复合集流体优势、工艺路线及市场空间如何？

能量密度+高安全性+低成本打破不可能三角。

复合集流体是一种高分子材料和金属复合的新型集流体材料。在锂电池中，集流体起到承 载电极活性物质，并将活性物质产生的电流汇集输出，以便生成较大的电流的作用。集流 体是锂电池中不可或缺的部件，对导电率、稳定性、结合性、成本等存在要求。因为铜和 铝金属材料具有导电性好，价格适宜，质地柔软等优势，目前锂电池的集流体在负极主要 使用铜箔，正极为铝箔。作为一种新型的集流体材料，复合集流体创新性地采用了高分子 材料替代部分中间层的金属，其结构类似于一个“三明治”，中间为基膜（PP、PET、PI 等高分子材料），外两层为镀铜或铝金属膜。 优势一：质量降低+减薄效应下复合集流体电池能量密度更高。铜和铝金属的密度分别为 8.96 和 2.70 g/cm3，而高分子 PET 薄膜和 PP 薄膜的密度仅分别为 1.38 和 0.9 g/cm3，高 分子材料的密度远低于铜铝金属，因而采用高分子材料层替代部分金属后的复合集流体质 量较传统集流体显著降低。据我们测算，假设 1GWh 电池的集流体用量为 1000 万平米， 采用复合铜较传统铜箔减重 56% / 60%，采用复合铝箔较传统铝箔减重 41%。随着重量的 降低以及复合集流体整体厚度的减少，电池中的空间将更多地让位给活性物质，从而提高 了电池的能量密度。根据比亚迪专利，使用“1+3+1”结构的 PP 铜箔替代传统 6μm 负极 铜箔，电池能量密度可提升 3.30%，使用“3+4+3”结构的 PP 铝箔替代传统 10μm 正极铝 箔，电池能量密度可提升 2.60%，而如果正负极分别采用复合铜箔和铝箔进行替代，电池 能量密度可提升 6.10%。

优势二：“断路效应”抑制热失控，电池安全性提升。引发锂离子动力电池热失控的原因很 多，大体上分为机械滥用原因(碰撞、挤压、穿刺)、电滥用原因(过充、过放和外短路)和热 滥用原因等。复合集流体金属层只有 1μm 左右，热失控时会快速熔化，形成“断路效应”， 且中间层基材为绝缘层，可包裹金属层，可以有效阻止正负极短路，如在针刺过程中，复 合集流体直接断开，规避了短路点，从而提升了安全性能。实验中，对分别采用了 PET 铝 箔和传统铝箔的 200 mAh 的软包电池进行针刺试验，可以发现传统铝箔迅速发生短路，电 压降至 0V，而复合铝箔电压维持在 4V，且无冒烟失火情况，有效避免了热失控的发生。 2023 年 3 月 30 日，广汽埃安弹匣电池 2.0 枪击试验发布会中，采用了复合铜箔和复合铝 箔的弹匣电池技术 2.0 首次实现了电池整包枪击不起火；2023 年 7 月 22 日，OPPO 发布 夹心式安全电池(引入正极复合铝箔集流体)，在 OPPO 实验室测试下，能做到 100% 通 过针刺和重物冲击实验。上述两个案例进一步证明了复合集流体无论在小容量的消费电池 领域还是在大容量的动力电池领域均可起到提升安全性的作用。

优势三：原材料价差突显复合集流体成本优势。根据 Wind，2024 年 8 月 30 日电解铜最新 单价为 7.4 万元/吨，而作为复合集流体基膜的 PET 与 PP 膜的单价分别为 0.75 万元/吨和 0.85 万元/吨，基膜材料单价远低于电解铜。据我们测算，6μm 传统铜箔原材料成本为 4 元 /平方米，而“1+4+1”型复合铜箔原材料中 4μm 铜层由高分子基膜替代，原材料成本仅为 1.4 元/平方米。考虑目前 PET 和 PP 铜箔的生产存在一定工艺限制和材料损耗，假设其产能利用率和良率均略低于传统铜箔，PET 和 PP 的生产良率分别假设为 85%和 80%。我们 测算得到 PET 铜箔理论量产成本可达 3.0 元每平，PP 铜箔量产成本约为 3.2 元每平，传统 铜箔的生产成本为 4.7 元每平，复合铜箔优势显著。

镀膜技术主要包括磁控溅射、蒸镀、化学沉积和电镀。磁控溅射通过高能氩原子轰击铜靶 材表面，使铜粒子沉积到基底上形成膜；蒸镀通过加热金属使其气化后沉积到基底表面； 化学沉积在不通电的情况下，利用敏化剂和催化剂的作用，吸引金属沉积至表面；电镀利 用氧化还原反应，在电流作用下将金属沉积到基底表面。对比几种方法，磁控溅射的金属 层粘结力强但效率低；蒸镀速率相对快且均匀性好，但金属层松散且高温下基底容易变形； 化学镀环保清洁、均匀性好，但前驱体昂贵；电镀过程相对容易控制，成熟稳定，目前被 广泛应用于各行各业。

