电力设备行业专题研究：复合铜箔产业化拐点或将至

复合铜箔带来多重电池性能提升，降本空间可观 复合铜箔采取金属-高分子材料-金属的三明治结构，能够有效减轻电池重量和提升能量密度，同时高分子材料不易断裂，能够阻止电池的内短路，使电池更加安全。经测算，电池容量为50kWh前提下，6.5μm的复合铜箔较目前主流的6μm传统铜箔可提升能量密度9.64%，较目前最为先进的4.5μm传统铜箔可提升能量密度5.75%。降本则主要体现在原材料端，复合铜箔约为1.25元/平，仅为传统6μm铜箔原材料成本的1/3。 复合铜箔市场空间大，供给端进展显著 多家厂商已陆续布局复合铜箔，例如宝明科技在2022年7月公告投资建设复合铜箔，一期建设目前已陆续小批量量产，同时获得部分客户小批量订单。双星新材则是在2023年6月获得客户首张PET复合铜箔订单。乐观来看，假设量产后逐步实现降本，能够同时应用在电池和储能端，渗透率将≥20%；整体复合铜箔市场空间有望在2025年超过320亿元。 设备效率与良率是实现产业化关键 复合铜箔行业前期壁垒不高，扩产相对简单，产业链扩产积极性高，未来行业关键在于设备的效率与最终的生产良率，例如如何将走速、材料利用率、卷绕性能等提到较高的水平，性能提升与降本是最终的目标，也是能够打进下游产业链和持续放量的基本条件。2024年行业已进入材料认证、装车试验关键节点，有望实现复合铜箔规模化应用0-1突破。 投资建议 我们认为在复合铜箔领域拥有技术积淀和先发优势的箔材、设备厂家，有望受益于铜箔产品升级和市场扩大，实现自身快速增长。中游箔材环节中，率先制样、小批量送样的公司能够更早地进入测试验证环节，获得更多反馈和试样结果，建议关注宝明科技、双星新材；上游设备环节中，二步法为目前主流生产工艺，建议关注水电镀设备龙头东威科技。 风险提示：1）技术研发推广不及预期；2）行业规模测算偏差风险。 1.复合铜箔显著降本和提升性能，替换趋势明确 1.1集流体是影响电池性能的重要部件 电池集流体通俗可以理解为汇集电流的结构或零件，其材料的选择将影响电池的能量密度、能量输出、循环次数、快充表现等等。采取金属-高分子材料-金属的三明治结构，复合集流体能够有效减轻电池重量和提升能量密度，同时高分子材料不易断裂，能够阻止电池的内短路，使电池更加安全。 图表1：电池集流体位于正负极两侧 图表2：集流体是汇集电流的关键部件 因此，电池集流体产业位于电池厂家的上游，为电池的重要零件之一；在下游具体应用中，锂离子电池正极集流体一般采用铝箔，负极一般采用铜箔。 图表3：集流体在产业链中处于电池的上游，约占电池成本的12.8% 1.2能量密度、安全性和降本是复合铜箔主要优势 复合集流体具有“金属-高分子-金属”复合的“三明治”结构，首先以高分子膜作为基材，随后将金属铜层以先进工艺沉积于基膜的上下两面。目前研发的基膜一般为PET或者PP。 图表4：普通集流体 图表5：复合集流体为“金属-高分子-金属”三层结构 PET和PP各有优缺点：PET熔点较高，但由于其分子结构中酯键（COOR），更容易受到电解液腐蚀；PP的化学稳定性更高，密度更低但是与铜的结合力不佳，在制作工艺上更具有难点。两种材料的高温循环和快充表现与其的耐热性、化学稳定性和机械性能息息相关，目前工艺上存在的问题主要来自于高分子与金属之间致密性没有很高，包括铜的表面有针孔，电解液会渗透到铜和基材的结合层，与PP和PET发生反应，导致铜箔脱落，活性物质损失。 PI目前成本太高，国产化仍在起步阶段，同时具备较高的工艺难度，参与研发的厂家并不多，可能是未来的方向之一。 图表6：PET、PP、PI性能对比 复合铜箔中的高分子材料层能有效提升电池的安全性能：复合集流体中间层由高分子材料构成，高分子材料具备不易断裂的特性，降低了毛刺刺穿隔膜并与电极接触的风险；复合集流体中间的高分子基材具有阻燃特性，短路电流在接触到高分子基材后会发生断路效应，使得电池损坏仅局限于刺穿位点，形成“点短路”。