动力电池新技术展望系列报告四：复合集流体技术与设备创新加速，材料与设备公司有望受益

电解铜箔存在容量降低、电池热失控等安全隐患。在锂电池行业中，目前主流采用的负极集流体为厚度6-9um左右的纯铜电解铜箔。电池充放电使用过程中，负极材料体积也随之变化，作为负极集流体的铜箔也会不断拉伸收缩，负极材料可能脱落引起容量降低，性能下降，电阻增加，产热增加等安全隐患。另外，电池由于枝晶生长、外力等原因受损引起热失控后，存在电池爆燃的安全风险。复合集流体就像一个保险，针刺后针刺位点迅速断开，从而保证了电池的安全。 PET复合铝膜和铜箔是传统锂电池集流体（铝箔和铜箔）的良好替代材料，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，市场前景广阔。并且该技术具备较大的普适性，复合铜箔、铝箔等其他复合膜材料也能使用该技术。 复合铜箔是在厚度4~6微米的塑料薄膜表面先采用真空沉积铜的方式，制作一层约50-80纳米的金属层，将薄膜金属化，然后采用水介质电镀的方式，将铜层加厚到1微米，复合铜箔整体的厚度在5～8微米之间，来代替传统的电解铜箔。PET复合铜箔能节省约2/3的铜，显著降低材料成本，实现量产后进一步扩大电芯的降本空间。 投资建议：复合集流体是近年来安全技术的一个重要突破，具备较大的降本与提高能量密度的空间。PET铜箔、铝箔未来几年产业化进程有望加速，达到电池GWh级别对应的量产规模；但是与传统锂电铜箔相比，短中期来看PET铜箔/铝箔的规模占比仍然较小。建议关注技术变革带来的投资机会与细分格局优化。 （1）产业链中游企业复合集流体技术与产业化取得较大进展，扩产项目持续推进中，未来有望在电池上得到大规模应用。关注：重庆金美（未上市）、东威科技、宝明科技、双星新材。 （2）下游电池厂商积极布局，产业化进展加快。关注：宁德时代、厦门海辰（未上市）。 风险提示：产业政策发生重大不利变化、新能源车产销不及预期、竞争加剧、产能过剩导致盈利能力下滑、技术路线变革的风险。 1、复合集流体安全降本，降本空间广阔 电解铜箔存在容量降低、电池热失控等安全隐患。在锂电池行业中，目前主流采用的负极集流体为厚度6-9um左右的纯铜电解铜箔。电池充放电使用过程中，负极材料体积也随之变化，作为负极集流体的铜箔也会不断拉伸收缩，负极材料可能脱落引起容量降低，性能下降，电阻增加，产热增加等安全隐患。另外，电池由于枝晶生长、外力等原因受损引起热失控后，存在电池爆燃的安全风险。复合集流体就像一个保险，针刺后针刺位点迅速断开，从而保证了电池的安全。 PET复合铝膜和铜箔是传统锂电池集流体（铝箔和铜箔）的良好替代材料，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，市场前景广阔。 并且该技术具备较大的普适性，复合铜箔、铝箔等其他复合膜材料也能使用该技术。 复合铜箔是在厚度4~6微米的塑料薄膜表面先采用真空沉积铜的方式，制作一层约50-80纳米的金属层，将薄膜金属化，然后采用水介质电镀的方式，将铜层加厚到1微米，复合铜箔整体的厚度在5～8微米之间，来代替传统的电解铜箔。 PET复合铜箔能节省约2/3的铜，显著降低材料成本，实现量产后进一步扩大电芯的降本空间。 图1：复合集流体工作机理 PET复合铜箔和传统铜箔相比，具有4大优点： 1、高安全：复合铜箔中间的塑料隔膜层可以大大提高电池的燃烧安全性。 2、高比容：同等情况下，铜的用量只有原来的1/3~1/5，部分铜替换成塑料，带来电池重量的减轻，从而增加电池的能量密度； 3、长寿命：减少金属收缩引起的活性物质脱落，能提升电池循环寿命； 4、强兼容：适用于锂电池的环境。 图2：复合集流体结构示意图 图3：复合铜箔示意图 国产化设备突破工艺难点 复合集流体的难点在于有机高分子和无机金属的紧密复合。