2023年复合集流体行业分析：曙光渐近，设备先行

一、复合集流体：兼具高安全、低成本、极薄化的新型材料

（一）动力电池降本提效趋势下，复合集流体优势明显

典型锂离子电池结构主要包括正极、负极、电解液和隔膜四部分。正负极通常采用一定孔隙的多孔电 极,由集流体和粉体涂覆层构成。集流体的作用主要是承载电极活性物质、将活性物质产生的电流汇集输出、 将电极电流输入给活性物质。锂电池集流体通常采用铜箔和铝箔。由于铜箔在较高电位时易被氧化,主要用 于负极集流体；铝箔在低电位时腐蚀问题较为严重,主要用于正极集流体。锂电池充电时，加在电池两极的 电势迫使正极的嵌锂化合物释放出锂离子，通过隔膜后嵌入片层结构的石墨负极中；放电时锂离子则从片 层结构的石墨中析出，重新和正极的嵌锂化合物结合，锂离子实现移动，产生电流。铜箔在动力电池成本 中占比 9%，为提升电池能量密度和安全性，并进一步降低成本，锂电铜箔正在向高密度、轻薄化、高抗拉 强度、高延伸率等方向发展。

复合集流体采用“金属-PET/PP 高分子材料-金属”三明治结构，以高分子绝缘树脂 PET/PP 等材料作 为“夹心”层，上下两面沉积金属铝或金属铜，替代传统的铝箔和铜箔作为锂电池正负极。复合铜箔即是 在塑料薄膜 PET 等材质表面上制作一层金属导电层的一种新型材料，相比传统电解铜箔，复合铜箔作为负 极集流体的锂电池具有低成本、高安全、长寿命和高能量密度等优势。

1、延缓电池内部短路，降低热失控风险

新能源汽车安全性重视度日益提升，复合集流体可有效降低电池热失控风险。近年来，由电池热失控 引发的电动汽车起火自燃事故时有发生，是新能源汽车安全性的核心问题之一。锂离子动力电池“热失控” 是一种由电池温度急剧上升而导致电池出现不可逆的失效现象，通常由电池内部物质发生连锁反应引起。 诱发动力电池热失控的原因包括机械滥用（碰撞、挤压、穿刺）、电滥用（过充、过放和外短路）、热滥用 （外部高温烘烤）以及电池老化所引起的电池内短路等。传统铜箔在金属疲劳断裂或意外损坏情况下可能 产生毛刺，电池过充导致过量的锂移动至负极形成锂枝晶，均可能导致隔膜被穿透从而引发内部短路，从 而引发电池热失控。

传统技术仅能对内短路起到延缓作用，并通常可能会造成电池能量密度的折损。复合集流体中间的高 分子基材具有阻燃特性，其金属导电层较薄，短路时会如保险丝般熔断，在热失控前快速融化，电池损坏 仅局限于刺穿位点形成“点断路”。此外，复合集流体相较传统集流体具备的中间基材层可缓解锂枝晶生长 带来的压缩应力，使锂离子沉积更加均匀，电池循环寿命提升约 5%。因此，采用复合集流体代替传统正负 极，可有效提升电池安全性。

2、有效提升能量密度，契合新能源汽车长续航发展趋势

长续驶里程和低能耗是新能源汽车发展的方向，作为新能源汽车核心部件，就要求锂离子动力电池能 量密度不断提升，从而带动以下几个方面的技术革新。1）电极材料变革：锂离子电池是利用材料的氧化还 原反应来储能和释放能量，因此其能量密度的理论极限由发生氧化还原反应的活性材料决定，取决于反应 过程中单位活性材料能够提供的电子数量以及材料的氧化还原电压。2）成组结构创新：动力电池系统一般 由电池包箱体、单体电池、电池管理系统、热管理系统和线束等组成。与电池工艺优化的原理相似，电池 系统的电池成组结构创新也是为了降低电池包中单体电池以外的其他组件占比，进而实现电池系统的轻量 化。3）电池工艺优化：通过电池工艺调整来提高单体电池能量密度的方法，其本质是增加单位体积或重量 电池系统内的电极活性物质占比，降低非活性辅材如壳体、集流体和粘结剂等用量。从高能量密度电芯设 计的角度来说，为了降低非活性物质的含量，选用密度低、厚度薄的正负极箔材有利于电芯能量密度的提 升。

