复合集流体：从设备到制造逐步演绎

2022年11月02日 新能源汽车组 证券研究报告 新能源发电设备行业研究买入(维持评级)行业深度研究 市场数据(人民币） 市场优化平均市盈率18.90 国金新能源发电设备指数1725 沪深300指数3678 上证指数3003 深证成指10878 中小板综指11643 单击或点击此处输入文字。 3809 3439 3069 2699 2329 1959 211102 220202 220502 220802 221102 1589 陈传红分析师SAC执业编号： S1130522030001 chenchuanhong＠ gjzq.com.cn 姚云峰联系人 yaoyunfeng＠gjzq.com.cn 复合集流体：从设备到制造逐步演绎 行业观点 复合集流体：性能与成本驱动产业化，方向确定。复合集流体的提出源于能量密度与安全性能诉求，长期看成本优势亦有，我们认为复合集流体是未来产品迭代的重要方向。预计2025年复合铜箔市场空间约169亿元，复合铝箔约8.9亿元。 复合铜箔规模化趋势更强，复合铝箔高端领域有望进一步应用：1）安全性方面，复合铜箔与复合铝箔二者相差不大，取其一即可，铝箔工艺简单，已率先应用。2）能量密度方面，复合铜箔提升更加明显，单电芯质量下降6.1%，铝箔下降3.7%。3）成本：复合铜箔单平原材料成本下降2元，铝箔下降0.3元/平。 制造：复合集流体本质上是镀膜工艺的选择。1）复合铝箔：蒸镀法较为成熟，由于需要反复蒸镀，其单平折旧在线速度60m情况下已达2.2元/平，成本高于传统铝箔全成本（约1元/平）。2）复合铜箔：工艺路径上尚未统一，主要分为一步法磁控溅射、两步法磁控溅射+电镀、三步法磁控溅射+蒸镀+电镀。一步法成本高的难题短期难以解决，两步法工艺相对简单，三步法效率优于两步法，难度高于两步法，成本相较两步法约下降0.25元/平，长期看具有成本优势。 材料：PP/PET有望共存，高端膜材料迎国产替代良机。PP、PET性质各有优势，均有望成为复合集流体主流材料，目前海外进口高端材料昂贵，约在6-7万元/吨，国产化后有望下降至2-3万元/吨。 设备：率先放量，当前确定性强。1）超声波滚焊：相较于传统铜箔，复合集流体需额外焊接箔材，催生超声波滚焊设备，单Gw价值量约为1000万元。2）磁控溅射、水电镀是目前普及的两步法增量设备，单Gw价值量分别为1台/2300万元、3台/3000万元，三步法则将带来蒸镀设备的需求提升。根据我们测算，预计2025年磁控溅射设备、电镀设备增量市场空间合计将达114亿元，超声波辊焊增量市场规模将达22亿元。 投资建议 复合集流体放量确定性强，产业链核心环节均有望受益。建议关注：超声波滚焊龙头骄成超声、电镀设备供应商东威科技、复合集流体推广人宁德时代、膜材料端双星新材、制造端宝明科技等。 风险提示 渗透率提升速度不及预期、技术线路选择不及预期、新能源汽车销量不及预期等 敬请参阅最后一页特别声明 -1- 行业深度研究 内容目录 1、复合集流体：性能诉求下的新型材料，兼具成本优势4 1.1复合集流体的缘起4 1.2复合集流体优势5 1.3市场空间7 2、制造：复合铝箔技术基本定型，复合铜箔工艺分化9 2.1工艺讲解：本质上是镀膜，提效为方向9 2.2复合铜箔：工艺路径尚未统一，低成本长期为�11 2.3复合铝箔：工艺路径成熟，主打高端应用14 3、材料：增量材料需求，品类多元化15 4、设备：技术路径变更，设备端先行16 5、投资建议18 6、风险提示18 图表目录 图表1：集流体是正负极与外部电路的电子导体4 图表2：动力电池成本构成4 图表3：宁德时代复合集流体主要专利4 图表4：主要电池厂商关于复合集流体专利的储备5 图表5：复合集流体质量下降测算5 图表6：复合集流体质量下降幅度对比5 图表7：传统集流体产生毛刺会刺穿隔膜导致内短路6 图表8：复合铜箔毛刺小且熔点低助力提升安全性6 