目前应用于复合铜箔制备的一、二、三步法实际为基于效率、良率对主流的镀膜技术进行 的选择性组合。1) 目前应用最为广泛的两步法组合了磁控溅射和水电镀两种方法。利用磁 控溅射方法首先镀上 10-20nm 的铜导电层，然后利用水电镀方法逐步加厚铜层。其中，磁 控溅射这一步的必要性源于 PET/PP 表面不导电，无法进行电镀，需要通过先镀的纳米级 金属层实现材料导电。两步法的缺点在于效率（受磁控溅射步效率低影响）和良率（受两 个设备环节工序较复杂影响）相对较低。2) 从两步法出发，三步法通过增加蒸镀环节，改 善了磁控溅射步过慢的速度，提高了效率，但良率同样受限。3) 一步法目的则在于通过简 化工序，提升良率。其中，纯磁控溅射法仅采用磁控溅射工艺良率可达 90%以上，对于效 率则通过多靶材、多腔体、旋转式圆筒设计等进行改善，但相关设计和材料的增加将推高 成本；化学镀法中，表面处理以及敏化剂和催化剂的使用替代了原先磁控溅射对于基膜的 导电处理作用，工艺简单，良率近 95%，但效率同样较低，且贵金属前驱体昂贵；磁控溅 射+蒸镀一体机是将磁控溅射和蒸镀两步，集中在一体机中实现“一步法”，其本质是将磁 控溅射的核心设备部件与蒸镀的核心设备部件整合在一个镀膜室中，避免了二次装卸损坏， 良率可达 90%以上，磁控+蒸镀的设置也提高了镀膜的效率，但设备制造难度较高。

一体机与两步法成本较为接近，未来一体机线速幅宽提高和设备降价有望进一步推动降本。 单平成本是箔材商对于铜箔可盈利能力和综合投资效益的重量衡量指标，而前文提到的效 率和良率通过不同方式分别影响单平成本：效率决定设备用量和投资额，进而影响设备折 旧；良率决定一定成本下的合格产出量，良率提升推动成本边际下降。在效率和良率之外， 靶材原材料成本是影响单平成本的另一个因素,如尽管磁控溅射一步法良率较高，其昂贵的 靶材刚性成本和低效率下的设备投资额影响了路线本身的经济性。为了更直接地比较各路 线成本，我们对于磁控溅射一步法、磁控蒸镀一体机、磁控溅射+水电镀三种方案进行测算： 1）原材料：一步法需要基膜与铜材，一体机需要基膜、铜材与蒸发料，而两步法仅需要基 膜与铜材，三者原材料成本分别为 2.71/2.38/1.66 元每平方米；2）设备投资：参考各设备 的幅宽、线速及良率，单 GWh 产线，一步法需要约 4 台磁控设备，一体机需要约 1 台设备， 两步法需要约1.4台磁控设备与3.7台水电镀设备，对应三种路线投资额分别为12950、4276、 9222 万元，折旧分别为 1.30/0.43/0.36 元/平米（按十年折旧）。3）电费：考虑设备功耗， 三种路线电费分别为 0.55/0.21/0.18 元/平米。4）人工及其他：假设均为 0.38 元/平米。最 终我们测算得到磁控溅射一步法/磁控蒸发一体机/磁控溅射+水电镀两步法理论成本分别为 4.93/3.40/3.25 元/平方米，磁控蒸发一体机和两步法实际成本接近。作为新路线，磁控蒸发 一体机的幅宽线速仍在不断提升，叠加未来设备价格的降低，磁控蒸发一体机仍具备一定 降本空间。如道森股份子公司洪田科技一体机产品实际设计线速为 1-50m/min，若一体机 运行线速为从目前的 15m/min 进一步提升至 25m/min，成本可达 3.15 元/平方米，低于两 步法。 中间层基膜改善力学性能，有望打破厚度制约进一步实现减薄降本。由于铜箔的厚度与力 学性能实际上相互制约，延伸率随厚度的减小而降低，因此 4.5μm 极薄铜箔容易出现断带、 打褶等问题，且生产工艺更复杂，产品良率更低。因此，虽然 2021 年起多家铜箔企业已宣 布掌握了 4.5μm 铜箔的生产能力，但目前国内 6μm 依然占据主流地位，据嘉元科技表示， 目前 6μm 铜箔产品占比在 75%左右。而复合集流体的不同之处在于，通过在中间层采用的 PET 或 PP 薄膜替代铜金属，抗拉强度更好，因此减弱了厚度对于力学性能的限制，未来 有进一步向 6μm 以下减薄的可能。

