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復(fù)合銅箔:新型鋰電負(fù)極集流體材料

 麥子20359 2022-07-24 發(fā)布于湖南

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鋰電銅箔作用:負(fù)極材料的載體與集流體

銅箔是鋰電池負(fù)極材料載體與集流體,短期內(nèi)無法被其他材料取代。根據(jù)中金電新組測(cè)算,銅箔約占動(dòng)力電池成本的 11%。鋰電池向高能量密度、高安全性方向發(fā)展,鋰電銅箔朝著更薄、微孔、高抗拉強(qiáng)度和高延伸率方向發(fā)展。

? 負(fù)極材料的載體:鋰電銅箔充當(dāng)鋰電池電極負(fù)極活性物質(zhì)的載體。鋰電負(fù)極材料(例如:石墨負(fù)極涂層、硅碳復(fù)合材料等負(fù)極活性物質(zhì))需要涂覆在銅箔上。

? 負(fù)極集流體:鋰電銅箔充當(dāng)負(fù)極電子流的收集與傳輸體,導(dǎo)電性能是集流體的首要要求,很大程度影響了鋰電池的內(nèi)阻及循環(huán)性能。為得到更高性能的鋰電池,導(dǎo)電集流體應(yīng)與活性物質(zhì)充分接觸,且內(nèi)阻應(yīng)盡可能小。銅箔由于具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、機(jī)械加工性、制造技術(shù)較成熟、成本優(yōu)勢(shì)突出等特點(diǎn),因而成為鋰電池負(fù)極集流體的首選。

鋰電銅箔工藝:電解銅箔為主流,復(fù)合銅箔嶄露頭角

目前制作鋰電銅箔的主流工藝為電解銅箔,壓延銅箔產(chǎn)量微乎其微,復(fù)合銅箔為新型工藝。

根據(jù)中電材協(xié)銅箔材料分會(huì)(CCFA)數(shù)據(jù),2019 年國(guó)內(nèi)電解銅箔產(chǎn)量為 43.06 萬噸,壓延銅箔產(chǎn)量只有 0.76 萬噸;2020 年我國(guó)鋰電銅箔結(jié)構(gòu)中,6μm 銅箔的份額為 34%,4.5μm 銅箔的份額為 3%,其余為 8μm 厚度以上的銅箔。

? 電解銅箔:先將陰極銅等原材料用稀硫酸溶解后,利用電化學(xué)原理,在陰極輥中將硫酸銅電解液通過直流電電沉積而制成原箔,再進(jìn)行表面處理、分切后得到成品。

高性能銅箔對(duì)生箔機(jī)中的陽極板及陰極輥的材質(zhì)、設(shè)備加工精度及一致性要求較高,核心設(shè)備多進(jìn)口自日本三船、日本新日鐵等廠商,而后者產(chǎn)能限制了銅箔企業(yè)產(chǎn)線擴(kuò)張速度。

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? 壓延銅箔:將陰極銅等原材料在 1200℃以下熔化鑄造成鑄錠,通過熱軋使銅合金鑄錠厚度從 120mm 變?yōu)?13mm 左右

由于生產(chǎn)方式的特殊性,銅箔最小厚度和薄面寬度受到限制,生產(chǎn)工藝流程較長(zhǎng),生產(chǎn)成本相對(duì)較高。具體生產(chǎn)工序?yàn)椋喝刍T錠→熱軋→冷軋→退火→冷軋→除油→表面處理→檢驗(yàn)→分切包裝。

? 復(fù)合銅箔復(fù)合銅箔是采用“三明治”結(jié)構(gòu),以 PET 等高分子材質(zhì)作為基礎(chǔ)材料,上下兩面分別采用先進(jìn)工藝沉積金屬銅層而制成的一種新型鋰電銅箔材料。

復(fù)合銅箔在厚度 3-8μm 的 PET、PP、PI 等高分子材質(zhì)的基材表面采用磁控濺射的方式,制作一層 30-70nm 的金屬層,方阻約為 0.5-2Ω,實(shí)現(xiàn)基材表面金屬化,然后通過水電鍍?cè)龊竦姆绞剑瑢⒔饘賹蛹雍竦?1μm 或以上,制作總厚度在 5-10μm 的復(fù)合銅箔,用以代替 4.5-9μm 的電解銅箔。復(fù)合銅箔的制作工序及相關(guān)設(shè)備將在后文詳細(xì)展開。

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相較傳統(tǒng)銅箔,復(fù)合銅箔區(qū)別在于“三明治”復(fù)合材料

復(fù)合銅箔結(jié)構(gòu)為“三明治”,由絕緣有機(jī)支撐層及上下兩面導(dǎo)電層構(gòu)成。

首先,復(fù)合集流體具備有機(jī)支撐層。

? 材料:優(yōu)選絕緣高分子材料及絕緣高分子基復(fù)合材料的一種或多種,優(yōu)選 PET(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)、PBT(聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PSS(聚苯乙烯磺酸鈉)及 PI(聚酰亞胺)等。