锂电铜箔极薄化趋势下，复合集流体有助于提升电池比能量。集流体作为正极材料和负极材料电子传 输的载体，在电池的充放电过程中并没有提供任何的容量，同时，铝箔和铜箔的密度均较大，严重影响其 能量密度。因此，如何用更轻的材料去取代传统的金属集流体是提高电池能量密度发展的一个重要方向。 近年来锂电铜箔呈现轻薄化趋势。2018 年宁德时代率先开始 6μm 电铜箔切换，当前已经实现 90%以上渗 透率；比亚迪、国轩高科、中创新航、欣旺达等国内主流电池厂也在积极引入 6μm 锂电铜箔，6μm 锂电 铜箔逐步成为行业主流。根据 GGII 数据，6μm 及以下锂电铜箔占比从 2020 年的 50.4%提升至 2022 年的 86.2%。更薄的 4.5μm 铜箔也正在成为国内头部锂电铜箔企业布局的重心。

复合集流体中间层采用轻量化高分子材料，重量比纯金属集流体降低 50%左右。复合铜箔中铜厚度相 比 6μm 铜箔减少 66.67%，复合铝箔中铝厚度相比 10μm 铝箔减少 80%。按铜密度 8.96g/cm3 、铝密度 2.7g/cm3 、PET 密度 1.38g/cm3 计算，则 6.5μm PET 铜箔相比 6μm 铜箔和 4.5μm 铜箔，减重幅度分别达 到 55%和 40%；8μm PET 铝箔相比 12μm 铝箔和 10μm 铝箔，减重幅度分别达 58%和 49%。金属用量的节省部分用 PET 等材料进行替代后，保障安全性的同时重量更轻，产品综合性能更优。随着重量占比降 低、电池内活性物质占比增加，能量密度可提升 5%-10%。

3、高分子材料更具成本优势，有助实现动力电池降本

传统锂电铝箔和铜箔采用“铝锭价+加工费”、“铜价+加工费”的定价模式。以铜箔为例，原材料价格 在总成本中占比约 80%，尽管加工费自 2022 年下半年以来持续下降，但铜价震荡上行，维持在高位。而 PET、PP 等高分子材料价格仅为铜价的约 1/10，将其应用于锂电正负极材料，有望大幅降低集流体成本， 从而满足锂电行业降本增效需求。

复合铜箔规模化量产后成本有望显著低于传统铜箔。根据 GGII 数据，以 6μm 铜箔为例，其单位材料 成本为 3.73 元/平方米；而 6.5 微米 PET 铜箔的铜箔厚度为 2μm，单位总成本为 1.3 元/平方米，低于铜箔 的单位成本，材料成本优势明显。传统铜箔的原材料成本占比约 83%，而复合铜箔原材料成本占比约 31%， 且受产业化初期影响设备成本占比高达 50%，复合铜箔生产通过规模效应降低成本的空间更大。在技术完 备条件下，复合铜箔大规模量产后有望实现 4.5 元每平米以下，相较传统铜箔有望实现降低 40%的制造成 本。

（二）传统集流体 vs 复合集流体：新工艺催生设备端投资机遇

1、工艺：复合铝箔核心环节真空蒸镀，复合铜箔多种路线并存

电池铝箔生产工艺路线主要有两种：1）铸轧→冷轧→箔轧（连铸铸轧工艺）。将铝锭熔炼后通过铸轧 形成铸扎卷，再经过冷轧、退火形成铝箔坯料，最后经过箔轧、退火形成铝箔；2）铸锭→热轧→冷轧→箔 轧（热轧工艺）。通过铸锭工艺以形成扁锭，再通过粗轧和精轧分别形成中厚铝板、热轧卷；然后通过冷轧、 退火形成铝板带半成品和铝箔坯料；铝箔坯料通过箔轧、退火形成铝箔半成品。采用热轧供坯生产的电池 铝箔质量相对稳定但成本偏高；双辊连续铸轧供坯流程短、能耗低、成本低，目前已经成了电池铝箔主要 的生产方式。核心设备包括熔炉、轧机、退火炉、轧辊磨床等。

相较于复合铜箔，复合铝箔制备的技术路线已经十分明确，主要采用真空蒸发镀膜干法工艺。即在厚 度 4.5～6.0µm 的 PET/PP 基材表面采用真空蒸发的方式，双面镀制一层 1µm 的铝膜。

传统锂电铜箔主要采用电解法生产，将铜料溶解后制成硫酸铜电解溶液，然后在专用电解设备中将硫 酸铜电解液通过直流电电沉积而制成箔，再对其进行表面粗化、防氧化处理等一系列处理，最后经分切检 测后制成成品，包括溶铜造液、生箔、后处理和分切四个生产工序，核心设备为溶铜罐、生箔机、阴极辊 等。

