复合铜箔行业报告

摘要 复合铜箔性能优势显著，市场前景广阔 锂电铜箔超薄化趋势下，复合铜箔将成为锂电池负极集流体的新选择。复合铜箔采用金属+聚合物薄膜+金属组合的“三明治”结构和磁控溅射、水电镀的关键工艺，复合铜箔实现了更高的能量密度、更低的成本和更高的安全性。根据测算，考虑到设备、人工成本、电费和水费等成本，复合铜箔成本为2.56元 /m2 ，已低于电解铜箔原材料成本（3.35元 /m2 ，未包含制造成本）。未来，随着复合铜箔良率、效率提升，复合铜箔单位成本仍有下探空间。 百亿蓝海市场，发展潜力巨大。根据我们测算，2025年复合铜箔需求量预计达到39.3亿m，合计196亿元；复合铜箔设备约143亿元（69亿元磁控溅射设备+74亿元水电镀设备）。 产业化加速，设备厂商率先受益 设备端：先发企业优势凸显，竞争格局良好。电镀设备龙头东威科技是目前国内唯一能批量生产用于复合铜箔制备的卷式水平镀膜设备厂商，单机设备良品率达90%，其双边夹卷式设备放量在即，首台磁控溅射设备有望快速交付；腾胜科技也已经从第1代设备升级到目前最新的2.5代设备，在性能、产能与及良品率上得到很大的提升。 基膜端：对基膜品质要求高，PET膜是市场主流。国内高端基膜产品市场被国外公司所垄断，如日本东丽、三菱、东洋纺、美国 3M 、韩国SKC等。国内能够自主生产超薄PET/PP膜的厂商数量有限，双星新材、康辉新材、东材科技等优势较大。2021年，国内PET膜第一梯队的企业为双星新材和东材科技，其次是合肥乐凯、大东南和激智科技等企业。 制造端：布局企业增多，产业化加快。2021年国内实现新增产能约11.6万吨（2.9万吨的电子电路铜箔+8.7万吨锂电池铜箔的产能），同比增长19.17%。2021年国内锂电铜箔产能达31.6万吨，同比增长37.99%，占比从2017年30%的提升至43.8%。除诺德股份、嘉元科技等头部企业加速扩产外，海亮股份、白银有色、江西铜业等铜企逐步布局，宁德时代、亿纬锂能、比亚迪、厦门海辰等动力/储能电池厂商持续加码，积极研发并申请复合集流体相关专利，并推进复合集流体验证。 证券研究报告发送给。版权归华西证券所有，请勿转发。 p2 ，行业处于初期，蕴含巨大机遇，给予行业“推荐”评级。 受益标的：上游复合铜箔设备如东威科技、腾胜科技（未上市）。 风险提示：复合铜箔产业化进度不及预期，行业竞争加剧，下游行业景气度不及预期。 一、锂电铜箔：锂电池负极集流体，超薄化趋势明显 锂电铜箔：锂电池负极集流体，超薄化趋势明显 铜箔是通过电解、压延或者溅射等方法加工而成的厚度在200μm以下的极薄铜带或者铜片。目前铜箔加工方法大致可分为电解铜箔和压延铜箔。1）压延铜箔：将阴极铜等原材料在1200℃以下熔化铸造成铸锭，通过热轧使铜合金铸锭厚度降低。具体为熔化→铸锭→热轧→冷轧→退火→冷轧→除油→表面处理→检验→分切包装；2）电解铜箔：将阴极铜等原材料用稀硫酸溶解后，利用电化学原理，在阴极辊中将硫酸铜电解液通过直流电电沉积制成原箔，再进行表面处理，分切后得到成品。 具体为溶铜→溶液净化→电解沉积→表面处理→检验→分切包装。 与电解铜箔相比，压延铜箔的电导率更高，延伸效果更好，但其生产工艺控制难度大，原料成本高及国外对关键技术的垄断也限制了压延铜箔的应用；而电解铜箔的原料则可从废铜、废电缆等废旧材料中重新提炼，成本较低，环境压力小。因此，国内目前基本采用电解铜箔，市场占有率达95%以上。 锂电铜箔：锂电池负极集流体，超薄化趋势明显 电解铜箔是覆铜板（CCL）及印制电路板（PCB）、锂电池制造的重要的材料。1）根据应用领域不同，分为锂电铜箔、标准铜箔；2）根据铜箔厚度不同，分为极薄铜箔（≤6μm）、超薄铜箔（6-12μm）、薄铜箔（12-18μm）、常规铜箔（18-70μm）和厚铜箔（＞70μm）；3）根据表面状况不同，分为双面光铜箔、双面毛铜箔、双面粗铜箔、单面毛铜箔和甚低轮廓铜箔（VLP铜箔）。