? 厚度:有機(jī)支撐層厚度 1μm≤D2≤30μm(更優(yōu)選 2μm≤D2≤8μm)。有機(jī)支撐層厚度要求兼具剛性與韌性,既要滿足有機(jī)支撐層對(duì)導(dǎo)電層的支撐作用,保障整體強(qiáng)度,加工過程不會(huì)過度延展或者變形,同時(shí)兼具適宜韌性,確保復(fù)合集流體能夠進(jìn)行卷繞的柔性。

? 結(jié)構(gòu):有機(jī)支撐層可以為單層結(jié)構(gòu),也可以為復(fù)合層結(jié)構(gòu)。

其次,復(fù)合集流體需要在有機(jī)支撐層上下表面各鍍一層導(dǎo)電層。

? 材料:可選取金屬材料、碳基導(dǎo)電材料及導(dǎo)電高分子材料中的一種或多種。

? 厚度:導(dǎo)電層厚度 30nm≤D1≤3μm(更優(yōu)選 800nm≤D1≤1.2μm)。

復(fù)合銅箔優(yōu)勢(shì)顯著:低成本高安全性高能量密度

電池廠商追求的是更高的安全性,更高的能量密度,以及更低的成本。我們認(rèn)為,從更長(zhǎng)維度看,電解銅箔面臨成本、能量密度及安全性等方面的約束。成本端,電解銅箔約 80% 的成本為原材料成本,跟隨上游陰極銅原材料價(jià)格波動(dòng),在大宗原材料漲價(jià)背景下,我們認(rèn)為其成本下降空間受限;能量密度端,電解銅箔可通過降低厚度提升重量能量密度,目前主流厚度為 6μm,4.5μm 僅頭部少數(shù)廠商可生產(chǎn),往前看考慮到涂布等環(huán)節(jié)要求,厚度下降空間有限;安全性角度,無論是高鎳三元還是磷酸鐵鋰電池均存在熱失控的風(fēng)險(xiǎn),而高鎳三元安全性問題更為突出,盡管目前通過電解液改性、新型阻燃型隔膜、電池 PACK 結(jié)構(gòu)與材料優(yōu)化等方式提升電池安全性,但電解銅箔無法在正負(fù)極集流體層面進(jìn)一步改善安全性能。

我們認(rèn)為復(fù)合銅箔在材料結(jié)構(gòu)層面的變革,順應(yīng)了客戶對(duì)安全性、能量密度及成本端的追求,有望憑借其更高安全性、更高能量密度及更低的量產(chǎn)成本,進(jìn)一步提升滲透率。

優(yōu)勢(shì)#1:從材料層面,根本性地提升電池安全性

電池內(nèi)短路,為電池產(chǎn)生熱失控的共性環(huán)節(jié)

電池?zé)崾Э匾l(fā)的爆炸自燃,會(huì)威脅到電動(dòng)車的安全性。根據(jù)文獻(xiàn)資料,“熱失控可能由機(jī)械濫用、電濫用和熱濫用誘發(fā);機(jī)械濫用導(dǎo)致電池變形,產(chǎn)生內(nèi)短路,導(dǎo)致電濫用;電濫用伴隨焦耳熱以及化學(xué)反應(yīng)熱的產(chǎn)生,造成熱濫用;熱濫用導(dǎo)致溫度升高,引發(fā)鋰電池?zé)崾Э劓準(zhǔn)椒磻?yīng),導(dǎo)致熱失控發(fā)生”。

電池內(nèi)短路,為大部分電池?zé)崾Э氐墓残原h(huán)節(jié)。根據(jù)文獻(xiàn)資料,“內(nèi)短路根據(jù)隔膜失效類型分為 3 類:

(1)機(jī)械濫用,例如擠壓、針刺導(dǎo)致隔膜局部破裂;

(2)電濫用,如過充/過放電,誘發(fā)鋰電池內(nèi)部金屬枝晶生長(zhǎng),金屬枝晶擠入隔膜孔隙從而連接正負(fù)極造成短路。

(3)熱濫用,高溫條件下隔膜大規(guī)模熱收縮崩潰,導(dǎo)致正負(fù)極短接”。

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復(fù)合銅箔通過切斷或降低短路電流,降低熱失控風(fēng)險(xiǎn),提升電池安全性

前述可知,內(nèi)短路是大部分電池?zé)崾Э氐墓残原h(huán)節(jié)。而復(fù)合銅箔由于獨(dú)特的材料構(gòu)成,使其從材料層面降低或切斷短路電流,提升電池的安全性。

(1)局部短路時(shí),較薄導(dǎo)電層的熔斷可實(shí)現(xiàn)局部電流“點(diǎn)斷路”,降低短路產(chǎn)熱量;

