復(fù)合集流體簡(jiǎn)要介紹

什么是復(fù)合集流體？金屬導(dǎo)電層-高分子材料支撐層-金屬導(dǎo)電層”三明治結(jié)構(gòu)的新型材料

對(duì)于鋰離子電池來(lái)說(shuō)，通常使用的正極集流體是鋁箔，負(fù)極集流體是銅箔。復(fù)合集流體采用“金屬-高分子材料-金屬”三層復(fù)合結(jié)構(gòu)，通過(guò)真空蒸鍍、磁控濺射等方式在高分子 PET/PP 膜表面形成納米級(jí) 金屬，再通過(guò)水電鍍將金屬層沉積增厚到 1μm 以上。

復(fù)合銅箔：在塑料薄膜PET、PP、PI等材質(zhì)表面上先采用真空濺射的方式，制作一層金屬導(dǎo)電層，然后采用離子置換或其它的方式， 將銅層加厚到1微米或以上厚度，而制作而成的一種新型材料。

復(fù)合鋁箔：是一種以聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)等材質(zhì)作為基礎(chǔ)材料，并在其正反兩面上采用先進(jìn)的真空鍍膜工藝沉積金屬鋁層而 制成的一種新型復(fù)合材料。

復(fù)合集流體兼具高安全、高比能、低成本、長(zhǎng)壽命、強(qiáng)兼容等優(yōu)點(diǎn)，復(fù)合銅箔主降本，復(fù)合鋁箔主安全，我們預(yù)計(jì)25年合計(jì)市場(chǎng)空間有望接近300億元

復(fù)合銅箔降本效應(yīng)明顯，若未來(lái)量產(chǎn)問(wèn)題解決，我們預(yù)計(jì)可大規(guī)模替代傳統(tǒng)銅箔。我們預(yù)計(jì)25年復(fù)合銅箔滲透率達(dá)20%，全球需求 量達(dá)45億平，單價(jià)按4.6元/平，市場(chǎng)空間達(dá)206億元。復(fù)合鋁箔降本效應(yīng)一般，但量產(chǎn)進(jìn)展領(lǐng)先（金美22年11月已經(jīng)量產(chǎn)）可提升安全性+輕薄化（鋁箔厚度從12微米下降至2微米），我們預(yù)計(jì)可在消費(fèi)、高端動(dòng)力領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)一定程度替代。我們預(yù)計(jì)25年復(fù)合鋁箔滲透率達(dá)10%，全球需求量達(dá)21億平，單價(jià)按4.1元/ 平，市場(chǎng)空間達(dá)86億元。

傳統(tǒng)銅箔采用電解工藝，傳統(tǒng)鋁箔采用壓延工藝

傳統(tǒng)銅箔又叫電解銅箔，核心工序包括電解溶銅、電解、表面處理、分切。主要生產(chǎn)流程是將銅材溶解后制成硫酸銅電解液，然后 在專用電解設(shè)備中將硫酸銅電解液通過(guò)直流電電沉積而制成箔，再對(duì)其進(jìn)行表面粗化、防氧化等處理，最后經(jīng)分切、檢測(cè)后制成成品并包裝，共包括溶銅造液工序、生箔工序、后處理工序和分切工序四個(gè)生產(chǎn)工序。

傳統(tǒng)鋁箔上游是電解鋁，核心工序包括熔煉、軋制、鑄軋、切邊、退火等。熔煉是指將鋁錠通過(guò)加熱的方式，使其達(dá)到熔化溫度并 進(jìn)行熔體的成分配比、凈化處理的過(guò)程；軋制是指軋輥與軋件相互作用時(shí)，軋件被軋輥拉進(jìn)旋轉(zhuǎn)的軋輥之間，受到壓縮發(fā)生塑性變 形的過(guò)程；鑄軋是指鋁熔體通過(guò)內(nèi)部有循環(huán)水冷卻的旋轉(zhuǎn)著的兩輥之間的縫隙而得到凝固，并在通過(guò)輥縫時(shí)受到軋輥軋制的工藝。

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復(fù)合銅/鋁箔生產(chǎn)工藝完全顛覆傳統(tǒng)銅/鋁箔，核心在物理氣相沉積（PVD）+化學(xué)電鍍

高分子薄膜基材為不導(dǎo)電的絕緣體無(wú)法直接進(jìn)行電鍍。復(fù)合銅/鋁箔鍍膜大致可分為兩步：1）磁控濺射/蒸鍍形成具備特殊性能的金屬薄膜；2）化學(xué)電鍍加厚金屬膜層。磁控濺射（復(fù)合銅箔）：屬于物理氣相沉積的一種，電子在電場(chǎng)的作用下與氬氣碰撞后，高能量的氬原子電離后撞擊靶材表面，使 得靶材發(fā)生濺射，濺射粒子在基片上沉積形成薄膜。它的優(yōu)點(diǎn)有鍍膜穩(wěn)定性好、重復(fù)性好、均勻度好，適合連續(xù)大面積鍍膜，但是 這種技術(shù)也存在不足，效率比較低，鍍膜技術(shù)比較慢，另外設(shè)備投資比較高。