传统铝箔在针刺后立即发生短路，复合集流体在针刺后电压基本可维持4V左右电压，且无起火冒烟现象，有效阻止了电池的内短路。 图表7：复合集流体的优势主要体现在减重和安全 1.3轻量化用料显著提升电池能量密度 复合铜箔“金属-高分子-金属”的三明治结构能有效降低集流体的质量，提升电池能量密度：复合集流体中间层采用轻量化高分子材料，假设采用PET材料，其密度为 1.37g /cm3 ，铜的密度为 8.96g /cm3 ，重量比纯电解铜箔低50%左右；能够有效减轻电池的重量，同时，随着重量占比降低、电池内活性物质占比增加，能量密度可逐步提升。 经我们测算，电池容量为50kWh前提下，6.5μm的复合铜箔较目前主流的6μm传统铜箔可提升能量密度9.64%，较目前最为先进的4.5μm传统铜箔可提升能量密度5.75%。 图表8：应用复合铜箔能有效提升电池能量密度 1.4低价原材料带来降本效应显著 复合铜箔的降本优势主要体现在原材料端：假设铜单吨价格为6.87万元；PET高分子层单价为0.71万元/吨，折合原材料单位成本1.26元/平米。设备方面，根据宝明科技年产固定资产投资7.67亿元/亿平的设备标准，按照10年折旧期限，折旧成本为0.77元/平米。假设PET铜箔良率维持在85%：效率为60%时，单位成本为5.93元/平；当效率提升至90%，整体成本降至3.95元/平；假设PP铜箔的生产良率维持在80%，单位成本为5.37元/平；当生产效率提升至90%时，整体成本能降低至4.18元/平。 我们认为复合铜箔在降低原材料成本、设备规模化优势尚未完全发挥的情况下，拥有非常大的降本潜力，持续降本将不断提升复合铜箔在电池材料端的渗透率 图表9：复合铜箔降本主要来源于材料端 2.复合铜箔市场空间大，供给端积极扩产 2.1电池厂拥抱复合铜箔，市场空间广阔 由于复合铜箔在安全性和成本方面显著优于传统铜箔，并能为动力电池提升能量密度，考虑到产品具备多方面的优势，我们预计复合铜箔在铜箔市场的渗透率将快速提升。 目前，已经有多家下游电池厂商积极接受复合铜箔送样检测，宁德时代在2019年便通过长江晨道入股金美新材料，提前进行复合集流体的产业布局，同时在2023年与璞泰来正式签订战略合作协议，就复合铜箔业务建立长期合作机制，比亚迪等厂商也积极参与复合集流体的研制，申请多项相关专利；国轩高科等公司也通过和研究院开展合作等方式拓展复合集流体相关业务。 图表10：多家电池厂积极布局复合集流体业务 乐观来看，假设量产后逐步实现降本，能够同时应用在电池和储能端，预计2025年渗透率将≥20%；市场空间有望超过320亿元； 中性来看，假设产品性能稳定，成本仍维持在偏高的位置，能够运用在高端车型上；预计2025年渗透率维持在10-20%；市场空间约233亿元； 悲观来看，假设产品整体性能提升较少，量产良率较低，价格依旧维持高位；预计2025年渗透率低于10%，市场空间在150亿元左右。 图表11：复合铜箔市场空间广阔 2.2产业链扩产积极，0-1进程加速 复合铜箔的测试接近尾声，即将进入产业化应用和量产的新阶段。从产业化进程上来看，宝明科技、双星新材、重庆金美等公司项目进展较快。目前多家厂商布局复合铜箔，宝明科技在2022年7月公告计划投资60亿元建设复合铜箔，一期建设目前已陆续量产；公司2023年1月公告计划投资62亿建设马鞍山复合铜箔项目，规划产能16亿平，目前公司已获得部分客户小批量订单。双星新材2023年6月获得客户首张PET复合铜箔订单。 图表12：主要复合铜箔项目进展情况 从路线分布上来看，PET与PP路线共存，以二步法为主。主要厂家均运用PET与PP两种基材进行多线测试，从工艺方法上来看，大部分厂家使用的磁控溅射和水电镀二步法。 图表13：材料中，PET与PP共存，工艺以两步法为主 图表14：主要厂家进度表 3.