(2)大面積短路時(shí),通過絕緣有機(jī)支撐層提供較大的電阻,此外有機(jī)層熔點(diǎn)低、受熱易收縮坍塌,可切斷短路電流,防止熱失控。

? 導(dǎo)電層較薄,局部短路時(shí)更易被熔斷,且產(chǎn)生毛刺較小,提升電池安全性。

(a)由于復(fù)合集流體導(dǎo)電層較薄,短路時(shí)更易被熔斷,局部電流被切斷后短路電流大幅減小,產(chǎn)熱量控制在電池可吸收范圍內(nèi),因此溫度升高很小,電池?fù)p壞僅局限于刺穿位點(diǎn)形成“點(diǎn)斷路”。對(duì)比傳統(tǒng)金屬集流體,其金屬材料更厚、不易熔化,當(dāng)短路現(xiàn)象發(fā)生時(shí),集流體尚未熔化、無法阻擋電流傳遞,亦無法阻止熱失控現(xiàn)象的發(fā)生。

(b)由于導(dǎo)電層較薄,產(chǎn)生毛刺較小,從而降低金屬毛刺與電極接觸風(fēng)險(xiǎn),改善電池安全性。

? 有機(jī)支撐層不導(dǎo)電+熔點(diǎn)低,短路時(shí)可以降低或切斷電流。

(a)有機(jī)支撐層為絕緣層不導(dǎo)電,電阻較大,可提高電池發(fā)生大面積短路時(shí)的短路電阻,大幅降低短路電流,進(jìn)而降低短路產(chǎn)生熱量,改善電池安全性。

(b)高分子有機(jī)材料熔點(diǎn)較低,局部受熱時(shí)受熱部位能夠迅速收縮坍塌,因此有機(jī)支撐層在放熱時(shí)可以快速切斷失效電路。

(c)部分下游膜廠商在 PET 膜中設(shè)置貫穿孔洞,并在其中填充阻燃層,能夠防止電池過度燃燒,有效降低鋰電池?zé)崾Э貛淼钠鸹鸨L(fēng)險(xiǎn)。

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優(yōu)勢(shì)#2:有機(jī)材料密度低,可提升電池的重量能量密度

由于有機(jī)支撐層密度低,復(fù)合集流體重量減輕,有望提升重量能量密度。

相比傳統(tǒng)的金屬集流體,由于導(dǎo)電層厚度減小,且有機(jī)支撐層密度較金屬密度要小,在保證導(dǎo)電層具有良好導(dǎo)電和集流性能的情況下,降低了鋰電池的重量。鋰電池質(zhì)量越輕,單位質(zhì)量電池所含有的活性物質(zhì)的量增加,電池的重量能量密度就會(huì)增加。根據(jù)比亞迪專利顯示,其采用 3μm PP 材料上下各鍍 1μm 銅的復(fù)合集流體,相比 6μm 電解銅箔,重量能量密度可提升 3.3%;若正極亦替換為復(fù)合集流體材料,則重量能量密度合計(jì)可提升 6.1%。

優(yōu)勢(shì)#3:通過設(shè)備技術(shù)進(jìn)步,成本具備持續(xù)下降空間

原材料成本對(duì)比:復(fù)合銅箔原材料成本可降至電解銅箔的 35%

復(fù)合銅箔采用 4.5μm PET 替換銅箔,而 PET 價(jià)格遠(yuǎn)低于陰極銅,我們估算 PET 單位體積成本僅為陰極銅的 2%。陰極銅原材料在電解銅箔生產(chǎn)成本中占比接近 80%,故復(fù)合銅箔可以大幅降低原材料成本。根據(jù)我們測(cè)算,相比 6μm 電解銅箔原材料成本,6.5μm 復(fù)合銅箔原材料成本約為前者的 35%。復(fù)合集流體采用 PET 等高分子材料替換部分金屬,表現(xiàn)出部分“去金屬”化,我們認(rèn)為這在大宗原材料漲價(jià)的背景下,有利于緩解下游電池廠商面臨的通脹壓力。

在尚未規(guī)?;慨a(chǎn)情況下,考慮損耗及良率,當(dāng)前復(fù)合銅箔總生產(chǎn)成本較電解銅箔高 11%。

? 電解銅箔:根據(jù)銅冠銅箔與中一科技披露,1H21 6μm 電解銅箔生產(chǎn)成本平均值為 6.9 萬元/噸,按照銅密度 8.96g/cm3折算,得到 6μm 電解銅箔生產(chǎn)成本約為 3.71 元/m2

? 復(fù)合銅箔:結(jié)合我們的產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研,如果考慮損耗和良率,在尚未實(shí)現(xiàn)規(guī)?;慨a(chǎn)的情況下,我們估算復(fù)合銅箔生產(chǎn)成本約為 4.1 元/m2,較當(dāng)前電解銅箔高出 11%。

