电气设备行业专题研究：复合集流体专题之二：玩家群雄逐鹿，工艺百花齐放

行业研究 电气设备 证券研究报告 / 电气设备行业专题研究 复合集流体专题之二：玩家群雄逐鹿，工艺百花齐放 / 2022年12月02日 【投资要点】 高安全性、高能量密度、低成本及强兼容性优势。复合集流体为三明治结构，“金属导电层-PET/PP高分子材料层-金属层”。以复合铜箔为例，电池安全性能更好（穿刺不会产生毛刺引发内短路）、能量密度提升5%-10%、循环寿命提升以及兼容性强（兼容锂/钠/固态电池）等优势。成本方面，规模化量产前提下，复合铜箔理论成本（2.45元/平）远低于传统铜箔（3.70元/平），下降0.85元/平米，主要得益于用铜量下降。 工艺：路线多样，磁控溅射+水电镀的两步法是主流。其核心则是20世纪50-60年代发明的诸多高分子表面金属化底层技术的组合，包括磁控溅射、真空蒸镀、水电镀和化学沉积等，这些底层技术历史上在半导体、显示、消费电子等行业已有成熟应用。迁移至复合集流体需解决卷料、规模化生产和成本等的问题。 行业现状：群雄逐鹿，共同推动产业从0-1。根据各企业现有规划推算，我们预计23-25年复合铜箔有效供给分别为3.2、22.8、56.3亿平，主要由前期送样顺利的宝明科技、重庆金美等提供，而现有远期规划为83.7亿平。电池环节：宁德引领行业变革，主流电池厂除海辰布局复合铜箔生产制造以外，其余多以专利方式布局电池（含复合集流体）、焊接、复合集流体生产等。产品制造环节：传统锂电铜箔、电子镀膜、基膜、镀膜材料等厂商都凭借自己的技术优势或产业链优势入局，宝明科技等镀膜企业有较强协同效应；设备环节：磁控溅射设备基本实现国产化，腾胜科技磁控溅射设备领跑行业，并持续迭代升级；水电镀设备目前仅东威实现量产；电池制造环节：增加滚焊工序，骄成绑定宁德率先攻克滚焊技术。 进展方面：2023有望成为量产元年。宝明科技、金美新材目前送样验证进展领先行业，宝明预计2023Q2一期1.5亿平实现量产；胜利精密、双星新材、万顺新材等也已完成样品生产，与下游积极测试验证中；中一科技、诺德股份等传统电解铜箔厂商也已订购设备宣布入局；整体来看，玩家进一步增多，推动行业良性发展，2023年有望成为量产元年。 【配置建议】 目前复合集流体完整产业链已经形成，量产元年将近。重点推荐：1）引领产业变革的电池厂商：宁德时代；2）送样验证进度领先：宝明科技；3）独家供应水电镀设备：东威科技；4）滚焊核心设备厂商：骄成超声。建议关注：阿石创、三孚新科、元琛科技。 【风险提示】 复合集流体量产不及预期； 行业竞争加剧。 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，郭娜电话：13127673698 相对指数表现 4.79% -4.73% -14.26% -23.78% 12/22/24/26/28/210/212/2 -33.30% -42.83% 电气设备沪深300 相关研究 《POE：N型电池放量，粒子国产化加速》 2022.11.27 《美国光储政策：IRA变局已至，国产企业破浪前行》 2022.11.25 《海外光储：多重政策利好，关注户用光储一体化装机》 2022.11.16 《复合铜箔：认证量产加速，市场空间广阔》 2022.11.08 《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 正文目录 1.复合集流体：降本、安全、提升能量密度4 2.工艺：磁控溅射、真空蒸镀、水电镀和化学沉积的组合7 2.1.传统vs复合：铜箔电解法vs多步法，铝箔压延法vs蒸镀法7 2.2.复合铜箔：磁控溅射、真空蒸镀、水电镀和化学沉积的组合8 2.3.化学沉积：催化剂帮助下的高良率湿法成膜方案11 2.4.水电镀：应用广泛效率高的湿法成膜方案13 2.5.磁控溅射：结合力强15 2.6.