核心工艺：设备效率与良率是产业化关键 3.1复合铜箔生产主要环节构成 复合铜箔生产主要由三个环节构成：原材料采购、制备与后期下游验证。原材料环节主要涉及中间高分子层材料的选择与采购，制备环节为工艺主要分为一步法、二步法与三步法，其中二步法为主流方法，由磁控溅射和水电镀两大工序流程组成，工艺的选择和管理在很大程度上决定了成品的良率和生产效率，是目前产业化的关键所在，也是下游导入和市场空间正式开启的关键。成品上车则需要通过下游电池厂家与终端汽车客户验证的多轮验证。 图表15：行业壁垒主要集中在后端工艺程序 3.2制备环节是复合铜箔实现量产的关键所在 原材料端：原材料为铜和高分子材料PET/PP，均不为稀缺材料。铜作为最常见的金属之一，列属于大宗商品，资源较为丰富，但铜价会随着多方因素波动，影响原材料采购价格；PET和PP为常见塑料制品，全球产能丰富，不存在供应瓶颈。（以PET为例，基于2025年中性预测下，32亿平复合铜箔对应的基膜需求在2万吨左右，2022年中国PET基膜产能已达到58.1万吨，PP产能达3496万吨）。 图表16：成本主要由铜、PET/PP构成 图表17：铜价波动较为频繁，将直接影响产品材料成本 图表18：PET价格在7000-9000元/吨的区间浮动 图表19：PP价格在7000-10000元/吨的区间浮动 制备端：以目前较为广泛采用的两步法工艺为例，制备端的两大难点在于设备的效率提升与设备的能力提升。 其中，设备最终效率等于磁控走速与水电镀走速乘积；走速的快慢会直接影响生产效率低，设备折旧、能源成本等等。磁控溅射和水电镀是两套单独的设备，磁控溅射的速度越快，镀层越薄，方阻越高，需要的水电镀镀层就越厚，水电镀就越慢，磁控溅射和水电镀是一个平衡的过程；设备端的走速快慢将影响到是否能满额产生，摊薄成本中的制造费用。 图表20：设备效率将影响制造费用 其次，设备的第二个难点在于磁控溅射的靶材利用率，现在的使用率仍维持在一个相对低位，以目前行业内进度较快的金美公司为例，铜靶的利用率仅为32.12%，相较于水镀设备离子置换的80-95%的利用率，仍有较大的提升空间。 图表21：设备能力将影响最终成本 图表22：磁控溅射的材料利用率在32%左右 认证端：铜箔厂家送样至电池厂家之后需要进行多种测试，包括方阻（影响快充）、结合力（是否会脱落）、抗压测试（变形容易度）等物性测试，而高温循环测试和快充测试是检验电池性能的关键，一般需要循环3个月以上，再进行B样、C样的最终测试；在电池厂家导入因此需要1年起，以英联股份去年送样的复合铜箔为例，目前正处于测试中，有望在24年内实现装车。 图表23：复合铜箔认证流程 基于对三个环节的分析，我们认为在原材料、制备与认证环节中，制备环节是复合铜箔是否能实现最终放量的关键环节。复合铜箔的原材料端供给丰富，不存在较大的供应瓶颈，下游验证也具备较为完善的机制。在复合铜箔生产和最终应用中，制备环节中的设备能力和设备效率会在很大程度上影响产品的良率与成本，如何兼顾设备效率最大化和量产性能稳定是目前的难点所在，而产品性能的稳定输出和价格是下游导入和市场空间正式开启的决定性因素。因此，制备环节是复合铜箔实现量产的关键所在。 4.投资建议：关注箔材和设备头部公司 我们认为在复合铜箔领域拥有技术积淀和先发优势的箔材、设备厂家，有望受益于铜箔产品升级和市场扩大，实现自身快速增长。2024年行业已进入材料认证、装车试验关键节点，有望实现复合铜箔规模化应用0-1突破。 箔材厂家：率先制样、小批量送样的公司能够更早地进入测试验证环节，获得更多反馈和试样结果，建议关注宝明科技、双星新材； 设备厂家：二步法为目前主流生产工艺，建议关注在水电镀设备龙头东威科技。 5.风险提示 1）技术研发推广不及预期：由于市场发展趋势及生产技术研发进度的不确定性，可能导致产业化进程较慢 2）行业规模测算偏差风险：由于报告中行业规模测算基于一定的假设，存在新能源车销量和储能装机