国外主流动力电池企业一般采用8μm铜箔、国内主流动力电池企业采用的是6μm铜箔。宁德时代有少部分动力电池则采用了4.5μm铜箔。 集流体是锂电关键材料之一。锂离子电池一般是由正、负极片、隔膜和电解液构成。集流体作为承载材料需要柔韧性，否则易在弯折处断裂，导致电池的短路。此外，柔韧性也会影响电池的寿命、循环次数等。锂电铜箔具有良好导电性和机械加工性能、在较低电位时不易被氧化、质地较软、制造技术较成熟、成本优势等特点，是锂电池负极集流体的首选。图表：电极片结构 锂电铜箔：锂电池负极集流体，超薄化趋势明显 铜箔性能显著影响锂电性能，是制作锂电关键材料之一。在锂电池的制作中，负极活性物质由约90%的负极活性物质碳材料、约4%的乙炔黑导电剂、约6%的粘合剂均匀混合后，涂覆于铜箔集流体表面，经干燥、辊压、分切等工序，即可制得负极电极，因此除负极活性物质之外，铜箔的性能对于锂电池的性能也有很大影响。 锂离子电池对高比容量和高倍率性能的需求，铜箔在厚度上朝着超薄化方向快速发展。 铜箔的改性主要方法：铜箔表面处理、电化学处理、直流刻蚀铜箔、铜箔表面涂层、3D结构铜箔、复合改性处理。 重量拆分：铜箔占锂电池总重量约13%，仅次于正极材料、负极材料和电解液。 成本拆分：铜箔占锂电池总成本约9%，仅次于正极材料、隔膜和负极材料。 复合铜箔：锂电池负极集流体的新选择—特征及工艺 复合集流体材料是一种金属+聚合物薄膜+金属组合的“三明治”结构的新型材料，以PET、PP等高分子材质作为基础材料，为有机支撑层，上下两面采用先进工艺沉积金属铜层而制成的新型锂电铜箔材料。复合集流体使用会使锂电池在受到外力撞击断裂时产生毛刺较少，避免刺破电池隔膜，降低电池短路风险，大大提升了电池安全性。同时若电池因为内短路引发热量提升，复合铜箔材料可以迅速熔断形成断路，阻止热量的进一步增加，有效避免电池燃烧和爆炸。除了安全性大幅度提高以外，锂电池内金属的使用量降低，使电池在同样重量下能量密度得以提升，从而降低了电池的生产成本。 复合铜箔核心工艺是导电薄膜的生产，有2个关键工序，即磁控溅射和水电镀。在基膜上磁控溅射打底后，水电镀增厚1μm，从而达到需求箔材厚度，这种方法称为两步法，并以两步法为主。图表：铜箔和复合铜箔示意图 三步法相较于两步法多了一步真空蒸镀。第一步仍是磁控溅射，但磁控溅射环节要求的铜膜厚度更低，因此其线速度会相应提高，第二步是采用蒸镀机器内包括蒸镀室和卷取室，在高真空下加热金属，使其均匀地蒸发镀在薄膜表面。第三步是采用电镀增厚铜层至1μm左右。目前三步法未实际应用。 复合铜箔：锂电池负极集流体的新选择—特征及工艺 基材：模宽800-1650mm，厚度4-6.5μm，通常采用PET/PP等材质。 磁控溅射镀铜：溅射镀膜的原理是稀薄气体在异常辉光放电产生的等离子体在电场的作用下，对阴极靶材表面进行轰击，把靶材表面的分子、原子、离子及电子等溅射出来，沿一定方向射向基体表面，形成厚度约10-50纳米的镀层，使卷装柔性PET材料金属化。磁控溅射真空镀膜技术的优点：稳定性好、重复性好、均匀度好、适合大面积镀膜、膜层致密、结合力好、工艺灵活度高等；难点：1）基膜薄，收放卷时易变形。2）镀膜过程中温度升高，需要散热。3）张力控制问题，幅宽较宽材料容易拉扯变形。4）高压放电，可能存在膜穿孔现象。5）设备技术经验积累和开发能力。 水电镀镀铜：电化学过程，将电镀件浸泡在电镀液（如硫酸铜）中并通电，在外界直流电的作用下，金属铜以二价铜离子的形式进入，并不断迁移到阴极表面发生还原反应，在阴极上得到电子还原成金属铜，逐步在镀件上形成金属铜镀层。此工序将金属化PET的铜层厚度增加到1μm，使复合铜箔厚度在6-8.5μm之间。难点：1）张力控制问题。2）对均匀性要求高。复合铜箔镀铜均匀性需要至少达到1μm±0.1μm。3）电镀设备速度至少需要达到7m/min以上，且距离规模化量产仍有提升空间。 