規(guī)模化量產(chǎn)及設(shè)備效率提升后,復(fù)合銅箔生產(chǎn)成本或低于電解銅箔的成本下限。總體看,我們認(rèn)為復(fù)合銅箔成本下降空間更大。

? 情形 1.1:規(guī)?;慨a(chǎn)。考慮到量產(chǎn)后規(guī)模效應(yīng)下,可攤薄單位產(chǎn)出的設(shè)備折舊成本,我們估算復(fù)合銅箔量產(chǎn)后的生產(chǎn)成本可降至 3.1 元/m2左右

? 情形 1.2:在情形 1.1 的基礎(chǔ)上假設(shè)銅價(jià)回歸至 2019 年水平,我們估算復(fù)合銅箔的生產(chǎn)成本可降至 2.7 元/m2左右。

? 情形 2&3:規(guī)?;慨a(chǎn),良率及速度提升。

考慮到設(shè)備技術(shù)進(jìn)步,復(fù)合銅箔設(shè)備良率與速度仍有提升空間。在情形 2 中,我們假設(shè)磁控濺射與電鍍?cè)O(shè)備良率提升至 100%,而在情形 3 中我們假設(shè)除二者良率提升至 100%外,電鍍?cè)O(shè)備速度提升至 13 米/分鐘,兩種情形下復(fù)合銅箔的生產(chǎn)成本可分別下降至 2.2 元/ m2和 1.9 元/ m2

? 電解銅箔成本下限測(cè)算:在樂觀情形下(我們假設(shè)陰極銅價(jià)格回歸至 2019 年水平且厚度由 6μm 下降至 4.5μm),對(duì)應(yīng)電解銅箔的成本下限為 2.5 元/m2。圖片

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復(fù)合銅箔產(chǎn)業(yè)化條件:設(shè)備和工藝是關(guān)鍵要素

生產(chǎn)工序:磁控濺射+水電鍍兩步法為主

復(fù)合銅箔工藝流程為

1)將 PET 離子生成 4.5μm PET 膜;

2)采用磁控濺射設(shè)備,使非金屬材料 PET 膜(或 PP 膜)金屬化,作為電鍍前的金屬打底層;

3)采用電鍍?cè)O(shè)備,在金屬化后的 PET 膜打底層兩邊鍍銅,使各邊厚度增厚至 1μm,最終形成 6.5μm 的 PET 鍍銅膜。

與電解銅箔工藝的區(qū)別在于:電解銅箔核心工藝是在陰極輥中將硫酸銅電解液通過直流電電沉積而制成原箔。復(fù)合銅箔直接采用真空鍍膜與電鍍銅工藝,將銅膜鍍?cè)诜墙饘俨牧媳砻妗?/span>

第一道工序:采用磁控濺射工藝,將非金屬材料金屬化

? 磁控濺射工藝生成的材料性質(zhì)是什么?

根據(jù)東威科技,其對(duì)上一環(huán)節(jié)磁控濺射制作材料的要求是:來料膜寬 800~1650mm,厚度 4.5-6μm 的 PET/PEN/PP 材質(zhì);來料底銅 20~80nm,來料采用磁控濺射、磁控濺射+真空蒸發(fā)鍍方式制作,方塊電阻為 300~1000 毫歐姆。

? 為什么在電鍍工序之前需要先進(jìn)行磁控濺射?

PET 等高分子材料的結(jié)晶度大、極性小、表面能低,會(huì)影響鍍層與基材之間的黏合力,且高分子材料大多為不導(dǎo)電的絕緣體,因此無法直接進(jìn)行電鍍,需要先對(duì)高分子材料進(jìn)行表面處理、活化等,使其表面沉積一層導(dǎo)電的金屬膜,再進(jìn)行電鍍。而磁控濺射真空鍍膜技術(shù),可以對(duì)PET 等非金屬材料的表面進(jìn)行金屬化處理,實(shí)現(xiàn)材料導(dǎo)電,并保證膜層的致密度和結(jié)合力。

? 磁控濺射的技術(shù)原理是什么?

濺射屬于 PVD(物理氣相沉積)的一種工藝,此外還有蒸發(fā)鍍與離子鍍等。

具體到磁控濺射工藝,是在輝光放電的兩極之間引入磁場(chǎng),電子受電場(chǎng)加速作用的同時(shí)受到磁場(chǎng)的束縛作用,運(yùn)動(dòng)軌跡成擺線,增加了電子和帶電粒子以及氣體分子相碰撞的幾率,而 Ar+離子在高壓電場(chǎng)加速作用下,與靶材撞擊并釋放能量,使靶材表面的靶原子逸出靶材飛向基板,并沉積在基板上形成薄膜。

磁控濺射工藝應(yīng)用于復(fù)合銅箔材料時(shí),多以純度為 99.999%的銅作為靶材,在 PET 基膜上進(jìn)行真空納米級(jí)涂層,通過一次或多次濺射,轟擊銅靶材,使其沉積在 PET 基膜表面,形成厚度約為 20nm-70nm 的金屬銅膜。

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? 為什么不全部采用磁控濺射?