真空蒸镀：效率高于磁控，成型温度接近金属熔点18 2.7.复合铝箔：已量产的高安全性高成本方案20 3.行业现状：玩家群雄逐鹿，产业化提速22 3.1.专利角度：21-22年进入专利爆发期，电池厂材料厂卡位23 3.2.产品端：电子、基膜、电解铜箔等玩家拓展26 3.2.1.电解铜箔拓展：部分工序原理相同27 3.2.2.镀膜业务横向拓展：镀膜技术同源28 3.2.3.基膜企业延伸：上下游一体化布局优势29 3.2.4.镀膜材料延伸：对镀膜设备理解深厚30 3.2.5.化学镀铜液：化学沉积的核心31 3.2.6.自主研发新势力：深耕相关领域31 3.3.设备端：真空镀膜和水电镀设备+滚焊设备33 3.3.1.真空镀膜设备：基本实现国产化34 3.3.2.水电镀设备：厂商稀缺36 3.3.3.超声波滚焊设备：复合集流体焊接新增工艺37 3.4.其他：镀铜专用化学品39 4.投资建议40 5.风险提示40 图表目录 图表1：复合铜箔不同材料特性对比4 图表2：传统集流体和新型集流体的结构对比5 图表3：两步法复合铜箔（6.5μm）与电解铜箔（6μm）的成本对比（100%良率情况下）5 图表4：复合铜箔相对传统铜箔的成本优势对良率、铜价的敏感性分析（元） ............................................................................................................................6 图表5：传统锂电铜箔制造工艺7 图表6：重庆金美复合铜箔工艺与传统铜箔工艺对比7 图表7：传统铝箔生产工艺8 图表8：复合铝箔与传统铝箔对比8 图表9：高分子呈长链结构，通过范德华力结合9 图表10：铜晶体为面心立方晶体结构9 图表11：高分子表面金属化技术分类9 图表12：各玩家的方案是四种基本工艺的排列组合10 图表13：复合集流体核心指标及说明（以两步法为例）11 图表14：化学沉积在PCB制造中是重要工艺11 图表15：化学沉积在孔壁上沉积铜层11 图表16：三孚新科相关专利布局12 图表17：钯作为贵金属催化剂近年来达到50万/kg13 图表18：电镀铜镀液配方13 图表19：水电镀生产原理14 图表20：全板电镀和图形电镀在PCB上的应用14 图表21：水电镀工艺示意图15 图表22：触控屏中应用磁控溅射的ITO导电膜的位置16 图表23：基膜（12）+金属化层（14、15）+铜层（17、18）的复合铜箔16 图表24：磁控溅射系统17 图表25：磁控溅射原理17 图表26：国内磁控溅射设备17 图表27：真空蒸镀的微观原理18 图表28：真空蒸镀系统18 图表29：真空镀膜的下游应用19 图表30：真空蒸镀系统20 图表31：真空蒸镀子模块介绍20 图表32：复合铝箔生产工艺20 图表33：复合铝箔生产工艺21 图表34：真空镀铝示意图21 图表35：复合集流体产业链及协同效应一览22 图表36：复合铜箔厂家产能规划情况（亿平）22 图表37：复合集流体专利申请趋势23 图表38：ATL复合集流体专利申请趋势23 图表39：厦门海辰复合集流体专利申请趋势24 图表40：宁德时代复合集流体专利申请趋势24 图表41：各电池厂商复合集流体专利布局情况（部分）24 图表42：复合集流体产品厂商专利布局情况（部分）25 图表43：复合集流体厂家进度情况26 图表44：宝明科技外挂式电容触摸屏结构28 图表45：宝明科技ITO触屏生产工艺28 图表46：宝明科技复合集流体相关专利布局情况28 图表47：胜利精密复合集流体相关专利布局情况29 图表48：金美6微米复合铝膜32 图表49：金美6微米复合铜膜32 图表50：纳力新材料产能规划32 图表51：汇成真空PVDRTR镀膜设备34 图表52：腾胜科技单腔体卷绕镀膜机35 图表53：振华科复合铜箔卷绕镀膜设备35 图表54：真空镀膜行业内主要企业35 图表55：东威科技双边夹卷式水平连续镀膜设备36 图表56：东威科技锂电复合铜膜磁控溅射卷绕双面镀膜设备36 图表57：达牛新能源复合材料滚焊一体化设备37 图表58：新栋力超声波金属滚动焊接机38 图表59：光华科技的水镀SP系列水镀光剂差异化优势39 图表60：行业重点关注公司40 1.