蒸發(fā)鍍膜（復(fù)合鋁箔）：屬于物理氣相沉積的一種，為在真空條件下，采用一定的加熱蒸發(fā)方式使得鍍膜材料氣化，粒子在基材表 面沉積凝聚為膜的工藝方式。優(yōu)勢(shì)是成膜速度快，適合高速的膜層的生長(zhǎng)，但是不足點(diǎn)在于膜層比較疏松，結(jié)合力、結(jié)合強(qiáng)度偏弱， 另外它靠熱量溶化材料，所以整體的溫升會(huì)比較高?；ひ话愣疾荒蜏?，容易產(chǎn)生變形?；瘜W(xué)電鍍（共同的工序，一般為水電鍍）：為傳統(tǒng)電鍍工藝，PET/PP 等基材在經(jīng)過(guò)磁控濺射后，基材表面沉積一層薄金屬層，通 過(guò)電化學(xué)方式實(shí)現(xiàn)在濺射金屬層-PET基材-濺射金屬層復(fù)合材料兩側(cè)進(jìn)行金屬沉積，增加金屬層厚度，降低電阻。

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磁控濺射：量產(chǎn)痛點(diǎn)，具體表現(xiàn)為箔材穿孔、銅膜結(jié)合力差、產(chǎn)線效率低

磁控濺射原理為用高能等離子體轟擊靶材，并使表面組分以原子團(tuán)或離子形式被濺射出來(lái)，并沉積在基片表面，經(jīng)歷成膜過(guò)程，最 終形成薄膜。常規(guī)鍍膜技術(shù)存在三大難關(guān)，主要在磁控濺射工序造成：箔材穿孔：濺射銅種子層的過(guò)程中，高溫的金屬熔融物飛濺熔穿箔材，形成穿孔；其次因常規(guī)磁控濺射一般為原子沉積，銅種子層 致密度差，也增加了后續(xù)電鍍加厚環(huán)節(jié)中的針孔出現(xiàn)率。銅膜結(jié)合力差：常規(guī)磁控濺射技術(shù)的粒子密度低，無(wú)法對(duì)PET/PP聚合物基體表面進(jìn)行有效活化，導(dǎo)致銅膜與聚合物基體的結(jié)合力 差，增加電池安全風(fēng)險(xiǎn)。產(chǎn)線效率低：受常規(guī)磁控濺射技術(shù)節(jié)拍限制，銅金屬沉積速度20～30nm/min，厚銅箔沉積時(shí)間長(zhǎng)，難以實(shí)現(xiàn)卷對(duì)卷生產(chǎn)，阻礙高 效率交付。

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水電鍍：幅寬、車(chē)速、鍍銅均勻性里規(guī)?；慨a(chǎn)尚有提升空間

電鍍過(guò)程為氧化還原過(guò)程，利用電流電解作用將金屬沉積于電鍍件表面，形成金屬涂層。具體來(lái)說(shuō)，將待加工的鍍件接通陰極放入 電解質(zhì)溶液（例如硫酸銅）中，將金屬板接通陽(yáng)極（例如銅球），在外界直流電的作用下，金屬銅以二價(jià)銅離子的形式進(jìn)入鍍液， 并不斷遷移到陰極表面發(fā)生還原反應(yīng)，在陰極上得到電子還原成金屬銅，逐步在鍍件上形成金屬銅鍍層。目前大多是PCB 電鍍?cè)O(shè)備企業(yè)進(jìn)軍復(fù)合銅箔水電鍍領(lǐng)域，但由 PCB 電鍍遷移至復(fù)合銅箔電鍍，基材的厚度降低、幅寬增加，在 更薄且更易變形的膜上鍍銅，需要更高難度的工藝改進(jìn)。

目前復(fù)合銅箔材料幅寬一般達(dá)到 1200mm以上，幅寬越寬，材料張力控制越難。復(fù)合銅箔基膜需要在電鍍槽液體中持續(xù)穿行幾十 米的距離，傳輸過(guò)程中若傳動(dòng)輪速不均勻，張力控制不當(dāng)，更薄更寬的材料很容易出現(xiàn)膜拉伸變形現(xiàn)象。此外，更薄的膜會(huì)更容易 出現(xiàn)因發(fā)熱熔穿和電擊穿等穿孔現(xiàn)象。復(fù)合銅箔鍍銅均勻性需要至少達(dá)到 1μm±0.1μm，當(dāng)前復(fù)合銅箔電鍍?cè)O(shè)備速度至少需要達(dá)到7m/min以上，且距離規(guī)?；慨a(chǎn)仍有 提升空間。

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復(fù)合鋁箔制作工藝難度低于銅箔，已率先量產(chǎn)，但沒(méi)有經(jīng)濟(jì)性

