电气金属之二·铝钎焊复合材料：水冷板结构创新开启行业新格局

“麒麟”发布开启高倍率快充电芯元年，水冷板突破性结构创新开启铝钎焊复合材料新时代，2022-2025年年需求CAGR约55%。液冷系统是新能源车安全稳定与电芯实现高功率充放电的基石。相较燃油车，动力电池热管理系统带来水冷板铝钎焊复合材料单车用量提升约10kg以上；宁德发布“麒麟”电池通过结构创新将水冷板由横式单面工况集成到立式结构，使水冷板装机量提升一倍，换热面提升至原有4倍。一方面解决了4C高功率快充所面临的“热扩散”问题，另一方面，通过将水冷板与缓震材料、固定材料集成进一步挖掘PACK结构裕度，进一步提升体积利用率突破72%，实现1000km长续航+4C快充性能提升。我们认为，未来长续航、超快充将对电芯热管理系统提出更高要求，对应水冷板单车用量有望持续提升，预计2022-2025年新能源车水冷板需求量将由24万吨增至74万吨，CAGR达46%；其中动力电池水冷板需求量预计由13万吨增至47万吨，CAGR达55%。 钎焊铝合金复合材料行业集中度高，高定制化、高SKU生产模式构筑高壁垒。 目前国内铝钎焊复合材料供应商主要包括格朗吉斯、银邦股份、华峰铝业等，行业集中度较高，而在宽幅EV水冷板细分领域具备供应能力的企业更少。通常下游电芯厂家在产品开发阶段与板材企业形成深度合作，产品定制化程度高，包括组分设计、产线认证、产品送样、爬产能及提升良率，整体时间周期长达3年以上，对新进入者构成极高资质认证壁垒。 银邦股份：EV铝钎焊复合材料龙头，水冷板领域先发优势显著。公司2006年率先完成铝热传输复合材料国产化研发，2021年产销量达15万吨。公司自2018年起参与客户新能源车热交换系统研发，顺利切入主流供应链，2021年汽车换热领域营收占比73%，其中新能源车占比17%，2022年Q1占比进一步提升至23%；动力电池客户目前已向宁德时代、比亚迪、长城汽车、大众、上汽、吉利等知名企业直接或间接批量供货，2022年4月，公司与宁德时代签署合作备忘录，拟2022-2026年5年期间直接或间接向宁德时代合计供应水冷板材料不低于36万吨，年均7.2万吨，占公司现有年产能的40%。 华峰铝业：聚焦铝热传输材料&新能源汽车用电池料，现有产能约35万吨，重庆基地在建15万吨。目前上海地区拥有产能14-15万吨/年，重庆拥有产能20万吨/年，重庆基地具备2 .1m 大宽幅铝板冷轧能力。2022年公司借助重庆地处西南地区的区位优势，拟定增募资建设年产15万吨/年新能源汽车专用高端铝板带箔项目，预计公司2025年总产能将达到约50万吨/年。 格朗吉斯：瑞典老牌铝热传输复合材料企业，现有产能58万吨，2023年规划64万吨总产能。公司欧洲、美洲、亚洲工厂合计拥有58万吨总产能，规划2023年之前于波兰科宁工厂和瑞典工厂新增6万吨产能，总产能达到64万吨。公司业务发展均衡，目前铝合金产品主要应用汽车、暖通空调、专用包装等领域，其中汽车与暖通空调复合材料销量占比达62%。 风险提示：技术路径变更风险；行业竞争加剧风险；原材料价格波动风险；下游需求不及预期风险；需求空间测算误差风险。 重点标的 一、EV长续航、快充路径催化热传输铝钎焊复合材料需求高增 1.1铝热传输材料应用领域广泛，EV动力电池需求增长强劲 钎焊铝合金复合材料广泛应用于热交换系统，下游包括汽车、空调、发电站等领域。钎焊式铝合金复合材料由于其结构紧凑、散热效率高、抗塌性好、耐蚀性高等优势，在汽车热交换器、工程机械换热、电站空气冷却、家用空调暖通等领域得到广泛应用。其制程主要是将不同牌号铝合金经钎焊复合轧制后制备为铝合金管材、翅片、带材，进一步钎焊装配为结构复杂的热交换器。 图表1：钎焊铝合金复合材料广泛应用于热交换系统，下游包括汽车、空调、发电站等领域 电池热管理是新能源车安全运行的基石。新能源电池运行过程中产生大量热量，保障电池组温度处于最佳工作温度区间(25-40℃)，且单体间的最大温差不超过5℃，对于动力电池组性能的保障具有重要意义。