磁控濺射真空鍍膜技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好、均勻度好、膜層致密、結(jié)合力好等。但是,磁控濺射對(duì)金屬材料純度要求較高,目前大部分高純度靶材仍需進(jìn)口,價(jià)格較高;此外加工過程需要高純氬氣等特種氣體,單位面積加工成本高于電鍍。另外,磁控濺射單次鍍膜厚度為納米級(jí),若要達(dá)到微米級(jí)銅厚則需要多次濺射,相對(duì)效率低于電鍍工藝。

? 磁控濺射環(huán)節(jié)的工藝難點(diǎn)在于?

(1)PET 基膜比較薄,收放卷時(shí)容易起皺變形,如何控制材料不變形是工藝難點(diǎn);

(2)鍍膜過程中溫度升高,需要散熱;

(3)張力控制問題,幅寬較寬材料容易拉扯變形;

(4)磁控濺射過程需要高壓放電,可能存在膜穿孔現(xiàn)象;

(5)設(shè)備技術(shù)經(jīng)驗(yàn)積累和開發(fā)能力。

第二道工序:采用水電鍍工藝,使得銅層增厚

水電鍍方式增厚銅層。

在磁控濺射完成了打底層后,通過水介質(zhì)電鍍?cè)龊竦霓k法將銅層增厚至 1um 左右,就可以實(shí)現(xiàn)集流體的導(dǎo)電需求。

? 電鍍的工藝原理是什么?

電鍍過程為氧化還原過程,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。具體來說,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。

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? 具體到復(fù)合銅箔,電鍍的難點(diǎn)是什么?

市場(chǎng)對(duì)復(fù)合銅箔電鍍難度存疑,我們認(rèn)為其相比 PCB 電鍍,復(fù)合銅箔電鍍需做出更難的工藝改進(jìn)。

市場(chǎng)認(rèn)為,電鍍?cè)O(shè)備環(huán)節(jié)整體難度較低,設(shè)備技術(shù)壁壘低,競(jìng)爭(zhēng)格局容易惡化。我們認(rèn)為,盡管 PCB 電鍍?cè)O(shè)備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)者相對(duì)更多,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)。

目前除了東威科技,市場(chǎng)上尚無公開可查詢到的復(fù)合銅箔電鍍廠商資料,因此我們以厚度更薄的 FPC 軟板電鍍工藝進(jìn)行類比闡述。

相比同行,東威科技應(yīng)用于 FPC 板的卷對(duì)卷電鍍?cè)O(shè)備已經(jīng)具備技術(shù)領(lǐng)先性。

根據(jù)公司公告,東威科技可應(yīng)用于 FPC 板的“柔性板卷對(duì)卷垂直連續(xù)電鍍?cè)O(shè)備”設(shè)備整體性能優(yōu)于國(guó)際同類設(shè)備的技術(shù)水平,其技術(shù)領(lǐng)先性具體表現(xiàn)在:

(1)基材厚度更薄,均勻性誤差減小。該款 FPC 電鍍?cè)O(shè)備適用于 24μm-100μm 不同厚度、250-500mm 不同幅寬的基材,均勻性能夠達(dá)到 10μm±0.7μm,傳輸速度 0.3m/min-3.0m/min,相比進(jìn)口設(shè)備,避免了鍍層的千層效應(yīng)(分層)。

(2)實(shí)現(xiàn)了對(duì)更薄基材的張力控制,避免了材料動(dòng)態(tài)形變。該款設(shè)備創(chuàng)新開發(fā)了可恒定張力與速度控制裝置,實(shí)現(xiàn) FPC 等電鍍中各分段間的同步傳輸,大幅降低了 FPC 的動(dòng)態(tài)變形,相比進(jìn)口設(shè)備,避免了“荷葉邊”現(xiàn)象,實(shí)現(xiàn)了換料不停機(jī)。

我們認(rèn)為復(fù)合銅箔的電鍍難度遠(yuǎn)高于 FPC 柔性板難度,具體體現(xiàn)在:

(1)基材厚度更薄,幅寬更寬。

相比 24μm FPC 軟板,復(fù)合銅箔 PET 基膜厚度僅 4.5μm。目前復(fù)合銅箔材料幅寬一般達(dá)到 1200mm 以上,相比 FPC 軟板 500mm 提升較多。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。

(2)鍍層均勻性要求更高。

相比 FPC 軟板的均勻性 10μm±0.7μm,復(fù)合銅箔鍍銅均勻性需要至少達(dá)到 1μm±0.1μm。

(3)速度要求更高。

我們認(rèn)為,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,相較 FPC 的 3m/min 難度更高。