PET 等高分子材料的结晶度大、极性小、表面能低，会影响镀层与基材之间的黏合力，且高分子材料 大多为不导电的绝缘体，因此无法直接进行电镀，需要先对高分子材料进行表面处理、活化等，使其表面 沉积一层导电的金属膜。复合铜箔的制备工艺存在多种路线，包括一步法（化学沉积法/真空磁控溅射/真 空蒸镀法）、两步法（真空磁控溅射+水电镀）和三步法（真空磁控溅射+真空蒸镀+水电镀）等。一步法可 分为应用化学沉积的湿法工艺和应用磁控溅射技术的干法工艺。其中，一步湿法是通过化学及电化学相结 合的方式在薄膜基材表面沉积一层致密可靠的金属铜层，工序包括前处理、水洗、活化、还原、化铜、电 镀铜、烘干等。两步法先采用真空磁控溅射工艺制备基础层，再通过水电镀增厚铜层；三步法则是在磁控 溅射后加入真空蒸镀环节，进一步提升沉积效率和均匀性。

2、设备：真空镀膜、水电镀、超声波滚焊设备打开市场空间

从工艺路线来看，复合集流体制备的核心设备包括真空蒸镀、真空磁控溅射在内的真空镀膜设备，以 及水电镀设备。

1）复合铝箔制备以及复合铜箔三步法工艺中均应用真空蒸发镀膜设备。真空蒸镀是物理气相沉积中 的一种，需要在真空或特定的大气条件下加热金属源，使其蒸发。然后将气化金属沉积到基底表面，形成 金属层或金属化合物层。真空蒸镀的优势是在于效率高，但制程中发热量过高，基膜作为热敏性材料容易 变形，影响良率。

2）真空磁控溅射设备是复合铜箔两步法和三步法工艺的前道设备。由于 PET、PP 等高分子材料不导 电，故需要先对其进行表面处理、活化、沉积导电层等，增加导电性。真空磁控溅射也是物理气相沉积技 术的一种，是用高能等离子体轰击靶材，并使表面组分以原子团或离子形式被溅射出来，并沉积在基片表 面，经历成膜过程，最终形成薄膜。复合铜箔的前道制备工艺，即是在厚度 3-8 微米的 PET 或者 PP 等塑 料薄膜表面先采用真空沉积铜的方式，制作一层约 30-70nm 的金属层，将薄膜进行金属化。

3）水电镀设备是几种复合铜箔制备工艺的通用后道加工设备。水电镀利用电沉积原理，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。复合铜箔两步法工艺中，将高分子材料经过真空磁控溅射金属化后，继续采用水介 质电镀的方式，将铜层加厚到 1μm，复合铜箔整体的厚度在 5-10μm 之间。

4）一步湿法制备复合铜箔则是使用化学沉积方式，在薄膜基材表面覆盖一层致密可靠的金属铜层，并 与电化学相结合进行双面镀膜，从而实现“一步法”完成复合铜箔制造。

5）超声波滚焊是复合集流体最具确定性的设备。以复合集流体替代传统的铜箔和铝箔，锂电池在前段 工序将多出一道采用超声波高速滚焊技术的极耳转印焊工序，从而解决不同复合集流体材料和纯金属箔材 之间的转印焊接问题。超声波滚动焊接是焊头在工件表面滚动，从而在工件表面形成连续焊缝，焊头工作 面通常为圆柱形。单条产线对滚焊设备的需求数量是极耳超声焊接设备的 3 倍左右。

3、成本：复合铜箔生产成本较传统铜箔有望降低 30%

以复合铜箔两步法工艺为例进行如下测算，则在良率 80%的情况下，6.5μm 复合铜箔生产成本为 2.45 元/平方米。根据铜冠铜箔和中一科技披露的 2021 年上半年锂电铜箔单位成本约 7 万元/吨，考虑当年铜价 与 2023 年铜价水平相当，可折算得到 6μm 传统铜箔成本为 3.76 元/平方米。由此可得，复合铜箔生产成 本较传统铜箔下降 34.78%。