关键工艺主要可分为两步，第一步真空磁控溅射，采用PVD（物理气相沉积）方法在4.5um厚度的PET表面溅射一层几十nm的金属，第二步再采用离子置换的方法增厚表面的金属层，形成的铜厚度约 900nm 。 PVD工艺是复合集流体技术的关键，目前的工艺有三种，磁控溅射、电子束蒸镀、热蒸镀。PVD技术在半导体领域应用已经较为成熟。 离子置换与传统电镀的方法具备技术相通性，只是药液成份较为简单、只涉及铜一种重金属。 电镀设备国内以东威科技等企业为代表，该步骤与传统铜箔企业的电解镀铜工艺具有较大程度的相通性。东威科技是国内精密电镀设备龙头，主要产品为PCB电镀专用设备及其配套设备、通用五金类电镀设备。 图4：传统铜箔工艺流程图 图5：PET镀铜生产工艺流程 图6：真空磁控溅射示意图 图7：酸性离子置换设备示意图 PET镀铜与传统铜箔工艺相比，工艺优点主要有： 1、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； 2、采用新型的药剂体系，规避了氰化物等剧毒物质，使生产过程的排污量更好，污染物也更容易处理； 3、抗氧化采用有机抗氧化液，抗氧化直接进行烘干工艺，药剂进行循环使用。 避免了金属污染物的排放。 表1：PET镀铜与传统铜箔工艺对比 2、材料与设备公司有望受益 2.1、重庆金美（未上市）：头部客户投资，放量可期 复合集流体是近年来安全技术的一个重要突破，宁德间接投资的重庆金美从材料设计、设备与工艺、电池应用等多方面形成了核心的技术成果。海外的初创公司Soteria也在该领域进行了专利布局。 重庆金美新材料是复合膜技术的领导者，具有多项导电复合薄膜的制备工艺及设备的专利，公司由宁德时代间接参股的长江晨道（15.68%）参股（2022年7月）。 图8：重庆金美股权结构图 重庆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)。据重庆金美官网，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。 据重庆金美官网，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。 表2：重庆金美复合集流体相关专利布局 2.2、东威科技：电镀设备龙头，磁控溅射&光伏镀铜打造第二增长曲线 东威科技主要从事高端精密电镀设备及其配套设备的研发、设计、生产及销售，主要产品分为三大领域，第一是高端印制电路（PCB）电镀专用设备，第二类是五金表面处理专用设备，第三类面向新能源动力电池负极材料专用设备及光伏领域专用设备的研发与制造。在PET铜箔生产制造方面，公司生产的水平镀膜设备可以将铜层增厚到1μm，使之兼具安全性和导电性。2017-2021年公司营收从3.76亿元增长至8.05亿元，CAGR达20.9%；归母净利润从0.45亿元增长至1.61亿元，CAGR达37.2%，业绩增速稳定。 图9：东威科技PCB电镀设备 7月22日，东威科技发布2022年半年报，公司新领域新市场开拓顺利，利润维持较高幅度增长。2022H1，公司营业收入同比增长17.86%，主要是加强开拓市场、拓展新领域、扩大销售；公司的垂直连续电镀设备订单有所增长，PET镀铜设备贡献增量。随着产品结构的改善，公司利润率亦呈现提升态势，2022H1实现毛利率43.68%，同比提高1.09pct；净利率22.62%，同比提高2.78pct。 表3：东威科技电镀设备相关专利布局 技术层面，PET镀铜膜的产业化趋势明确，镀膜设备或打造公司第二增长曲线。 随着复合铜箔产业化加速，处在设备端的东威优势明显。公司磁控溅射&光伏镀铜设备研发顺利，电镀设备龙头成长性不断验证。 在22年半年报中，东威科技披露两款新品的研发进展，其中磁控溅射设备作为PET复合材料生产的前道设备，预计下半年产出，并逐步量产，且计划与水电镀设备工艺密切衔接，打造一体化PET复合铜膜生产线。