复合集流体：降本、安全、提升能量密度 集流体是电池中的关键材料，作用为将电池活性物质产生的电子汇集起来形成电流对外输出，实现化学能转化为电能的过程。通常正极采用氧化电位高的铝材，负极采用不易与锂形成合金的铜材。原则上，理想的锂离子电池集流体应满足几个条件：（1）电导率高；（2）化学与电化学稳定性好；（3）机械强度高；（4）与电极活性物质的兼容性和结合力好；（5）廉价易得；（6）质量轻。 复合集流体是一种“三明治”结构，以PET/PP等高分子材料作为中间层基膜，通过真空镀膜等工艺，在基膜上下两面堆积出铜/铝导电层，形成“金属导电层-PET/PP高分子材料支撑层-金属导电层”的新型复合材料。 高分子基材材料技术路线：PET最主流，强韧性是所有热塑性塑料中最好的、尺寸稳定，与铜结合力好，不耐酸碱。PP性能优越，循环寿命长，各向同性，耐酸碱性好；熔点低，不耐高温；与铜结合力相对较差。PI性能最好，但成本高。 图表1：复合铜箔不同材料特性对比 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、尺寸稳定与铜结合力好，不耐酸碱 各向同性，耐酸碱性好；熔点低，不耐高温；与铜结合力相对较差 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：安徽国风新材，昌茂实业，东方财富证券研究所 根据GGII，相比传统铜箔，复合铜箔可以解决电池安全问题（穿刺不会产生毛刺引发内短路）、提升能量密度（提升5%-10%）、降低制造成本（降低50%以上）、提升循环寿命（提升5%以上）以及强兼容性（兼容锂/钠/固态电池）等。 图表2：传统集流体和新型集流体的结构对比 资料来源：中国航空新闻网，东方财富证券研究所 规模化量产前提下，复合铜箔理论成本（2.45元/平）远低于传统铜箔（3.70元/平），下降0.85元/平米。 核心假设： 1）铜价在6万元/吨、PET在5万元/吨（不含税）； 2）复合铜箔6.5μm=4.5μmPET+2μ铜； 3）单GWh需要1000万平复合铜箔； 4）复合铜箔采用两步法：每1000万平需要2台磁控溅射设备，单价1500 万元，需要3台水电镀设备，单价1000万元，折旧年限10年，年限平均法折旧； 5）其他固定资产：设备+厂房2亿元/亿平，折旧年限15年，年限平均法折旧。 成本下降主要贡献来自于用铜量下降。对于传统铜箔而言，铜单位成本为 3.7元/平（不含税），其中铜的成本为2.85元/平，占比接近77%。而PET铜箔可降低2/3铜用量，铜的成本为0.27元/平，成本占比为11%。 图表3：两步法复合铜箔（6.5μm）与电解铜箔（6μm）的成本对比（100%良率情况下） PET铜箔 传统铜箔 成本(元/平） 价格 (万/吨) 单耗 (克/㎡) 密度 (吨/m³) 成本(元/平) 成本 (万/吨) 原材料 1.40 原材料 3.19 5.93 —铜(2μ) 0.27 6.00 17.9 8.96 —铜(6μ) 2.85 5.31 —PET(4.5μ) 0.95 5.00 6.2 1.38 —辅材 0.12 0.22 —其他 0.18 —电费 0.21 0.40 成本(元/平） 单价 (万元) 台数(台) 折旧年限（年） 折旧(元/平) 折旧 (万/吨) 折旧成本 0.73 折旧成本 0.38 0.70 —磁控溅射 0.30 1500 2 10 —水电镀