复合集流体产业趋势及制作工艺介绍

我们认为，复合集流体凭借其安全性和经济性，产业发展有望加速：

1.产业趋势：显著加速，设备商、新型铜箔厂、电池厂及终端用户纷纷布局

从 0 到 1，复合集流体产业趋势愈发明朗，设备商、新型铜箔厂、电池厂及终端用户纷纷布局。复合集流 体凭借安全性和经济性的特点，自 2022 年初水电镀加工环节设备取得突破以来，先后经历了由单一膜材料厂 商到多家厂商投入研发试制、良率效率大幅提升、由试验线到计划量产线、官宣量产复合铜箔（宝明科技）、 大批量水电镀设备采购协议、多家膜材料厂送样&生产基地奠基建设等阶段性进展，产业趋势由逐步明朗到显 著加速。多家汽车企业将安全电池作为卖点，电池厂积极布局专利及相关测试，数十家新势力跨界进入复合铜 箔生产领域，设备商亦不断创新，积极推动产业进步。

下游：多家汽车&电池企业开启安全电池“军备竞赛”。随着锂电池安全性渐成趋势，汽车企业也将电池安全作为一大卖点，纷纷推出安全电池产品，有望推动各类安全电池技术的加速推广。

广汽埃安弹匣电池 2.0 采用复合集流体，为首家宣布使用复合集流体的主机厂。2023 年 3 月 30 日，广汽埃 安发布了弹匣电池 2.0 军标级枪击测试结果，常规铁锂电芯遭遇枪击后随机热失控、起火燃烧（铁锂电芯自燃 温度一般为 800 度），弹匣电池 2.0 在同样条件下仅冒烟无明火，没有进一步热蔓延，相邻受体电芯温度仅 185 度。弹匣电池技术中超稳电极界面采用复合集流体材料，也是国内首个宣布采用复合集流体的电池，预计首搭 车型为 Hper GT 昊铂。

OPPO 推出夹心式安全电池，采用复合集流体增强消费电子锂电池安全。OPPO 在 2021 年 7 月 22 日闪充 开放日上，发布了一款夹心式安全电池，通过使用一层新型的复合高分子材料作为基体，采用非常有挑战性的 工艺镀上两层铝层行成一个“三明治”结构的集流体，代替传统的铝箔集流体，并在其上涂覆一层安全涂层形 成最终的五层安全结构。在不影响电池性能的前提下，夹心式安全电池可以做到完全通过针刺与重物冲击实验。

宁德时代复合集流体结构突破传统集流体功能局限，解决了高镍电池内短路难题，并通过莱茵 TÜV 认证。 据中国能源网，宁德时代在复合集流体方面有多项动作，在业内率先解决了高镍电池内短路难题，并通过莱茵 TÜV 认证。 此外，宁德时代麒麟电池采用NP2.0技术，能量密度达 255Wh/kg。在相同化学体系、同等电池包尺寸下，麒麟电池系统电量相比 4680 系统可提升 13%。宁德时代国内乘用车执行总裁刘畅延在极氪 009 发布活动中表 示，在极端情况下，麒麟电池电芯大面冷却技术搭配 NP2.0，可保证电池系统无热蔓延、不起火，可满足行业 最高电池安全要求。

蜂巢能源采用 Soteria 电池安全技术。据 Inside evs 于 2021 年 4 月 22 日报道，蜂巢能源将采用来自 Soteria 电池创新集团（BIG）的电池安全技术，使电池不受热失控的影响。 中游：数十家新势力跨界进入复合铜箔生产领域，传统铜箔企业亦积极布局。自 2022 年 7 月初宝明科技 宣布投资复合集流体项目以来，已有数十家公司披露相关计划并积极产能布局和送样，推动技术革新。

2.制作工艺：“磁控溅射+水电镀”两步法为当前主流

复合铜箔的加工一般包含“打底+增厚”两个过程。首先在基材表面形成金属种子层，一般为 50nm 左右 ，目的是增强金属与基材之间的结合力，一般采用 PVD 方法，以磁控溅射为主；第二步是 “增厚”，一般采用水电镀，将铜层增厚到 1000nm（即 1μm），即可满足一定的充放电性能。

