一、行業(yè)概念
集流體是鋰電池中匯集電流的結極或部件,通過將電池的活性物質產生的電流匯集起來以形成較大的電流輸出,從而實現(xiàn)化學能轉化為電能的過程。其功能主要有兩點,一是承載活性物質,二是匯集電流,因此理想的集流體往往需要具備電導率高、穩(wěn)定性好、機械強度好、成本較低等多方面綜合性能。
復合集流體是相對于單一集流體而言的,以PET/PP等高分子材料作為中間層基膜,通過真空鍍膜等工藝,在基膜上下兩面堆積出雙層銅/鋁導電層所形成的復合材料,通過不同材料之間的復合能最大程度地集合不同材料之間的優(yōu)勢。結構方面,復合集流體表現(xiàn)為“金屬-PET/PP高分子材料-金屬”的“三明治”結構。
二、復合集流體優(yōu)缺點
復合集流體性能優(yōu)勢:高安全性、高比能、長壽命、低成本。
復合集流體性能劣勢:生產效率低、影響電池輸出功率。
三、技術路線
復合銅箔與傳統(tǒng)銅箔主體功能相同,制作工藝不同。傳統(tǒng)單一金屬組成的銅箔是目前鋰電池負極集流體的主要材料。銅箔因其具有良好的導電性,是鋰電、電子領域重要的基礎材料。集流體是鋰電池電極材料與外部電路的電子導體,起到集合電子、傳遞電子,進而提高電子傳遞效率的作用。復合銅箔是在厚度3~8微米的PET或者PP等塑料薄膜表面先采用真空沉積銅的方式,制作一層約30-70納米的金屬層,將薄膜金屬化,然后采用水介質電鍍的方式,將銅層加厚到1微米,復合銅箔整體的厚度在5~8微米之間,來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電解銅箔。
兩步法VS三步法:復合鍍銅膜工藝流程基本原理是在PET,PP,PI等膜材采用真空沉積的方式將薄膜金屬化,制作一層基礎金屬層。再采用水介質電鍍的方式,將銅層加厚導電。目前業(yè)內主要有兩種方式,第一種是兩步法,涉及的生產設備是磁控濺射設備+電鍍設備。第二種是三步法,涉及生產設備是磁控濺射設備+真空鍍膜設備+電鍍設備。兩種方法的基本原理相似,但目前制備工藝的良率和效率會因方法有所不同。
四、產業(yè)鏈
目前復合銅箔已形成完整產業(yè)鏈,上游為原材料+設備廠商,中游為銅箔制造廠商,下游包括動力、消費、儲能電池廠。復合集流體產業(yè)鏈中,設備和基膜均具有較大的國產替代潛力。
(1)上游:原材料+設備
基膜
復合集流體可采用的基膜有PI(聚酰亞胺)、PP(聚丙烯)和PET(聚對苯二甲酸乙二酯)。PET和PP基膜均具有潛力,其中PP耐酸性更好,未來或有較大應用。復合銅箔基膜主要采用PET基膜,水電鍍工藝引入后PP基膜滲透率將有所提高。
布局PET基膜的公司包括日本東麗、帝人、美國3M等,國內PET基材主要廠商包括雙星新材、康輝新材、東材科技等;布局PP基膜的公司包括東材科技等。
設備
復合銅箔核心生產設備包括磁控濺射設備+水電鍍設備+超聲波滾焊設備。目前單GWh電池產能對應2臺磁控濺射設備(1500萬/臺)+3臺鍍膜設備(1000萬/臺)+6臺滾焊設備(200萬/臺),設備合計價值量為7200萬/GWh。
磁控濺射設備外資企業(yè)占據(jù)主導地位,主要參與企業(yè)包括美國應材、日本發(fā)那科、德國萊寶等。國內磁控濺射設備企業(yè)主要包括振華科技、騰勝科技、宏大真空、匯成真空、東威科技等。
超聲波滾焊設備方面,驕成超聲是國內超聲波焊接設備龍頭,公司超聲波滾焊機,能夠實現(xiàn)復合集流體和箔材之間的高速滾焊。
振華科技為大型真空設備制造商,主要提供連續(xù)式鍍膜生產線、磁控濺射鍍膜設備、陰極電弧離子鍍膜設備等。
(2)中游:復合銅箔制造商
中游復合銅箔制造廠商跨界玩家眾多,賽道百舸爭流、競爭激烈。復合銅箔制造主要廠商包括廈門海辰、重慶金美、萬順新材、寶明科技、嘉元科技、中一科技、諾德股份等。此外,英聯(lián)股份、勝利精密、方邦股份、阿石創(chuàng)陸續(xù)布局復合銅箔制造。
(3)下游:電池端
下游電池端在加速推進復合集流體研發(fā)認證,產業(yè)趨勢明朗。寧德時代、比亞迪、國軒高科以及海辰新能源等多家電池廠正積極布局復合集流體相關專利,其中,寧德時代通過參股金美布局PET復合銅箔,并已在復合集流體技術與產業(yè)化方面取得較大進展。
五、市場規(guī)模
(1)復合銅箔市場規(guī)模
根據(jù)測算,2025年全球鋰電PET銅箔市場規(guī)模約227億元,完全替代傳統(tǒng)銅箔則可達千億級別。隨著全球鋰電(動力+儲能+消費)出貨量快速增長,帶動負極集流體需求同步上升,PET銅箔憑借其在安全、成本、性能三維度優(yōu)勢滲透率率有望持續(xù)提升,逐步實現(xiàn)從0-1,從1-10的市場規(guī)模增長。當前負極集流體單位價值量約為1200萬平/GWh,單價約7元/平,未來降本后有望達到5元/平。我們假設至2025年PET銅箔滲透率達到20%,則對應全球市場規(guī)模約227億元。長期看,隨著PET銅箔設備工藝逐步成熟、規(guī);w現(xiàn),未來若實現(xiàn)對傳統(tǒng)銅箔的替代,全球市場規(guī)模有望達到千億級別。
(2)生產設備市場規(guī)模
兩步法生產工藝是當下復合銅箔生產的主流工藝,主要運用磁控濺射設備和水電鍍設備。預計到2025年磁控濺射及電鍍設備投資額超180億元,2022-2024年新增設備投資額將達到120億元,年均新增設備投資額41億元。復合銅箔生產設備公司有望充分受益。
電池生產環(huán)節(jié)新增滾焊工藝,有望打開滾焊設備空間。預計到2025年超聲波滾焊設備累計投資額有望達41.4億元,2022-2025年年均新增設備投資額10.3億元。超聲波滾焊設備將形成增量市場。