綜合以上,我們認(rèn)為復(fù)合銅箔電鍍?cè)O(shè)備速度、幅寬、良率的提升對(duì)廠商要求更高,需要長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)?zāi)ズ希e累技術(shù)參數(shù)等行業(yè) know-how,迭代改進(jìn)傳動(dòng)等零部件設(shè)計(jì),因此具有先發(fā)優(yōu)勢(shì)的廠商有望構(gòu)筑較高的技術(shù)壁壘。

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復(fù)合銅箔產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度:從技術(shù)驗(yàn)證到大規(guī)模量產(chǎn)

龍頭電池廠商態(tài)度較為積極,復(fù)合銅箔產(chǎn)業(yè)化加速。

我們認(rèn)為,下游頭部客戶推進(jìn)復(fù)合銅箔工藝,是產(chǎn)業(yè)鏈重要催化劑。下游龍頭動(dòng)力電池、3C 消費(fèi)電池與儲(chǔ)能電池廠商均有復(fù)合銅箔技術(shù)研發(fā)布局,其他電池廠商態(tài)度亦較為積極。在電池廠商推動(dòng)下,目前已有多家膜材料廠商購置設(shè)備進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證,此外亦有部分潛在進(jìn)入者正在積極接觸復(fù)合銅箔新材料。

設(shè)備廠商有望率先受益,看好競(jìng)爭(zhēng)格局更優(yōu)的電鍍?cè)O(shè)備廠商?hào)|威科技。

我們認(rèn)為復(fù)合銅箔的產(chǎn)業(yè)化加速有望推升新設(shè)備的資本開支,設(shè)備廠商有望率先受益,其中電鍍?cè)O(shè)備的競(jìng)爭(zhēng)格局更優(yōu),東威科技作為龍頭占據(jù) 80%以上份額,我們看好東威科技具備的先發(fā)優(yōu)勢(shì)及技術(shù)優(yōu)勢(shì),有望進(jìn)一步擴(kuò)大護(hù)城河。圖片

產(chǎn)業(yè)化分為三階段,有望從技術(shù)驗(yàn)證步入大規(guī)模量產(chǎn)

我們預(yù)計(jì)復(fù)合銅箔的產(chǎn)業(yè)化有望經(jīng)歷以下三階段,其中 2H22 或?yàn)樾袠I(yè)步入大規(guī)模量產(chǎn)的關(guān)鍵時(shí)點(diǎn)。

? 2017-1H21:部分頭部電池廠商開始投入復(fù)合銅箔新技術(shù)研發(fā),摸索工藝生產(chǎn)流程,這一階段需要設(shè)備和材料廠商的不斷磨合,核心是設(shè)備和工藝的技術(shù)進(jìn)步。

? 2H21-2H22:技術(shù)驗(yàn)證階段,這一階段特點(diǎn)是下游部分電池企業(yè)和材料企業(yè)購買先進(jìn)設(shè)備進(jìn)行密集技術(shù)驗(yàn)證,但是考慮到行業(yè)內(nèi)尚未正式發(fā)布復(fù)合銅箔產(chǎn)品技術(shù)參數(shù),大部分電池廠商仍處于觀望態(tài)度。

? 2H22 以后:考慮到設(shè)備性能的持續(xù)提升,我們認(rèn)為 2H22 后行業(yè)標(biāo)桿客戶有望加快產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度,下游標(biāo)桿廠商經(jīng)過前期的技術(shù)驗(yàn)證,有望逐步啟動(dòng)大規(guī)模化量產(chǎn)。我們認(rèn)為這一階段特點(diǎn)是標(biāo)桿廠商的示范效應(yīng),使得原先處于觀望態(tài)度的廠商進(jìn)入市場(chǎng),加快復(fù)合銅箔產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程,行業(yè)或?qū)⒚媾R洗牌。

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材料端:跟隨電池廠商步伐,積極進(jìn)行復(fù)合銅箔材料技術(shù)驗(yàn)證

我們認(rèn)為伴隨復(fù)合銅箔前景逐步明朗,行業(yè)內(nèi)有望涌入更多參與者,我們認(rèn)為現(xiàn)有及潛在進(jìn)入的材料廠商主要分為以下幾類:

1)PET 薄膜材料廠商。由于 PET 等高分子材料表面鍍銅并非全新工藝,此前已廣泛應(yīng)用于各行業(yè),PET 材料行業(yè)潛在進(jìn)入者具備一定的工藝生產(chǎn)基礎(chǔ);

2)電解銅箔材料廠商,盡管電解銅箔與復(fù)合銅箔的設(shè)備及工藝并不共通,但其具備良好客戶關(guān)系,且龍頭電解銅箔廠商對(duì)新技術(shù)態(tài)度較為開放;

3)PCB 廠商,過去電鍍?cè)O(shè)備廣泛應(yīng)用于PCB 行業(yè),PCB 制造廠商積累了豐富的電鍍經(jīng)驗(yàn),此外由于電鍍對(duì)環(huán)境有一定的污染,PCB 制造企業(yè)具備完善的環(huán)評(píng)資質(zhì)與產(chǎn)業(yè)園。