图表9：原材料成本6 图表10：复合材料单平成本对比6 图表11：传统铜箔和复合铜箔污染对比7 图表12：复合集流体产业链7 图表13：集流体市场空间规模测算8 图表14：磁控溅射、电镀设备及超声波辊焊空间规模测算9 图表15：PET市场空间规模测算9 图表16：镀膜方法一览10 图表17：三大镀膜工艺原理图10 图表18：三大镀膜工艺效率/价值量对比11 图表19：常用三大镀膜工艺对比11 图表20：复合铜箔工艺流程12 图表21：一步法单平折旧计算12 图表22：溅射线速度单平成本分析12 图表23：电镀线速度单平成本分析13 敬请参阅最后一页特别声明 -2- 行业深度研究 图表24：三步法VS两步法成本比较13 图表25：复合铜箔各企业进展14 图表26：复合铝箔蒸镀工艺流程14 图表27：复合铝箔蒸镀环节单平折旧计算15 图表28：PP和PET材料对比15 图表29：双星新材新能源业务占比逐步提升16 图表30：双星新能源材料展示16 图表31：高速辊焊工作原理16 图表32：磁控溅射工作原理17 图表33：锂电池复合铜箔镀膜机17 图表34：磁控溅射设备供厂商进程17 图表35：锂电池复合铜箔镀膜机17 图表36：产品1：双边夹卷式水平连续镀膜设备18 图表37：产品2：滚筒卷式水平膜材电镀设备18 敬请参阅最后一页特别声明 -3- 行业深度研究 1、复合集流体：性能诉求下的新型材料，兼具成本优势 1.1复合集流体的缘起 集流体的作用：将正负极活性物质产生的电流聚集输出或者将电极电流输入给活性物质，正极采用氧化电位高的铝材，负极采用不易与Li形成合金的铜材。高电导率、高稳定性、结合性强、成本低廉及柔韧轻薄是核心诉求。 图表1：集流体是正负极与外部电路的电子导体图表2：动力电池成本构成 成本拆分 消耗量 单位/GWh 成本 单位/GWh 成本占比 正极材料-523 0.174 万吨 4.524 亿元 53.19% 其中：碳酸锂 0.067 万吨 2.330 亿元 27.39% 负极材料-人造石墨 0.096 万吨 0.434 亿元 5.10% 电解液-三元电解液 0.080 万吨 0.520 亿元 6.11% 隔膜-9+3um湿法涂覆 0.190 亿平 0.414 亿元 4.87% 铝箔 0.040 万吨 0.152 亿元 1.79% 铜箔-6um 0.060 万吨 0.642 亿元 7.55% 壳体及其他结构件 0.057 亿套 0.399 亿元 4.69% 电芯材料合计 / / 7.085 亿元 83.30% 其他材料 / / 0.190 亿元 2.23% 人工成本 / / 0.280 亿元 3.29% 制造成本 / / 0.451 亿元 5.31% 电芯成本合计 / / 8.005 亿元 94.12% 模组成本 / / 0.500 亿元 5.88% 模组总成本 / / 8.505 亿元 100.00% 来源：锂离子电池集流体图形化表面结构设计及性能研究，国金证券研究所 来源：GGII等，国金证券研究所测算 复合集流体的提出：宁德时代于2017年12月首发相关专利，提出复合集流体。在专利背景中，宁德时代提到设计目的主要用于提升能量密度，改善循环性能及倍率性能。而在2018年3月的另一篇相关专利里，宁德阐述复合集流体的目的是减少电池温度温升，降低热失控发生风险。同时提到，相较于传统铜箔，需对复合集流体额外焊接，以便将电芯中电流输送出来。在2019年5月，宁德再次发布相关专利，此次专利重点聚焦提升复合集流体加工性能，同步提升倍率性能&循环性能。 图表3：宁德时代复合集流体主要专利 时间 目的 核心内容 2017.12 提升能量密度，同步改善循环性能、倍率性能 首次提出复合集流体概念 2018.03 针对复合集流体极耳问题，提出焊接箔材与集流体加工工艺及设备 提供一种超声波辊焊设备&工艺 2019.05 提升复合集流体加工性能 对复合集流体性能指标作出了进一步要求 来源：国家知识产权局，国金证券研究所 电池端：技术储备上，宁德率先提出，蜂巢能源22年专利量暴增，国轩布局也比较早。