二、产业化渐行渐近，设备环节有望迎来百亿市场

（一）产业链进展不断，商业化趋势明朗

从产业链上下游来看，复合集流体上游为包括高分子基材、铜、铝等在内的原材料厂商以及设备厂商， 中游为复合铜箔、复合铝箔制造商，下游为各个动力电池企业和车企。

复合铝箔产业化进展较快，复合铜箔产业链不断迎来催化。早在 2021 年 7 月，OPPO 就发布了引入复 合集流体技术的五层夹心式安全电池，实现了复合集流体在消费电子领域的应用。2022 年 11 月，重庆金 美率先实现 8μm 复合铝箔量产下线。今年 3 月，广汽埃安发布采用复合集流体材料的弹匣电池 2.0，并通 过军标级枪击测试，将首先搭载于埃安豪华超跑品牌 hyper。天能电池发布了用于两轮车领域的新一代锰铁 锂电池 TP-MAX，同样以复合集流体的应用作为安全升级的亮点。今年 4 月和 6 月，搭载宁德时代麒麟电 池的极氪 009 和极氪 001 均使用了复合集流体。年底上市的塞力斯问界 M9 也或将应用复合铝箔。复合铜 箔由于基材、工艺路线分歧等原因，产业化进展较复合铝箔相对缓慢。但今年以来产业链上不断迎来催化， 趋势愈发明朗。6 月，双星新材、万顺新材公告获得首张复合铜箔订单。道森股份子公司洪田科技研自今 年 4 月发布一步法真空磁控溅射一体机后，分别于 7 月和 9 月获得 7000 万元和 1.84 亿元订单。9 月 4 日， 嘉元科技公告，与三孚新科在复合铜箔产业链建立战略合作关系，并签订“一步式全湿法复合铜箔电镀设 备”采购合同，确认合同金额 2.43 亿元。10 月 9 日，璞泰来发布公告，与宁德时代签订《战略合作协议》， 双方同意就复合铜箔集流体业务建立长期合作机制，共同开拓新能源海内外市场；公司溧阳基地预计将在2024 年逐步实现产能投放。宁德时代作为下游电池厂龙头，这一战略协议表明复合集流体产业化趋势的进 一步明确。

（二）多种路线齐头并进，两步法或成复合铜箔主流路线

从产业链现状来看，复合铜箔目前多种技术路线并存，共同探索商业化路径。1）基材端，或从 PET 转向 PP。复合铜箔中可选用的高分子材料主要包括 PET、PP 和 PI 等。PI 具有优异的机械性能、化学稳定 性和较宽的温度范围，但由于其生产技术难度高且成本昂贵，很难批量生产，还未进入导入阶段。产业端 主流选择为 PET 和 PP。相比于 PP，PET 在耐温性、附着力、抗拉伸性等方面更具优势，因此各材料厂早 期多选用 PET 作为中间层，应用已相对成熟。

尽管 PET 具备更强的物理性能，但其容易在乙二醇、水、甲醇、氨中发生降解。锂电池负极端存在催 化 PET 降解的醇基锂（SEI 膜的成分），可显著促进 PET 的降解。若溶解到电解液中会增加电解液粘度， 减缓离子传输速度，增加锂离子电池的内阻。随着循环时间的增加，PET 溶胀溶解反应，使得金属层和 PET 之间的化学键会在长期使用过程中逐渐老化，金属层与基底的界面粘结性和剥离强度逐渐减弱，从而 导致循环容量下降。因此在测试中，使用 PET 作为基材的复合铜箔出现高温循环跳水，需要对电解液进行 改性。

PP 相对于 PET 附着力和抗拉伸能力较弱，但其分子链中只存在碳碳键，除能被浓硫酸、浓硝酸侵蚀 外,对其它各种化学试剂都比较稳定，而且也极难发生断链降解，化学稳定性极强。因此目前部分材料厂已 经对 PP 基材的复合铜箔进行送样测试，尚需解决 PP 与铜金属的结合力问题。 2）工艺设备端，“磁控溅射”+“水电镀”的两步法正逐步成为行业主流。从产业链来看，目前“磁 控溅射+水电镀”的两步法由于其在良率、成本、效率等方面的综合优势，成为宝明科技、江阴纳力、双星 新材、英联股份等进展较快、产能规划较大的复合铜箔材料厂主流选择的工艺路线。前道磁控溅射设备厂 商主要包括腾胜科技、汇成真空等，水电镀设备厂商为东威科技。三孚新科凭借其在 PCB 和通用电镀化学 品及设备领域的积累，推出一步全湿法路线，推出化学沉积与水电镀相结合的复合铜箔电镀设备，并与嘉 元科技签订战略合作协议和 2.43 亿元设备采购合同。道森股份收购洪田科技切入铜箔设备领域，先后推出 卷绕磁控溅射镀膜机、卷绕磁控溅射蒸镀复合镀膜机、卷绕蒸发镀膜机等复合铜铝箔一体机设备，并已获 得订单。