根據(jù)下述公開資料,目前已有膜材料廠商跟隨下游電池廠客戶步伐,布局復(fù)合銅箔材料。

? 膜材料廠商重慶金美:根據(jù)公司官網(wǎng),公司主營(yíng)業(yè)務(wù)為新型高端功能材料、高端電子專用材料,主打產(chǎn)品為多功能復(fù)合集流體鋁箔和多功能復(fù)合集流體銅箔。根據(jù)公司官網(wǎng)15,重慶金美項(xiàng)目一期計(jì)劃總投資 15 億元,一期全部產(chǎn)線滿產(chǎn)后可達(dá)到年產(chǎn)能 3.5 億平米,年產(chǎn)值 17.5 億元。

? 膜材料廠商萬順新材:根據(jù)公司投資者互動(dòng)平臺(tái)披露,公司已開展“在有機(jī)載體薄膜上鍍雙面銅箔工藝項(xiàng)目”研發(fā)工作,已開發(fā)出應(yīng)用于電池負(fù)極的載體銅膜樣品送下游電池企業(yè)驗(yàn)證。

設(shè)備端:兼有技術(shù)進(jìn)步迭代和資本開支驅(qū)動(dòng)特征

復(fù)合銅箔作為新一代負(fù)極集流體材料,滲透率仍處于較低水平,設(shè)備處于技術(shù)迭代升級(jí)階段,并受益于下游鋰電池廠商擴(kuò)產(chǎn)浪潮,我們認(rèn)為設(shè)備兼具技術(shù)進(jìn)步迭代與資本開支驅(qū)動(dòng)特征。

市場(chǎng)空間:我們根據(jù)以下假設(shè),測(cè)算到 2025 年國(guó)內(nèi)鋰電復(fù)合銅箔設(shè)備市場(chǎng)合計(jì)為 130 億元;其中,到 2025 年當(dāng)年新投產(chǎn)產(chǎn)能設(shè)備需求為 39 億元,存量產(chǎn)能中設(shè)備替換需求為 91 億元。

? 全球動(dòng)力電池與儲(chǔ)能電池新建產(chǎn)能:根據(jù)中金電新組預(yù)測(cè),2025 年全球動(dòng)力電池與儲(chǔ)能電池合計(jì)出貨量有望達(dá) 2,328 GWh,2022-2025 年合計(jì)新增產(chǎn)能供給量 1,651 GWh。

? 復(fù)合銅箔滲透率:結(jié)合我們產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研,我們判斷伴隨技術(shù)成熟,滲透率有望加速提升,我們預(yù)計(jì) 2022-2025 年復(fù)合銅箔工藝滲透率分別有望達(dá)到 3%/7%/13%/23%。

? 單 GWh 對(duì)應(yīng)設(shè)備價(jià)值量:結(jié)合我們產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研,目前單 GWh 電池約對(duì)應(yīng) 2 臺(tái)磁控濺射設(shè)備與 3 臺(tái)電鍍?cè)O(shè)備,設(shè)備單價(jià)分別約為 1,400 萬元/1,200 萬元。往前看,我們認(rèn)為伴隨設(shè)備良率與速度提升,單 GWh 所需設(shè)備臺(tái)數(shù)有望下降,因此我們假設(shè)到 2025 年單 GWh 設(shè)備投入由 2021 年的 6400 萬元下降至 4,643 萬元。

真空鍍膜設(shè)備:海外占據(jù)主導(dǎo),國(guó)產(chǎn)廠商實(shí)現(xiàn)突破

高端設(shè)備海外占據(jù)主導(dǎo),產(chǎn)業(yè)鏈配套優(yōu)勢(shì)明顯。

磁控濺射設(shè)備為真空鍍膜的一種設(shè)備。全球高端真空鍍膜設(shè)備市場(chǎng)主要被應(yīng)用材料(Applied Materials Inc.)、愛發(fā)科(ULVAC)、日本光馳(OPTORUN)、德國(guó)萊寶(Leybold)等海外廠商占據(jù)。海外廠商優(yōu)勢(shì)在于技術(shù)先進(jìn)、行業(yè)經(jīng)驗(yàn)積累豐厚、配套的設(shè)備結(jié)構(gòu)組件(真空泵、電源、檢測(cè)儀器等)和高純度靶材。

