电气设备行业专题研究：复合铜箔：认证量产加速，市场空间广阔

/ 电气设备行业专题研究 复合铜箔：认证量产加速，市场空间广阔 / 2022年11月08日 【投资要点】 替代逻辑：复合集流体相比于传统集流体更加安全并提升能量密度，将形成大规模替代。复合铜箔工艺上分为两步法和三步法，包括了磁控溅射、真空蒸镀和水电镀等步骤，与传统集流体的电解工艺存在差异。 成本：远低于传统铜箔。根据测算，在良率为80%的情况下，大规模量产后PET铜箔成本约为2.85元/平，比传统铜箔（3.7元/平米）下降0.85元/平米，后续伴随良率持续提升，成本还有持续下降的空间。 空间：从0到1，空间广阔。我们预计：1）复合铜箔：25年复合铜箔市场空间为323亿元，CAGR=194%，30年市场空间2357亿元，CAGR=81%；2）复合铜箔设备：25年市场空间为196亿元，CAGR=158%；30年市场空间967亿元，CAGR=65%；3）超声焊接设备及耗材：25年市场空间为32.7亿元，CAGR=146%；30年市场空间为137.5亿元，CAGR=59%。 【配置建议】 复合集流体“坡长雪厚”，已引来“百舸争流”，“赛道“未来必将百花齐放。从进度上看，各家普遍已完成研发的积累，部分厂商完成了样品生产、验证的准备工作，预计23年将有量产产能出现。重点推荐宝明科技、东威科技、骄成超声；建议关注阿石创、三孚新科、元琛科技。 【风险提示】 挖掘价值投资成长 强于大市（维持） 东方财富证券研究所 证券分析师：周旭辉 证书编号：S1160521050001 联系人：李京波电话：13127673698 相对指数表现 11/81/83/85/87/89/8 4.86% -4.27% -13.41% -22.54% -31.68% -40.81% 电气设备沪深300 相关研究 《钠离子电池专题之三：铜基和镍基层状氧化物金属原材料需求拆解》 2022.11.04 《钠离子电池环节概述：产业化加速，有望成为锂电的有效补充》 2022.10.17 《9月新能车销量大增，行业景气度向上》 复合集流体量产不及预期； 行业竞争加剧。 2022.10.12 《钠离子电池正极材料：新势力一马当先，锂电厂商伺机而动》 2022.10.12 《颗粒硅：工艺决定低碳基因，市场验证拉晶品质》 行业研究 电气设备 证券研究报告 2022.09.14 2017 正文目录 1.复合铜箔：安全并提升能量密度，将替代传统路线3 1.1.集流体：收集电流，铜箔+铝箔是传统路线3 1.2.复合铜箔：提升安全性&能量密度4 2.成本：远低于低于铜箔9 3.市场空间：25年复合铜箔市场空间323亿元，CAGR=194%10 4.行业进展：百舸争流，量产前夜12 4.1.宝明科技：PET铜箔进展顺利，打开成长空间12 4.2.东威科技：PCB电镀设备龙头，拓展PET铜箔设备13 4.3.骄成超声：超声波焊接核心设备商，充分受益龙头13 4.4.阿石创：PVD镀膜材料生产商，布局复合铜箔13 4.5.三孚新科：布局PET镀铜专用化学品，一体化布局电镀设备14 4.6.元琛科技：专注环保材料，转型布局复合箔材14 5.风险提示15 图表目录 图表1：铜箔和铝箔上负载活性物质，收集载流子（电子），实现宏观的充放电 ............................................................................................................................3 图表2：铜箔在三元电芯（内圈）和LFP电芯（外圈）中成本占比分别为9% 和15%3 图表3：复合集流体（复合铝箔/复合铜箔）的结构示意图4 图表4：复合铜箔与电解铜箔的性能对比4 图表5：复合铜箔与电解铜箔的性能对比4 图表6：复合集流体技术在冲击测试中的保护5 