光伏镀铜设备方面，公司从2020年8月立项研发，中试线已经取得成功，目前在设备研发设计制作中，其特点是：大产能（6000片/小时）、均匀性好（图形均匀性3%）、占地小清洁环保等。 2.3、宝明科技：跨界入局锂电PET铜箔 宝明科技专业从事LED背光源的研发、设计、生产和销售以及液晶面板玻璃深加工业务，主要产品包括LED背光源、电容式触摸屏。近年来，由于手机面板行业景气度下降，宝明科技业绩遭受影响。2021年公司营收11.15亿元，同比下降19.1%；归母净亏损3.5亿元，上年同期为盈利3089万元。2022年Q1公司归母净亏损2502万元，上年同期亏损3399万元。 图10：宝明科技产品情况 跨界入局锂电复合铜箔，开启第二增长曲线。7月7日，宝明科技公告，公司拟总投资60亿元，在赣州投资建设锂电池复合铜箔生产基地，项目一期拟投资11.5亿元，建设周期12个月；项目二期拟投资48.5亿元。 赣州一期项目达产后年产约1.5-1.8亿平米锂电复合铜箔（相当于传统铜箔约一万吨），目前公司锂电复合铜箔生产良率约80%。同时，宝明科技设立子公司（深圳市宝明新材料技术有限公司），从事铜箔及新能源电池材料的研发、生产与销售等经营活动。 表4：宝明科技相关专利布局 2.4、双星新材：膜材料技术协同，前瞻布局PET铜箔 双星新材专注膜材料生产，包括：光学级聚酯薄膜、PETG热收缩膜、透明强化背板PET基膜等。 2021年公司收入59.3亿元（YOY+17.22%），毛利率32.8%（YOY增加10.43个百分点），毛利额19.5亿元（YOY+71%），全年净利润率达23.4%（YOY增加9.12个百分点），归母净利润为13.85亿元（YOY+92.3%）。 表5：双星新材业务布局 公司在2022年7月投资者活动记录表中称，PET铜箔研发方面，公司2020年着手项目立项，2021年开始开发。在4.5微米基材的基础上，自己完成原料、母带（磁控溅射）、水镀，目前进展顺利，在重要指标内部检验合格后，已送往客户进行评价认证。其主要生产制造设备依靠进口，配套部分国产设备。 2.5、宁德时代：积极研发布局复合集流体技术 宁德时代积极研发并布局PET铜箔。一方面，公司通过参股重庆金美布局PET铜箔，其已在复合集流体技术与产业化方面取得了较大进展；另一方面，宁德时代具备PET铜箔生产技术专利，其中电池应用端技术为公司独享。 表6：宁德时代复合集流体专利布局 此外，宁德时代研发的新型创新技术——多功能复合集流体技术，突破了传统内短路防护技术难以兼顾电池比能、寿命等性能的技术瓶颈，目前已经小批量生产。 据高工锂电报道，多功能复合集流体技术，是宁德时代首创的具有“高安全、高比能、长寿命、强兼容”四维优势动力电池革新技术。该技术的创新性在于： （1）革命性高安全技术：率先实现考虑铝箔通过热-机械载荷断路的电池内短路模拟仿真，引入真空气相沉积技术，在材料和结构上彻底颠覆了传统集流体，全新构建了“金属导电层-高分子支撑层-金属导电层”三明治结构复合集流体。通过金属层与高分子层机械-电-热性能的多重耦合关系，突破了传统集流体功能局限，在“点接触”内短路时，导电层在短路点受力开裂剥离或在短路大电流瞬间熔断，毫秒内切断短路电流回路；在“面接触”内短路时，支撑层在短路面受热熔融收缩形成集流体结构局部坍塌，在热失控前切断短路电流回路。在业内率先解决了高镍电池内短路难题，并通过莱茵TÜV认证。 （2）高可靠性集成技术：集成纳米铆接和三维导电修复技术，将金属层与高分子层间结合力提升1个数量级，同时修复金属层表面因微裂纹诱发的导电衰减，解决复杂工况下层间剥离、导电衰减等导致的可靠性难题，可实现15年使用寿命。 （3）高效精密制造技术：研制了原位钝化和连续辊焊工艺和装备，攻克了集流体因材料和结构颠覆难以规模化量产的短板，生产节拍达到20ppm。 2.6、厦门海辰（未上市）：复合集流体专利技术全面，加速锂电产能布局 厦门海辰正积极布局复合集流体材料的制作和应用，加快产业化布局。2022年6月1日，厦门海辰在厦门海辰产业园举