制备过程主要关注点在于高分子基材上的镀膜过程，究其本质是镀膜技术应用。复合集流体制造一般涉及 到真空磁控溅射、真空蒸发镀膜、水电镀膜等三类主流的镀膜工艺。1）磁控溅射是电子在电场的作用下与氩 气碰撞后，激发高能量的氩原子电离后撞击靶材表面，使得靶材发生溅射，溅射粒子在基片上沉积形成薄膜， 例如在复合铜箔制造中，靶材指铜材料，基片指高分子材料；2）蒸发镀膜是在真空条件下，采用一定的加热 蒸发方式使得镀膜材料气化，粒子在基材表面沉积凝聚为膜。真空磁控溅射与蒸发镀膜均属于物理气相沉积 （PVD），也被称为“干法”工艺；3）水电镀膜为典型的“湿法”工艺，利用电沉积原理，将待加工的镀件接 通阴极放入电解质溶液中，直流电的作用下金属铜进入镀液，并不断迁移到阴极表面发生还原反应，逐步形成 金属铜镀层。但 PET 等高分子材料不导电，无法直接进行化学电镀，需要先对高分子材料进行表面处理、活化、 沉积导电层等，增加导电性。

复合铜箔制备方法按照工艺步骤数，分为一步法、两步法和三步法。一步法按照是否使用化学试剂分为干 法与湿法：一步法干法指使用纯磁控溅射工艺或磁控溅射和真空蒸镀一体机镀铜，通过多靶材、多腔体提高效 率；一步法湿法通过对基膜进行清洗、粗化，提升表面粗糙度，然后以化学沉积的方式（不通电）在薄膜基材 表面覆盖一层均匀的金属铜层；

两步法包括两个步骤，磁控溅射+水电镀：1）磁控溅射对高分子膜进行活化。由于 PET/PP 表面不导电， 无法直接进行电镀，需要先对高分子材料进行表面处理、活化，溅射形成方阻小于 2Ω（厚度约为 30nm-70nm） 的金属铜膜；2）水介质电镀加厚金属层至实现导电功能。在磁控溅射形成基础铜膜后，通过水介质电镀的方 法将两边铜层分别增厚至 1µm 左右，实现集流体导电的功能； 三步法包括三个步骤，磁控溅射+真空蒸镀+水电镀：在磁控溅射后增加真空蒸镀环节，目的是提高沉积速 度，真空蒸镀的沉积速度是磁控溅射的 3-4 倍，可以快速补足铜膜到适合电镀的厚度。

多种制备工艺各有优劣势，综合成本占优的有望胜出。铜箔厂选型制备工艺过程中，综合成本是重要考量， 我们认为有四大因素：①良率（影响材料利用率和产品品质）；②效率（影响设备投资额以及折旧）；③能耗 （直接成本）；④环保（排污资质的获得以及排污成本）。几种工艺各有优劣势，在上述四项指标上的突破值得 关注。

两步法仍为当前主流的原因分析： 1）干法一步法良率好，但效率及能耗待突破：磁控溅射单次镀膜厚度为纳米级，若要达到微米级铜厚 则需要多次溅射，相对效率低于电镀工艺。据诺德股份 2022 年报，磁控溅射镀层效率较低，目前磁控溅射镀 30-50nm 在 5-10 米/分钟，80-100nm 则小于 5 米/分钟，如果需要镀 1000nm（1µm），预计生产效率不足 1 米/分 钟，难以满足实际生产需求。据阿石创 2022 年报，溅射工艺结合靶材使用率（70%）与附着率指标（65%- 85%），有效附着率仅 60%左右。蒸镀工艺的国际一线蒸发源的有效附着率仅为 50%，且真空蒸镀对高分子复 合材料抗高温性能要求较高，现有 PET/PP 等高分子材料性能难以满足其规模化生产； 2）湿法一步法成本略高：据三孚新科投资者活动公告，药水价值每平米就需要 2.0-2.5 元左右，再加上 铜成本与设备折旧，湿法一步法的成本短期内难以低于两步法。另外，PET 等高分子材料的结晶度大、极性小、 表面能低，这三种特性会影响镀层与基材之间的黏合力； 3）三步法更均匀，但良率较难提升：在两步法中，靶材溅射虽然使铜和 PET 结合较好，但沉积速率较低， 基片会受到等离子体的辐射等作用而产生温升，而三步法能将在磁控溅射后形成的不平整的膜体变得更加均匀， 避免在下一步水电镀环节中继续放大瑕疵乃至产生次品。但高温蒸镀在 PET 铜箔上使用是比较冒险，因为 PET 不耐高温，如果磁控溅射后的纳米级铜膜本身没有 100%包裹 PET 或者温度过高，很可能直接烧穿膜体，形成 多个孔洞，影响良率。