当温度接近60℃时电池内部活性物质会分解进而出现“热失控”现象，致使温度骤升至400-1000℃，进而导致起火甚至爆炸。 相较传统燃油车，EV动力电池热管理系统对钎焊铝合金复合材料单车需求提升10kg以上。钎焊铝材应用于传统车发动机、变速箱、空调系统等散热系统，整体需铝钎焊材料10kg左右；新能源车液冷板对设备和工艺的要求更高、规格更大，主要增量在于电池液冷版12-15kg，部分大电池可达20kg，整体需铝钎焊材料约20-25kg。 图表2：新能源车电池热管理系统单车用钎焊铝材12-15kg 液冷方式为目前热管理系统主流冷却方案，具有换热效率高、比热容大等优势。液冷、风冷和相变材料冷却为三大热管理路径，1）液冷：液体冷却介质具有比热容大、换热系数高的特点，有效的弥补了空气冷却效率低的技术不足，是目前乘用车优化的主要方案，同时对系统密封性要求更高；2）风冷：风冷通常采用自然风或风机冷却方式，结构相对简单，成本较低，适用于发热量较小的小型车领域，降温效果较差。3）相变材料：相变材料在融化/固化过程中吸收/释放大量的潜热，冷却效果较液冷更高，但目前材料体系研究尚处试验室阶段，未来有望规模化应用。（PS：比热容是指单位质量物体改变单位温度时吸收或放出的热量，导热系数衡量物体传导热量的速率，两者越高越好。） 图表3：液冷为目前热管理系统主流冷却方式 由于散热效果与散热面积有关，液冷系统通常结构较为复杂。液冷板冷却效率提升的核心要求是增加散热面积，通常通过增加翅片（散热片）与流道数量实现更好的冷却效果，因此结构通常较为复杂。 钎焊复合材料制备的冲压式液冷板为目前动力电池水冷板主流制造工艺。口琴管式液冷板采用挤压铝材+散热翅片钎焊复合而成，在各种热管理系统中较为常见；冲压式液冷板为目前动力电池水冷板主流制造方式，具有接触面积大、换热效率高等优势；平行管式液冷管采用蛇形流道设计，主要用于圆柱电芯领域的液冷系统；吹胀式液冷管耐压与耐腐蚀性较差，目前应用较少。 图表4：新能源车水冷板类型对比 1.2钎焊铝合金复合材料是热管理系统优选材料 铝相较铜应用于热管理系统具有成本低、轻量化、加工性好、抗腐蚀等多重优势。相较传统铜基材料导热方式，纯铝导热系数为铜的60%，单从导热性而言性能不及铜、银等金属材料；但纯铝价格不到铜的1/3，密度为铜的30%，可钎焊性能比铜好，适用于钎焊方式加工结构复杂的液冷器，此外，铝合金由于表面氧化膜的存在具有强抗腐蚀性能，可在pH≤9的采暖水质中或汽车水箱中长期使用。 图表5：铝材具有成本低、轻量化、加工性好、抗腐蚀等多重优势 钎焊是三大焊接工艺重要门类，适用于结构复杂的液冷系统装配。焊接方法分为熔焊、压焊和钎焊三大类，熔焊与压焊应用范围较广，主要适用于高强重载领域；钎焊是利用熔点比母材（被钎焊材料）熔点低的填充金属（称为钎料或焊料），在低于母材熔点、高于钎料熔点的温度下，用液态钎料润湿母材和填充工件接触间隙并使其与母材相互扩散的焊接方法。钎焊具有变形小、焊接点光滑美观的优点，适合于焊接精密、复杂和由不同材料组成的构件，缺点是接头强度低，装配时对装配间隙要求高。另外根据焊料熔点不同，焊接加热温度低于450℃称为软钎焊，高于450℃称为硬钎焊，铝合金钎焊通常属于硬钎焊。 图表6：钎焊是三大焊接工艺重要门类，适用于复杂异形材料焊接 钎焊铝合金复合材料是在传统铝合金加工基础上增加一道钎焊复合环节，制备成“三明治”复合结构。铝合金复合材料采用不同牌号铝合金轧制复合而成，通常为二层或三层复合结构（厚度约1.5mm）；工艺流程是将芯材层+复合层（8-15%）按照一定比例包覆在一起，芯材层多采用3系铝合金（铝-锰），主要起支撑和散热作用，复合层多采用4系铝合金（铝-硅）作为钎焊层（部分采用7系作为防腐层），钎焊层（577-610℃）熔点较芯材层（630-660℃）略低，使用钎焊工艺制造热交换器时，钎焊温度控制在复合层熔点温度之上、芯材熔点温度之下，使复合层熔化成液态钎料而芯材保持固态，熔化的钎料依靠润湿和毛细作用吸入并保持在芯材间隙内，液态钎料和固态芯材相互扩散形成冶金结合。 