新能源车渗透率走高，动力电池装机量预计保持稳定增长。根据高工锂电统计，2023 年全 球动力锂电池出货量达 706GWh，同比+36%，相较于 2021 年（同比增速达 102%）和 2022 年（同比增速达 74%），增速出现下滑。从下游车端销量来看，根据乘联会数据，2023 年 全球新能源车销量为 1428 万台，同比+33%，新能源车渗透率达 16%，同比+3 pct。我们 认为，随着新能源汽车渗透率的进一步提升和动力电池出货基数的增大，维持高增长的难 度较大，但考虑到电动汽车智能化技术有望通过优质供给撬动新需求，海外新兴市场如东 南亚、拉美等地区在政策支持下新能源汽车销量不断增长，根据华泰电新《电力设备与新 能源行业中期策略：看好出海、新技术与盈利反弹机会》（2024 年 6 月 19 日）中的观点， 预计 2024/2025 年全球动力电池装机量为 860/1061GWh，同比+22%/23%。

采用复合铜箔的动力电池包目前成本仍较高, 测算售价约 0.82 元/Wh。采用复合铜箔的电 池相较传统电池的改变主要在于：1）原材料端，铜箔成本发生变化。基于尚未大规模量产 背景下，复合铜箔生产效率低、产品良率待改进、设备价格高等原因，复合铜箔目前价格 仍高于传统铜箔，假设为 9 元/平方米，1GWh 电池需要 1000 万平方米，对应换算得单 Wh 电池复合铜箔成本为 0.09 元。2）设备端，相较于以往的电池制造，复合铜箔新增滚焊环 节，增加了滚焊设备，约 800 万/GWH，按 10 年折旧，仅增加 0.0008 元/Wh。3）良率端， 假设电池毛利率为 24%，测算得复合铜箔电池售价 0.82 元/Wh，据真锂研究数据，传统电 池单价约 0.73 元/Wh，复合铜箔电池单价仍偏高。

若复合铜箔未来单价下降将降低电池包成本。基于复合铜箔价格和电池生产良率两个因素 对于 70KWh 电池包成本作敏感性测算，相比良率的提升，其成本对于复合铜箔价格的响应 更为敏感，降本更快，我们认为首先应当关注工艺端改进、量产规模扩大以及价格谈判博 弈后，复合铜箔价格的下降，即降本核心仍在箔材端。假设复合铜箔单价下降至 5 元每平 方米，电池端生产良率提升至 95%时，70KWh 的电池包成本将开始低于传统电池包，其 成本为 50618 元，节省了 482 元；假设复合铜箔单价进一步下降至 3 元每平方米时，且 良率维持在 95%，电池包理论成本可达 48791 元，较传统铜箔电池下降 2309 元，相对 节省了 4.5%的成本。

考虑复合集流体能量密度高、续航增加的性能优势，上述理想条件下实际单车节约成本可 达 2677 元。1）同等容量电池，复合集流体通过高能量密度实现更低质量和车身减重，增 加了续航。根据比亚迪专利文献，采用复合铜箔可实现能量密度增加 5%，相应地，同等容 量的电池包，其质量可下降 5%。考虑到电池包占单车质量的 20%-30%（此处测算假设占 25%），换算至整车的质量在采用复合集流体电池包后可下降约 1.3%。根据欧洲铝业协会 调查，新能源车身减重 10%，能耗下降 5.5%，续航里程可增加 5.5%，假设该变化呈线性 比例关系，则对应采用复合集流体电池整车质量下降 1.3%可对应续航里程增加 0.7%。2） 同等续航电池，复合集流体电池可通过更小的容量和更轻的质量，达到与传统电池同等的 续航效果。经过我们测算，电池容量用量减少 0.8%，假设在一定范围续航内，续航与容量 基本呈线性关系，则对续航的影响为-0.8%；其次，采用复合集流体电池，当其电池包质量 较传统电池包质量减少-5.5%时，整车重量减少 1.4%时，续航里程可增加 0.8%。在以上情 况下，复合集流体电池用量的减少对续航的影响被车身质量的减薄影响所抵消，意味着可 以节省 0.8%的电池容量成本。如果同 70KWh 的传统电池包作对比，同等续航的车装配的 复合集流体电池包容量可减少 0.08%，对应 0.56KWh。假设 70KWh 的复合集流体电池包 成本如前文测算达到 48791 元，则容量减少又变相节省电池包成本 368 元，合计电池包可 节省成本 2677 元。

高价值量的整车对于短期高企的价格承受力更强，车端有望率先实现复合铜箔电池应用。 我们基于 70KWh 复合铜箔电池包三个阶段的测算价格，即短期单价 57288 元（对应复合 铜箔单价 9 元/平，良率 90%），中期单价 50618 元（对应复合铜箔单价 5 元/平，良率 95%）， 和远期单价 48791 元（对应复合铜箔单价 3 元/平，良率 95%），对不同价格带的汽车的单 车成本影响做测算分析，可以看出即便在复合集流体成本高企的“阵痛期”，单价 35 万以 上的汽车仍有较好的承受力，其成本增加在 2.5%以下，有望成为“先吃螃蟹的人”；当电 池包价格达到 50618 元时，全价格带汽车的成本均可实现小幅下降优化；而当复合集流体 电池包价格进一步达到 46791 元时，其成本优势开始显现，下降区间在 0.6%-2.3%，对于 低价格带的车型成本影响更为显著。