图表7：复合集流体技术在针刺过程中的阻断效果5 图表8：柔性基面可以减缓锂枝晶的产生，b为复合集流体，c为传统铜箔6 图表9：复合铜箔减重提升能量密度6 图表10：电解铜箔工艺原理7 图表11：复合铜箔中的磁控溅射原理7 图表12：复合铜箔中的真空蒸镀原理8 图表13：复合铜箔中的水电镀8 图表14：金美科技的典型两步法工艺步骤8 图表15：复合铜箔与电解铜箔的成本对比（100%良率情况下）9 图表16：复合铜箔、复合铜箔设备、超声波焊接设备22-30年空间测算10 图表17：复合集流体玩家一览及进度12 图表18：行业重点关注公司14 1.复合铜箔：安全并提升能量密度，将替代传统路线 1.1.集流体：收集电流，铜箔+铝箔是传统路线 集流体汇集载流子成为电流：顾名思义就是指汇集电流的结构或零件，在锂离子电池上主要指的是金属箔，如铜箔、铝箔。泛指也可以包括极耳。其功用主要是将电池活性物质产生的载流子汇集起来以便形成较大的电流对外输出，因此集流体应与活性物质充分接触，并且内阻应尽可能小为佳。因此集流体起到的作用为降低电池的内阻，提高电池的库伦效率、循环稳定性和倍率性。 传统集流体中，负极使用铜箔，正极使用铝箔:铝和铜导电性、延展性好，价格相对便宜。 铝箔用作正极：电位高，金属铜容易在高电位下氧化，所以不宜作正极集流体。铝的氧化电位高，且铝表面生成的致密氧化铝薄膜可以进一步保护内层的铝。当然，铝箔表面生成的钝化层并不是电子的良好导体，但该钝化层很薄，可通过隧道效应实现电子传导。铝箔不用做负极：铝在低电位下与锂会发生合金化反应（例如负极为锂0V或石墨0.2V）因而被消耗。金属铝的晶格八面体空隙大小与Li大小相近，极易与Li形成金属间隙化合物，消耗锂破坏结构稳定性。 铜箔用作正极：铜的嵌锂容量很小，保持了结构和电化学性能的稳定，可作为锂离子电池负极的集流体。 图表1：铜箔和铝箔上负载活性物质，收集载流子（电子），实现宏观的充放电 图表2：铜箔在三元电芯（内圈）和LFP电芯（外圈）中成本占比分别为9%和15% 2017 资料来源：小木虫，东方财富证券研究所资料来源：新浪网，东方财富证券研究所 集流体有极薄化趋势：可降低成本并减少铜箔的用量，从而提升质量能量密度。目前国内铜箔主流的厚度为8、6、4.5μm，相比较8μm铜箔，6μm和4.5μm能分别提升能量密度5.11%和8.82%；能量密度更低的磷酸锂铁电池对于切换使用极薄的铜箔需求更大。 1.2.复合铜箔：提升安全性&能量密度 复合集流体：提升安全性&能量密度，将逐步替代传统集流体。复合铜箔由于对铜实现替代，成本下降较为显著，是业界优先推动的全新解决方案。它是一种“三明治结构”的负极集流体材料，中间基膜通常为PET（聚对苯二甲酸乙二酯）、PP（聚丙烯）或PI（聚酰亚胺），常见的厚度规格为4.5μm，在基膜两侧分别镀有铜层，常见规格为1μm。 图表3：复合集流体（复合铝箔/复合铜箔）的结构示意图 资料来源：“新型铜（MC）、铝（MA）导电膜”项目环评（2021年新版环评）环境影响报告表，东方财富证券研究所 高分子基材材料技术路线：PET最主流；PP性能优越，循环寿命长，技术较难 （膜硬度低，粘结力差）；PI性能最好，但成本高。 图表4：复合铜箔与电解铜箔的性能对比 材料名称 PET PP PI 全称 聚对苯二甲酸乙二酯 聚丙烯 聚酰亚胺 适用温度 -60～120℃ -15～55℃ -269～280℃ 特点 强韧性是所有热塑性塑料中最好的、尺寸稳定 较为成熟，力学性能稍差 性能最优，耐热性最好，成本较 高 传统应用范围 热收缩膜、抗静电、高光、反光膜 等，可做表面处理 印刷、胶带、保护膜、锂电隔膜等 航空航海、军工、电子等领域 图 资料来源：昌茂实业，东方财富证券研究所 复合集流体可显著提升电池安全性、循环寿命、能量密度。 