真空蒸镀：是采用一定的加热蒸发方式蒸发镀膜材料（或称膜料）并使之气化，粒子飞至基片表面凝聚成膜的工艺方法。 复合铜箔：锂电池负极集流体的新选择—能量密度提升 复合铜箔对于电池能量密度的提升有重大作用。一方面，有机材料的密度较金属材料更低，能够降低集流体的整体质量；另一方面，铜箔的占比变少，厚度变薄，进一步减少了集流体的质量。经我们测算，由于PET材料相对于铜较轻，相同面积的6μmPET符合铜箔较6μm电解铜箔的质量减轻约56.33%。根据锂电池能量密度计算公式：质量能量密度=电池容量/电池质量，在电池容量不变的情况下，减少质量可以提升能量密度。 重庆金美官网显示，MA/MC（复合型铝膜/铜模）的重量更轻，面密度较传统铜箔降低77%，能量密度提高5%以上。 腾盛科技官网显示，由于PET等聚合物材料相对于铜较轻，如相同厚度和面积的pet复合铜箔较6μm电解铜箔的质量减轻60%以上，从而带来电池重量的减轻，传统纯金属集流体占电池比重达15%，随着复合集流体重量占比降低，电池能量密度实现提升5%-10%。 比亚迪专利显示，复合集流体的运用对于电池能量密度有一定提升。 复合铜箔：锂电池负极集流体的新选择—成本显著下降 从原材料成本端来看，复合铜箔成本远低于电解铜箔。 以6μm电解铜箔为例：铜密度是8.9 g/cm3 ，据22年9月30日铜报价62.69元/kg计算，粗略计算电解铜箔其材料成本约3.35元 /m2 。 以6μmPET铜箔为例：PET密度是1.38 g/cm3 ，假设PET基材价格是9元/kg，则4μmPET价格约为0.05元 /m2 。铜的价格用两种方法测算，一种方法如上，2μm铜箔成本约为3.35/3=1.12元 /m2 ；另一种按照铜靶材（假设价格为铜价2倍）和氧化铜粉（假设价格为铜价1.25倍）价格进行测算，并假设单面溅射为 50nm ，单面电镀厚度为 950nm ，2μm铜材料成本约1.44元 /m2 。综上，两种方法算得PET铜箔原材料成本分别是1.17元 /m2 和1.62元 /m2 。 复合铜箔：锂电池负极集流体的新选择—成本显著下降 考虑到设备、人工成本、电费和水费等，复合铜箔成本仍低于电解铜箔。 根据东威科技披露，1GWh一般需要2台真空镀设备和3台镀膜设备，约6000万元。假设一台真空镀设备1500万元，一台镀膜设备1000万元，宽幅1210mm，线速10米/分钟，良率75%，每年工作7920小时（根据金美环评报告，厂区实行三班制，每班8小时，年工作330天），折旧10年，折算出设备折旧约1.06元 /m2 。 复合铜箔：锂电池负极集流体的新选择—安全性提升 电池出现安全事故的原因多是电池发生了内短路，而内短路的原因主要有机械滥用（碰撞、挤压、针刺）、电滥用（过度充放电）和热滥用（高温下隔膜瓦解）。 复合铜箔可以从以下两个方面有效避免内短路。 第一，传统的电解铜箔为纯铜，在动力电池装车中需要面对不同的复杂路况，很可能因颠簸造成某个点的应力集中，使得铜金属材料在应力作用下产生损伤、裂痕，直至断裂，在断裂的薄膜表面相映就会产生毛刺。高分子基材凭借优秀的抗疲劳能力吸收一部分应力，有效缓解金属材料因反复使用产生断裂形成毛刺刺穿隔膜的影响。 第二，锂枝晶（锂枝晶是锂电池在充电过程中锂离子还原时形成的树枝状金属锂）生长会穿透隔膜造成热失控，还会导致通过消耗锂以及电解液造成电池容量的衰减，在传统电池中是一个常见且棘手的问题。复合铜箔通过应力的缓冲使得锂得到均匀沉积，避免了锂枝晶的生长，降低了安全隐患。 复合铜箔：锂电池负极集流体的新选择—其他优缺点复合铜箔优势汇总 复合铜箔除了在能量密度、成本、安全性有较大优势外，凭借复合材料自身优势，在柔韧性、抗压强度、均匀性等方面也同样占优。 在产业化初期，复合铜箔本身性能和工艺方面也有一些亟待解决的问题。如由于PET表面光滑的特性，增强层与PET薄膜的结合力以及使得采用水电镀加厚的铜层具有均匀性平整