产业化角度，宁德已在正极复合铝箔实现海外小批量装车，与金美合作实现量产，国轩于近期发布环评报告，规划4亿平复合集流体 （铝箔）。 敬请参阅最后一页特别声明 -4- 行业深度研究 图表4：主要电池厂商关于复合集流体专利的储备 公司 专利 申请时间 蜂巢能源 《复合集流体的电芯成型装臵》 2022/3/31 《一种复合集流体的电池极片焊接方法及焊接设备》 2022/6/27 《一种复合集流体的电池极片焊接设备》 2022/6/27 《复合集流体及其制备方法与应用》 2022/3/31 《多层卷料焊接装臵》 2022/4/26 《一种复合集流体、极片和锂电池》 2022/5/17 国轩高科 《一种复合集流体滚焊模切一体化设备及滚焊模切方法》 2019/10/25 《一种锂电池复合集流体与箔材焊接装臵》 2020/4/7 《一种锂离子电池复合集流体与箔材的焊接装臵》 2019/10/11 《一种锂电池极片模切焊接装臵》 2020/7/9 《一种复合集流体及其制备方法、锂电池极片》 2020/7/28 《一种超薄复合集流体的制备方法》 2021/11/3 《一种复合集流体的制备方法》 2021/12/17 《一种复合集流体的制备方法》 2022/3/21 《一种复合集流体电芯的制备方法及应用》 2022/3/21 《一种负极复合集流体的制备方法及其制得》 2022/5/30 《一种复合集流体、制备方法及其制得的电极》 2022/5/31 《一种多层复合集流体的装配方法及应用》 2022/7/11 宁德时代 《超声波焊头及超声波焊接设备》 2018/3/15 《二次电池集流体的焊接装臵及加工设备》 2018/3/15 《二次电池集流体的加工方法及加工设备》 2018/3/15 《二次电池集流体的加工设备》 2018/3/15 《复合集流体、电极极片及电化学装臵》 2020/7/9 来源：国家知识产权局，国金证券研究所 1.2复合集流体优势 复合铜箔是高安全和长续航趋势下的重要材料：①能量密度高；②安全性高；③理论成本低；④污染小。 复合集流体优势1：能量密度提升。PET/PP/PI聚酯材料质量较轻，由于材料密度差异，同厚度的PET复合集流体对比传统铜箔减重效果显著，对提高电池能量密度效果明显，从而有利于提升整车的续航里程。 铜箔对电池能量密度提升相较于铝箔更明显，复合铜箔单电芯下降6.1%质量，铝箔下降3.7%。 -3.复7%合铜箔质量 铝箔质量 复合铜箔质量 铜箔质量 产品 成分 密度(g/m³) 厚度（μm） 面密度(g/㎡) 质量下降幅度 质量下降绝对值（g） 传统铝箔 基材 2.7 12 32.40 - -18.72 基材 2.7 2 5.40 复合铝箔 57.8% 膜材 1.38 6 8.28 合计 1.71 8 13.68 传统铜箔 基材 8.96 6 53.76 - 基材 8.96 2 17.92 复合铜箔 56.4% -30.32 膜材 1.38 4 5.52 合计 3.91 6 23.44 图表5：复合集流体质量下降测算图表6：复合集流体质量下降幅度对比 -6.1% -10.0%-5.0%0.0%5.0%10.0%15.0% 质量下降幅度质量占比 来源：生意社等，国金证券研究所测算来源：生意社等，国金证券研究所测算 敬请参阅最后一页特别声明 -5- 行业深度研究 复合集流体优势2：安全性高。1）高分子不容易断裂，即便断裂，铜层比传统的更薄，穿刺时产生的毛刺更短，1微米的镀铜的强度无法达到刺穿隔膜的标准，降低了毛刺穿透隔膜并与电极接触的风险；2）PET等有机层不导电且熔点低，发生局部短路时较易熔断并实现局部电流的点断路，发生大面积短路时PET层和阻燃结构可提供