國(guó)內(nèi)起步于特種領(lǐng)域,國(guó)產(chǎn)設(shè)備順應(yīng)消費(fèi)電子應(yīng)用興起而壯大。

我國(guó)真空鍍膜設(shè)備起步于 1960s,應(yīng)用領(lǐng)域早期局限于特種領(lǐng)域及小件裝飾鍍膜,設(shè)備制造商多為機(jī)械工業(yè)部/中科院等所屬國(guó)企、科研單位。本世紀(jì)以來伴隨消費(fèi)電子應(yīng)用興起,真空鍍膜產(chǎn)業(yè)國(guó)產(chǎn)化步伐較快,推動(dòng)國(guó)產(chǎn)設(shè)備企業(yè)崛起,國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)出一批較為領(lǐng)先的真空鍍膜企業(yè),例如宏大真空、匯成真空、振華科技以及廣東騰勝科技等。

國(guó)內(nèi)廠商積極把握復(fù)合銅箔方向,廣東騰勝科技已有產(chǎn)品布局。

根據(jù)公司官網(wǎng),廣東騰勝科技在復(fù)合銅箔磁控濺射設(shè)備領(lǐng)域進(jìn)展較快,已有卷繞鍍膜設(shè)備產(chǎn)品應(yīng)用于鋰電復(fù)合銅箔領(lǐng)域。

東威科技為復(fù)合銅箔電鍍?cè)O(shè)備核心供應(yīng)商,市場(chǎng)份額或達(dá) 80%以上。

我們認(rèn)為,盡管國(guó)內(nèi)電鍍?cè)O(shè)備廠商較多,但是目前應(yīng)用于鋰電復(fù)合銅箔電鍍的核心設(shè)備供應(yīng)商仍為東威科技,我們估計(jì)其復(fù)合銅箔電鍍?cè)O(shè)備市場(chǎng)份額達(dá)到 80%以上。我們認(rèn)為,復(fù)合銅箔電鍍的技術(shù)難度高于 PCB 及通用五金電鍍,且為新應(yīng)用場(chǎng)景,需要設(shè)備廠商配合下游客戶持續(xù)進(jìn)行設(shè)備改進(jìn),因此東威科技有望憑借先發(fā)優(yōu)勢(shì)與持續(xù)迭代構(gòu)筑的技術(shù)壁壘保持領(lǐng)先份額。

東威科技:國(guó)內(nèi)電鍍?cè)O(shè)備龍頭,受益復(fù)合銅箔新材料浪潮

公司深耕近二十年,PCB 電鍍?cè)O(shè)備領(lǐng)導(dǎo)者。

公司成立以來專注于 PCB 電鍍?cè)O(shè)備領(lǐng)域,獨(dú)創(chuàng)垂直連續(xù)電鍍技術(shù)引領(lǐng)行業(yè)變革,根據(jù)我們測(cè)算公司 2021 年在增量設(shè)備市場(chǎng)份額達(dá)到 37%。公司在電鍍?cè)O(shè)備領(lǐng)域通過持續(xù)漸進(jìn)式創(chuàng)新構(gòu)筑技術(shù)壁壘,其均勻性和貫孔率等關(guān)鍵性能指標(biāo)與全生命周期成本均優(yōu)于主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,并橫向拓展通用五金電鍍和水平沉銅設(shè)備,提高單條產(chǎn)線的價(jià)值量。我們認(rèn)為公司作為國(guó)內(nèi)電鍍?cè)O(shè)備龍頭,充分受益行業(yè)高階化發(fā)展趨勢(shì),市場(chǎng)份額仍有提升空間。

搶先布局復(fù)合銅箔電鍍環(huán)節(jié),先發(fā)優(yōu)勢(shì)明顯,技術(shù)較為領(lǐng)先。

公司將 PCB 電鍍領(lǐng)域積累的技術(shù)延伸到 PCB 之外的新能源領(lǐng)域,搶先布局復(fù)合銅箔電鍍?cè)O(shè)備市場(chǎng)。我們認(rèn)為,公司是鋰電復(fù)合銅箔的電鍍環(huán)節(jié)核心設(shè)備供應(yīng)商,較早進(jìn)入該領(lǐng)域與頭部客戶開展研發(fā),技術(shù)沉淀深厚并持續(xù)迭代,在一代機(jī)的基礎(chǔ)上改進(jìn)導(dǎo)電方式、加料方式、幅寬、速度及結(jié)構(gòu)等方面,推出了二代機(jī),在設(shè)備速度、幅寬等方面較為領(lǐng)先,先發(fā)優(yōu)勢(shì)明顯。

復(fù)合銅箔量產(chǎn)在即,公司有望受益“賣鏟人”角色。

我們認(rèn)為,下游電池廠商以及膜材料廠商對(duì)復(fù)合銅箔新材料態(tài)度較為積極,處于技術(shù)密集驗(yàn)證階段。我們預(yù)計(jì)下游廠商有望從今年下半年到明年開始大規(guī)模擴(kuò)產(chǎn)復(fù)合銅箔,產(chǎn)業(yè)化趨勢(shì)有望加速。我們認(rèn)為,公司作為核心設(shè)備供應(yīng)商,有望受益于復(fù)合銅箔產(chǎn)業(yè)化浪潮。

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