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【机构评论】动力电池行业:PET铜铝箔产业化进程开启

电解铜箔存在容量降低、电池热失控等安全隐患。在锂电池行业中,目前主流采用的负极集流体为厚度6-9um左右的纯铜电解铜箔。电池充放电使用过程中,负极材料体积也随之变化,作为负极集流体的铜箔也会不断拉伸收缩,负极材料可能脱落引起容量降低,性能下降,电阻增加,产热增加等安全隐患。另外,电池由于枝晶生长、外力等原因受损引起热失控后,存在电池爆燃的安全风险。复合集流体就像一个保险,针刺后针刺位点迅速断开,从而保证了电池的安全。

PET复合铝膜和铜箔是传统锂电池集流体(铝箔和铜箔)的良好替代材料。其中复合铝膜是传统铝箔厚度的1/2,且重量更轻;复合铜膜是传统铜箔厚度的3/4,同样重量更轻。对锂电池能量密度提升,安全性提升,成本降低具有重要的意义,市场前景广阔。并且该技术具备较大的普适性,复合铜箔、铝箔等其他复合膜材料也能使用该技术。

复合铜箔是在厚度4——6微米的塑料薄膜表面先采用真空沉积铜的方式,制作一层约50-80纳米的金属层,将薄膜金属化,然后采用水介质电镀的方式,将铜层加厚到1微米,复合铜箔整体的厚度在5——8微米之间,来代替传统的电解铜箔。PET复合铜箔能节省约2/3的铜,显著降低材料成本,实现量产后进一步扩大电芯的降本空间。

PET复合铜箔和传统铜箔相比,具有4大优点:

1、高安全:复合铜箔中间的塑料隔膜层可以大大提高电池的燃烧安全性。

2、高比容:同等情况下,铜的用量只有原来的1/3——1/5,部分铜替换成塑料,带来电池重量的减轻,从而增加电池的能量密度;

3、长寿命:减少金属收缩引起的活性物质脱落,能提升电池循环寿命;

4、强兼容:适用于锂电池的环境。

技术与工艺

复合集流体的难点在于有机高分子和无机金属的紧密复合。关键工艺主要可分为两步,第一步真空磁控溅射,采用PVD(物理气相沉积)方法在4.5um厚度的PET表面溅射一层几十nm的金属,第二步再采用离子置换的方法增厚表面的金属层,形成的铜厚度约900nm。

PVD工艺是复合集流体技术的关键,目前的工艺有三种,磁控溅射、电子束蒸镀、热蒸镀。PVD技术在半导体领域应用已经较为成熟。

离子置换与传统电镀的方法具备技术相通性,只是药液成份较为简单、只涉及铜一种重金属。

电镀设备国内以东威科技等企业为代表,该步骤与传统铜箔企业的电解镀铜工艺具有较大程度的相通性。东威科技是国内精密电镀设备龙头,主要产品为PCB电镀专用设备及其配套设备、通用五金类电镀设备。

PET镀铜与传统铜箔工艺相比,工艺优点主要有:

1、工艺流程大大缩短,采用真空镀膜工艺形成膜面作为阴极,可直接在离子置换设备中反应,且真空工序无污染,铜箔的溶铜电解工艺同样有污染物排放;

2、采用新型的药剂体系,规避了氰化物等剧毒物质,使生产过程的排污量更好,污染物也更容易处理;

3、抗氧化采用有机抗氧化液,抗氧化直接进行烘干工艺,药剂进行循环使用。避免了金属污染物的排放。

材料与设备公司有望受益

复合集流体是近年来安全技术的一个重要突破,宁德间接投资的重庆金美从材料设计、设备与工艺、电池应用等多方面形成了核心的技术成果。海外的初创公司Soteria也在该领域进行了专利布局。

重庆金美新材料是复合膜技术的领导者,具有多项导电复合薄膜的制备工艺及设备的专利,公司由宁德时代间接参股的长江晨道(21.26%)、中国宝安(4.42%)参股(2021年8月)。

据报道,公司已经与国内多家新能源车辆电池生产企业建立合作关系,成为核心材料供应商,自主研发的高分子复合膜产品成功应用到新能源车辆电池上,并顺利通过德国穿刺实验,进入量产阶段。

据2021年8月公司环评报告,重庆金美计划在重庆市綦江区扩建“綦江区工业园区A区”电子复合铜膜、复合铝膜“,自动化设备制造,机器人系统集成项目(一期)”,扩建项目全面建成后,可实现年产3600万平方米“电子复合铝膜”及3600万平方米“电子复合铜膜”,各6条生产线。总投资2.2亿元。

重庆金美原有电子复合铝膜(MA)400万平、电子复合铜膜(MC)2400万平,该项目扩产后,年产量将达到4000万平电子复合铝膜(MA)、6000万平电子复合铜膜(MC)。根据单位GWh电池的膜材料耗用量,我们估算相当于6GWh的电池产能,未来公司产能有望进一步扩张。

投资建议

复合集流体是近年来安全技术的一个重要突破,该技术的使用领域可拓展至复合铜箔、复合铝箔等其他膜材料,具备较大的降本与提高能量密度的空间。PET铜箔、铝箔未来几年产业化进程有望加速,达到电池GWh级别对应的量产规模;但是与传统锂电铜箔相比,短中期来看PET铜箔/铝箔的规模占比仍然较小。建议关注技术变革带来的投资机会与细分格局优化。

(1)宁德时代间接投资的重庆金美的复合集流体技术与产业化取得较大进展,扩产项目持续推进中,未来有望在电池上得到大规模应用。关注重庆金美(未上市)、宁德时代、东威科技;

(2)传统铜箔企业具备较强的投资扩产与适应能力,并且PET镀铜的电镀工艺与现有工艺具备相通性,且锂电铜箔近两年供需紧缺的格局并没有打破,仍具备量价齐升的业绩确定性。关注嘉元科技、诺德股份。

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