3）材料端，玩家陆续入局，产能投入节奏加快。宁德时代、广汽等龙头电池厂和车企对复合集流体的 应用为行业树立了风向标，推动产业化进程加速发展。各路玩家纷纷投建产能基地，入局复合集流体产业 链。根据 GGII，2023 年复合集流体规划产能超过 30 亿平方米/年。其中进展较快的箔材厂商为重庆金美、 宝明科技、纳力新材、英联股份等，嘉元科技、诺德股份等传统锂电铜箔厂商入局则相对较晚。

（三）2025 年复合铜箔设备空间有望超百亿

从产业链上下游布局来看，复合铜箔产业化趋势明朗，以目前主流两步法工艺测算，预计 2025 年磁 控溅射+电镀设备+超声波滚焊设备市场空间合计达到 143 亿元。根据主流电池厂商产能规划，假设 2023- 2025 年，复合铜箔在新增电池市场中渗透率为 0.5%/5%/13%。按单 GWh 需 2 台磁控溅射设备和 3 台电镀 设备，单台价格分别为 1400 万元/1000 万元，需超声波滚焊设备价值量 1000 万元，随着效率和良率的提 升，单 GWh 所需设备数量和单台设备价值量逐步减少。则到 2025 年，真空磁控溅射设备和电镀设备市场 规模将分别达到 57.6 亿元和 58.0 亿元，超声波滚镀设备市场规模 27.7 亿元。

（四）工艺设备仍存问题亟待优化

采用磁控溅射技术制备聚合物复合铜箔时，由于非金属聚合物基材的结晶度大、极性小、表面能低， 溅镀时会影响镀层与基材之间的附着力，且聚合物基材为不导电绝缘体，无法进行电镀增厚。因此，需要 先进行表面活化处理，形成导电金属膜，然后进行电镀增厚工艺。所以，聚合物表面种子层质量的优劣最 终决定了复合铜箔的质量。由于聚合物基体厚度仅为几微米，磁控溅射沉积技术在工艺及设备方面面临较 大难度。

1、工艺端

（1）铜种子层结合力差。常规磁控溅射沉积粒子能量较低，无法对高分子聚合物基体表面进行有效活 化处理，导致铜种子层与聚合物基体间的结合力较差。 （2）铜膜针孔率高。常规磁控溅射沉积区域较小，在宽幅较大的聚合物基材表面沉积制备的铜种子层 结构可控性、致密性、均匀性差，进而极大增加了电镀增厚过程中产生孔洞的概率 （3）基材褶皱、穿孔。铜金属在磁控溅射到高分子聚合物基材表面时，由于溅射的铜原子具有较高的 能量，会使基体温度显著升高，造成局部褶皱现象；同时高温熔融状态的铜金属沉积物可能会熔穿聚合物， 出现穿孔问题，进而在后续卷的连续生产过程中引起断带等问题。采用磁控溅射制备复合铜膜时，为提高 铜种子层与基膜的结合力，解决上述存在的问题，通常需对基膜进行预热处理，使得基底温度控制在 40~50 ℃为宜 （4）铜种子层与电镀工艺匹配性问题。铜种子层的致密性和粗糙度等因素会因末端放电效应，影响最 终复合铜箔的质量。

2、设备端

（1）张力控制问题。为能满足在聚合物基体表面连续沉积铜薄膜，需要使用真空卷对卷连续沉积，而 聚合物因厚度仅为几微米，其抗拉强度较低，在生产宽幅材料时容易拉扯变形，出现起皱、断带等问题。 （2）镀膜均匀性低。在磁控溅射时，若对于磁场喷射角度或大小等未调控好，可能会造成种子层粘附 不均匀，导致最终产品面密度差异性较大。 （3）靶材利用率低。靶材作为聚合物复合铜箔的关键基材之一，在磁控溅射过程中消耗量巨大，利用 率约占 30%。如何提高靶材利用率是目前制约该行业进一步发展的技术壁垒。 （4）磁控镀膜沉积速率低。虽然常规的磁控溅射设备在进行金属沉积时具有较快的速率，但在溅射过 程中因金属具有较高的能量，使得基膜温度明显升高，进而导致聚合物出现高温收缩变形现象，因此需要 散热处理。在保证快速沉积的前提下，如何使基体保持较低温度，是目前仍未解决的难题。 （5）溅射沉积种子层与电镀增厚装备的匹配性问题。常规磁控溅射沉积换样时需要对磁控镀膜室进行 破空，因而需要大量的抽真空时间，导致溅射沉积效率低下，难与电镀增厚设备匹配。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）