與復(fù)合銅箔材料的制程不同，復(fù)合鋁箔不需要使用水鍍?cè)龊竦墓ば?，流程更?jiǎn)單，生產(chǎn)過(guò)程無(wú)污染，沒(méi)有環(huán)保資質(zhì)的要求。2022年11 月11 日，金美新材料宣布量產(chǎn)8 微米復(fù)合鋁箔。公司第一代產(chǎn)品2018 年已經(jīng)在歐洲某車(chē)型搭載使用，公司8 微米復(fù)合鋁箔量產(chǎn)產(chǎn)線已經(jīng)完成安裝調(diào)試和試產(chǎn)驗(yàn)證，于22年10 月正式進(jìn)入量產(chǎn)爬坡階段。

復(fù)合鋁箔材料成本下降效應(yīng)不明顯（鋁價(jià)明顯低于銅），考慮設(shè)備成本后，難以實(shí)現(xiàn)降本效應(yīng)。材料成本：以12μm鋁箔為例，復(fù)合鋁箔鋁厚度降至1μm，我們按照鋁單價(jià)1.7萬(wàn)元/噸（不含稅），厚度降低10μm可帶來(lái)降本 0.45元/平，而目前傳統(tǒng)鋁箔價(jià)格在3-4萬(wàn)元/噸（合1-1.3元/平）。設(shè)備成本：傳統(tǒng)鋁箔1萬(wàn)噸設(shè)備投資額在1億元左右，轉(zhuǎn)化為單平投資在0.3元/平，而復(fù)合鋁箔設(shè)備成本我們預(yù)計(jì)大幅增加。

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基膜：PET耐溫性、結(jié)合力好，產(chǎn)業(yè)進(jìn)展領(lǐng)先，PP在電池端性能表現(xiàn)更好，更受電池廠青睞

目前復(fù)合集流體對(duì)膜基材的選擇有PET（聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯）、PP（聚丙烯）、PI（聚酰亞胺），PET最為主流。目前PET、 PP、PI都在用于制作復(fù)合集流體，正極集流體基本上用PET，負(fù)極集流體有用PET，也有用PP的，PI成本較高目前應(yīng)用較少。PET和PP性能各有千秋，PP膜應(yīng)用在電池端性能表現(xiàn)更好。PET比PP有更好的耐溫特性、更好的粘結(jié)強(qiáng)度，但是PP有更好的耐 腐蝕性，在電池電解液里面耐腐性更有優(yōu)勢(shì)。無(wú)極性的PP基材耐酸堿性強(qiáng)，最終運(yùn)用在電池端的性能表現(xiàn)會(huì)更好，勝利精密表示部 分客戶希望得到PP基材的復(fù)合銅箔產(chǎn)品。

濺射靶材

濺射靶材是磁控濺射的主要材料，或?qū)⒊蔀橛绊懠夹g(shù)進(jìn)一步迭代升級(jí)的重要因素之一。濺射靶材是指通過(guò)磁控濺射等鍍膜系統(tǒng)在 適當(dāng)工藝條件下濺射沉積在基板上形成各種功能薄膜的濺射源，是磁控濺射的主要鍍膜材料,按形狀可分為平面靶和旋轉(zhuǎn)靶。濺射 靶材的產(chǎn)品質(zhì)量、性能指標(biāo)直接決定了終端產(chǎn)品的品質(zhì)和穩(wěn)定性。

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磁控濺射

磁控濺射鍍膜具有結(jié)合力好等突出優(yōu)勢(shì)，但仍存在一定缺陷需要逐步迭代優(yōu)化。采用此方法鍍膜具有結(jié)合力好、穩(wěn)定性好、均勻 度好、膜層致密等突出優(yōu)點(diǎn)，但仍存在褶皺變形、溫度控制、薄膜穿孔等問(wèn)題需要通過(guò)技術(shù)迭代不斷解決。

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水電鍍

水電鍍是磁控濺射的有效補(bǔ)充。PET/PP 等基材在經(jīng)過(guò)磁控濺射后，表面沉積了一層薄金屬層，水電鍍（化學(xué)電鍍）在濺射金屬 層-PET基材-濺射金屬層復(fù)合材料兩側(cè)進(jìn)行金屬沉積，增加金屬層厚度，緩解了由于磁控濺射單次鍍膜厚度為納米級(jí)，要達(dá)到微 米級(jí)銅厚需要多次濺射，導(dǎo)致單位面積加工成本高、效率低的問(wèn)題。

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超聲波滾焊設(shè)備

復(fù)合集流體替代傳統(tǒng)集流體需要新增極耳轉(zhuǎn)印焊工序。傳統(tǒng)的銅箔極耳超聲波焊接工藝一般是先預(yù)焊后終焊，預(yù)焊一般是將多層 極耳箔材連接在一起，終焊需將多層極耳和連接片焊接在一起，而以復(fù)合集流體替代傳統(tǒng)的銅箔，鋰電池在前段工序會(huì)多一道采 用超聲波高速滾焊技術(shù)的極耳轉(zhuǎn)印焊工序，預(yù)計(jì)在中段工序的多層極耳超聲波焊接工序保持不變的前提下，電池廠單條產(chǎn)線對(duì)滾 焊設(shè)備的需求數(shù)量是極耳超聲焊接設(shè)備的 3 倍左右。

來(lái)源：天風(fēng)證券

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