统电池铜箔（左）/铝箔（右）中 99.5%以上成分为纯铜/纯铝 资料来源：腾胜科技官网、太平洋研究院整理 图2：复合集流体的结构类似于“三明治” 资料来源：重庆金美环评报告、太平洋研究院整理 图3：铜箔在锂电池中的成本占比约为10%，铝箔的成本占比约为1-2% 铜箔铝箔其他 1.2 复合集流体具备高安全、高比能、长寿命等优势 高安全 1）复合铜箔中间的高分子基材具有阻燃特性，且其金属导电层较薄，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）经受力断裂后毛刺较少，可有效防止内短路。 高能量密度 复合铜箔中间层采用轻量化高分子材料，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%以上。 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，使循环寿命提升约5%。 强兼容 传统铜箔直接升级为复合铜箔不会影响原有电池内部电化学反应，因此复合铜箔可运用于各种规格、不同体系的锂（钠）电池。 图4：复合铜箔经受力断裂后毛刺较少 低成本 复合铜箔用成本更低的高分子材料对原来部分铜材料进行替代，减少铜的用量，从而降低生产成本。 资料来源：重庆金美环评报告、重庆金美官网、《基于弹塑性有限元分析的电镀铜薄膜缺口疲劳断裂特性研究》、太平洋研究院整理 1.3 复合铜箔VS传统电池铜箔：复合铜箔成本有望具备明显优势 复合铜箔相于比传统电解铜箔：1）优势在于成本低、更安全、减重、能量密度高等，减重方面，由于PET/PP的密度是1.38/0.9g/cm³，小于铜的8.9g/cm³，因此相同厚度下复合铜箔相比于传统铜箔质量能够降低56%/60%，生产每GWh锂电池所需用量能够降低63%/66%；2）缺点在于生产工艺较复杂、良率较低，且铜层更薄导致电导率较低、容易发热。 传统铜箔复合铜箔 相同厚度的传统铜箔VS复合铜箔 集流体类型 材料构成 厚度（um） 密度 （g/cm3） 材料单位质量 （g/m2） 集流体单位质量 （g/m2） 减重幅度 传统铜箔 铜 6 8.96 53.76 53.76 PET铜箔 铜 2 8.96 17.92 23.44 56% PET 4 1.38 5.52 PP铜箔 铜 2 8.96 17.92 21.52 60% PP 4 0.9 3.60 表1：复合铜箔相较于传统铜箔有高安全性、能量密度高等优势表2：相同厚度的复合铜箔比传统铜箔更轻 组成成分99.5%纯铜夹心结构：高分子薄膜+两边镀铜 导热性好、电阻低、导电性好安全性高、能量密度高、长寿 优点工艺较为成熟 命、强兼容、规模化以后成本 较低 材料成本高、电池材料安全性生产效率较低、增加制造成本、 缺点差 电导率较低 表3：每GWh复合铜箔的用量比传统铜箔少 每GWh锂电池用量 集流体类型 材料构成 厚度（um） 单耗 （亿平） 密度（g/cm3） 材料单耗 （吨） 集流体单耗（吨） 减重幅度 传统铜箔 铜 6 0.11 8.96 700 700 PET铜箔 铜 2 0.11 8.96 197 258 63% PET 4 0.11 1.38 61 PP铜箔 铜 2 0.11 8.96 197 237 66% PP 4 0.11 0.9 40 工艺原理溶铜电解+水电镀磁控溅射+真空蒸镀+水电镀 单位投资（元/平）3-54-9 规模化后单平成本 （元/平） 4元以上3元以下 竞争格局壁垒相对较低，竞争格局较为技术壁垒较高，传统铜箔企业、 分散新公司加快布局 资料来源：重庆金美环评报告、公司公告、中南大学资源循环研究院、太平洋研究院整理 1.3 复合铜箔VS传统电池铜箔：复合铜箔成本有望具备明显优势 成本方面，由于材料成本大幅降低，复合铜箔规模化生产后单平成本有望降低至3元以下，相比于传统铜箔有望具备显著 的成本优势。 