2017 图表5：复合铜箔与电解铜箔的性能对比 对比项目 传统铜箔 复合铜箔 工艺原理 溶铜电解+电镀 真空镀膜+离子置换 组成 99.5%的纯铜组成 高真空下将铜分子堆积到超薄型基膜上，再经过离子置换产出成品 密度(吨/m³)8.93.26（高分子材料+铜镀层） 产品图 1.单位面积重量较重，金属铜材使用量搞， 成本高； 特点 2.导热性能高，用于电池材料安全性差。 1.中间层为基膜，单位面积重量轻，铜材使用量少，降低成本和金属用量； 2.中间层为绝缘层，用于电池材料安全性好。 2017 资料来源：“新型铜（MC）、铝（MA）导电膜”项目环评（2021年新版环评）环境影响报告表，鑫椤锂电，东方财富证券研究所 1）安全性：主要通过三种机制完成。a）复合铜箔在受到穿刺时，产生的毛刺较小，降低电池短路风险。传统铜箔在受到穿刺时会产生较大尺寸的毛寸，毛寸有可能会刺穿隔膜从而引发电池内短路。而复合集流体在受到穿刺时，由于基膜为高分子材料层，可有效吸收形变应力，使得产生毛寸的尺寸较小，降低电池内短路的风险。b）复合集流体高分子材料遇热会发生熔断，阻止电流流通和升温。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。 图表6：复合集流体技术在冲击测试中的保护图表7：复合集流体技术在针刺过程中的阻断效果 资料来源：OPPO闪充开放日发布会，东方财富证券研究所资料来源：OPPO闪充开放日发布会，东方财富证券研究所 c）复合铜箔可减缓锂枝晶的产生，提升安全性能。充放电过程中如果锂离子无法及时嵌入石墨层间，会在负极和铜箔表面沉积，形成枝晶，枝晶生长刺穿隔膜是锂电池较常见的失效模式。复合铜箔的高分子基膜韧性强，在锂沉积的过程中，可以有效分散铜箔表面应力，使得锂离子在集流体的表面均匀分布，从而抑制锂枝晶的生长。 2017 图表8：柔性基面可以减缓锂枝晶的产生，b为复合集流体，c为传统铜箔 资料来源：Stress-drivenlithiumdendritegrowthmechanismanddendritemitigationbyelectroplatingonsoftsubstrates，东方财富证券研究所 2）循环寿命：复合集流体可以吸收锂离子电池切入和脱出产生的膨胀或者收缩 应力，保持极片界面长期完整性，寿命提升5%； 3）能量密度：以崔屹教授的实验为例，复合集流体以PI为基材，上下两层的镀铜层仅500nm，整体质量约1.54mg/𝑐𝑚2，而传统铜箔的厚度为6μm，质量约5.38mg/𝑐𝑚2，PI铜箔的质量是传统铜箔的1/7，并且PI铜箔可以提升电芯16-26%的能量密度。 图表9：复合铜箔减重提升能量密度 负极片 正极片 重量能量密度增加 电池0 6μm铜箔 10μm铝箔 / 电池1 1μm铜箔+3μmPET/PP+1μm铜箔 3μm铝箔+4μmPET/PP+3μm铝箔 6.10% 电池2 1μm铜箔+3μmPP+1μm铜箔 10μm铝箔 3.30% 电池3 6μm铜箔 3μm铝箔+4μmPP+3μm铝箔 2.60% 资料来源：比亚迪专利《复合集流体、电极片及电池》，东方财富证券研究所 工艺不同带来全新赛道：传统铜箔核心工艺是电解，而复合铜箔工艺分为三步法和两步法，两步法的核心工艺包括磁控溅射和水电镀。 电解铜箔：溶铜-生箔-后处理-分切，其中，核心在于生箔环节： 1）溶铜：铜料溶解在硫酸中形成硫酸铜溶液，通过循环过滤，为生箔供需提供符合工艺标准的电解液。 2）生箔：在生箔机电解槽中，硫酸铜电解液在直流电作用下，于阴极辊表面电沉积而制成原箔，经阴极辊连续转动，并将铜箔连续剥离，收卷形成卷状铜箔。3）后处理：对生箔工序制得的铜箔进行粗化、固化、灰化、钝化等表面处理工序，使铜箔表面结构及防氧化性能达到客户要求。 4）分切：根据客户对铜箔品质、幅宽、重量等要求，进行分切、分类、检验和包装。 复合铜箔：磁控溅射-（