相较普通铝合金带材生产流程更长，材料损耗率更高。相较普通铝合金压延材料生产，钎焊铝合金复合材料增加了剪切、钎焊复合等工序，工艺流程更长，对各环节工艺流程控制提出更高要求，且剪切工序本身对材料会造成一定损耗，因此材料损耗率更高。 图表7：钎焊铝合金复合材料生产工艺流程 图表8：钎焊铝合金复合材料“三明治”结构 材料成分设计为核心Know How环节，对复合板带材料物理化学性能有显著影响。钎焊式铝合金复合材料通常以3系合金为芯材，4系合金为焊料、7系合金为牺牲层，通过优化合金配方，材料力学性能可得到显著提升，如银邦股份张斌在《新能源汽车水冷板材料的开发与应用》中指出，通过提高硅、铜、锰、钛等元素含量制备的3系合金改进材料A、B、C芯材相比较标准3003铝合金水冷板强度有30%以上的提高，可满足减薄、降低成本的效果。 图表9：铝合金复合材料可通过配方优化提升力学性能 液冷器生产过程通常采用气氛隧道炉将钎焊层二次融化制备结构复杂的液冷系统。物体散热效率通常与散热面积成正比，因此实现较好的冷却效果通常需要通过增加流道、翅片数量，结构也因此变得复杂，传统焊接方式难以实现，利用钎焊复合板材相互搭接（装备组装）后，将其臵于气氛隧道炉中加热至钎焊层熔化，而基体结构不熔，可一次性完成整个焊接流程，焊接效率高。 图表10：水冷板生产过程通常采用气氛隧道炉进行二次钎焊将板材制备为复杂结构 以A、B两种液冷器制备工艺为例： A为某冷却器结构示意图，其采用钎焊工艺将翅片+流道基体合为一体，流道基体通常采用挤压铝管材料，翅片采用铝合金钎焊复合材料，表面覆盖一层钎焊料合金，组装好的热交换器臵于约600℃的炉中保温一定时间后，翅片与流道基体合金不会熔化，而作为钎焊料的铝-硅合金包覆层熔化，冷却后就会将它们牢固地钎焊成一体； B为某冲压式液冷板结构示意图，上下板均采用钎焊复合板，其中上板采用二层复合结构，下板采用三层复合结构，下板经冲压形成凹槽后，将二者组合臵于气氛炉中，下板最上层钎焊层在气氛炉中熔化将二者钎焊为一体，中间形成流道结构通冷却液体。 图表11：水冷板生产过程通常采用气氛隧道炉进行二次钎焊将板材制备为复杂结构 1.3钎焊铝合金复合材料行业集中度高 钎焊铝合金复合板材行业玩家较少，银邦股份钎焊铝合金复合材料业务最为聚焦。1）银邦股份：聚焦钎焊铝合金复合材料领域，营收占比达90%以上，汽车领域营收占比达73%；2）华峰铝业：综合发力钎焊铝合金复合材料、新能源车用铝板带箔材，未来新增项目集中于新能源车电池铝材方向；3）格朗吉斯：老牌外资企业，目前汽车、暖通空调铝热传输材料销量占比达62%；4）常铝股份：业务聚焦空调换热铝箔、汽车热交换、动力电池冷却模块三大业务，未来将重点发力新能源车领域；5）东阳光：公司业务较为分散，钎焊箔2021年产量4.2万吨，占比较小。 图表12：铝钎焊复合板材公司对比 造成行业集中度高的原因主要有二：1）产品定制化程度高，下游认证与产品开发壁垒：汽车供应商质量认证较为严苛，资质认定至少在半年以上，之后需小批量供货测试，批量供货需2年左右；此外，目前新能源车行业尚未形成国际统一标准，通常为头部厂商引领市场发展方向，新技术蓬勃出现，下游厂家通常在产品开发阶段与材料企业进行定向合作，为满足下游强度、防腐蚀等性能要求，需要对配方、工艺流程进行反复测试验证，双方容易形成稳定的合作关系，对新进入者形成壁垒。2）设备投资大、投产周期长：钎焊铝轧制材需要购买大型热轧、冷轧设备，以华峰铝业募投20万吨项目为例，设备投资11.8亿元，总投资20亿元，对应投资强度：设备投资约0.6亿元/吨、总投资1亿元/吨，项目建设周期达3年。 二、“麒麟电池”开启电芯水冷板新时代，未来三年需求CAGR 55% “绿色”转型成为全球战略共识，新