成本构成单位成本 成本构成单位规模化成本 原材料费用 元 1.76 其中：铜 元 1.31 单价 元/吨 67000 单耗 g/平 19.56 表4：复合铜箔规模化后有望具备成本优势表5：生产每GWh锂电池所需传统铜箔成本为0.53亿元左右 原材料费用 元/吨 6.38 外购燃料及动力 元/吨 0.35 其中：电 元/吨 0.28 其中：水 元/吨 0.02 其中：天然气 元/吨 0.05 复合铜箔单平成本 （两步法、6um） 其中：基膜 元 0.13 单价 元/平 0.10 单耗 平/平 1.34 其中：铜靶材 元 0.22 单价 元/吨 201000 单耗 g/平 1.11 其中：其他材料 元 0.10 员工工资水电费用固定资产折旧 元元 元 0.280.250.40 其他 元 0.10 理论成本 元 2.79 良率%0.90 单平成本元2.84 每GWh用量亿平0.11 传统铜箔单平成本 （≤6μm） 职工工资及福利费元/吨0.25 制造费用元/吨0.62 其中：折旧费元/吨0.37 修理费元/吨0.12 其他元/吨0.14 单吨成本元7.61 单平成本元4.09 每GWh用量吨700 每GWh总成本亿元0.30 资料来源：双星新材官网、重庆金美环评、诺德股份公告、太平洋研究院整理 每GWh总成本亿元0.53 复合铝箔相于比传统铝箔：1）优势在于更安全、减重、减薄、能量密度高、工艺流程短等，减重方面，由于PET/PP的密度是1.38/0.9g/cm³，小于铝的2.7g/cm³，相同厚度下质量降低32%/45%，生产每GWh锂电池所需用量降低19%/35%；2）缺点在于制造成本较高，且铜层更薄导致电导率较低、容易发热。 相同厚度的传统铜箔VS复合铜箔 集流体类 型 材料构 成 厚度（um ） 密度（g/cm3） 材料单位质量（g/m2） 集流体单位质量（g/m2） 减重幅度 传统铝箔 铝 8 2.70 21.60 21.60 PET铝箔 铝 2.4 2.70 6.48 14.76 32% PET 6 1.38 8.28 PP铝箔 铝 2.4 2.70 6.48 11.88 45% PP 6 0.9 5.40 表6：复合铝箔相较于传统铜箔有高安全性、提升能量密度等优势表7：相同厚度的复合铝箔比传统铝箔更轻 传统铝箔复合铝箔 组成成分99.5%以上的纯铝组成高分子薄膜+两边镀铝 安全性高、提升能量密度、 优点导热性好、工艺较为成熟长寿命、强兼容、降低原材 料成本、工艺流程短 性差 表8：GWh锂电池所需的复合铝箔的质量比传统铝箔更少 工艺原理 压延 真空镀膜 工序长度 10道以上 4-5道 单平成本（元/1元以下1元以上平）竞争格局生产壁垒较高，竞争格局集中技术壁垒较高，传统铝箔企 业、新公司加快布局 缺点原材料成本高、电池材料安全 制造成本较高、电导率较低 每GWh锂电池用量 集流体类 型 材料构成 厚度（um） 单耗（亿 平） 密度 材料单耗（吨） 集流体单耗（吨） 减重幅度 传统铝箔 铝 8 - 2.70 200 200 PET铝箔 铝 2.4 0.11 2.70 71 162 19% PET 6 0.11 1.38 91 PP铝箔 铝 2.4 0.11 2.70 71 131 35% PP 6 0.11 0.9 59 资料来源：重庆金美环评报告、诺德股份公司公告、太平洋研究院整理资料来源：重庆金美环评报告、诺德股份公司公告、太平洋研究院整理 成本方面，由于铝的价格较低，材料成本下降幅度相对较小，同时制造成本较高，复合铝箔相较于传统铝箔并没有显著 的成本优势，但更利于减薄以及提升安全性，有望应用于对安全性、能量密度要求较高的高端电池产品。 表9：复合铝箔相较于传统铝箔没有明显的成本优势表10：生产每GWh锂电池所需传统铝箔成本为0.11亿元左右 成本构成单位规模化 成本构成单位成本 复合铝箔 单平成本