锂电池复合铜箔市场分析：复合铜箔量产在即，提升电池安全性能
（报告出品方/作者：财信证券，周策、杨鑫）
1 铜/铝箔是当前主流的锂电池集流体，复合集流体是未来发展方向
锂离子电池是一种“摇椅”电池，其工作原理为：锂离子充放电过程中，锂离子在 正负极之间嵌入和脱出，同时伴随着电子在外电路中进行移动而形成外部电路的电流。充电时，电池正极生成锂离子，经过电解液移动到负极并嵌入到负极碳层的微孔中。放 电时，嵌在负极的锂离子经过电解液移动回到正极。在锂离子电池中，集流体起到承载之负极材料的作用，更重要的作用是其将上述电 化学反应产生的电子汇集起来导至外部电路中从而形成电流。综合考虑到成本、导电性 等因素，锂离子电池正极采用氧化电位高的铝箔作为集流体，而负极采用不易与 Li 形成 合金的铜箔作为集流体。
铜箔根据生产工艺不同可分为电解铜箔和压延铜箔，锂电铜箔是一种电解铜箔。电解铜箔是由电解液中的铜离子在光滑旋转不锈钢板/钛板圆形阴极滚筒上沉积而成，目前国内 多采用辊式阴极、不溶性阳极以连续法生产进行生产。压延铜箔是利用塑性加工原理通过 对高精度铜带反复轧制—退火而成的。在成本方面，压延铜箔固定资产成本高，电解铜箔 在成本上有优势。在生产工艺方面，压延铜箔技术要求高，工艺复杂，流程长，同时，生 产技术大多掌握在日美企业手中，生产往往受到专利的限制；而电解铜箔主要设备均已实 现国产化，电解铜箔在自主生产方面具有明显优势。尽管压延铜箔的弯曲性能良好，延展 性、抗弯曲性和导电性等都优于电解铜箔，铜纯度也高于电解铜箔，但由于电解铜箔具备 生产成本和生产工艺方面的优势，因此电解法是铜箔生产工艺的主流，锂电铜箔就是一种 电解铜箔。
1.1 传统锂电铜箔供需两旺，原料成本主导价格走势
我国传统锂电铜箔产能扩张迅速，行业集中度不断提升。2017-2021 年，我国传统锂 电铜箔产能从 11.31 万吨增长至 31.6 万吨，年复合增长率 29%。产能扩张的同时，传统锂 电铜箔产能利用率从 55%提升至 90%，主要原因是下游需求高速增长。我国传统锂电铜箔 行业集中度较高，2020 年，龙电华芯、诺德股份、嘉元科技、中一科技、铜冠铜箔出货量 分别占行业总出货量的 18%、15%、12%、7%、6%， CR5 达 58%。2022 年，随着甘肃德 福、嘉元科技、诺德股份等企业新建项目陆续投产，国内传统锂电铜箔产能将增加 28.15 万吨至 59.75 万吨，行业集中度也将进一步提升。
能量密度要求不断提高，传统锂电铜箔极薄化趋势显著。6μm 及 4.5μm 锂电铜箔较 8μm 铜箔分别提升锂电池 5%、9%能量密度，随着新能源汽车等下游应用领域对能量密 度的要求不断提高，对极薄铜箔的需求不断增长，6μm 及以下规格锂电铜箔渗透率也不 断提升。2021 年 6μm 及以下规格锂电铜箔渗透率超过 60%，目前新建铜箔厂多布局 6μ m 及以下铜箔，极薄化锂电铜箔成为市场主流。
传统锂电铜箔供需基本平衡，加工费逐步回落，电解铜成本主导锂电铜箔价格走势。锂电铜箔下游应用领域主要为储能、动力和 3C 消费电子，2021 年以来，新能源汽车产销 两旺带动锂电铜箔需求持续增长。2021 年，锂电铜箔需求量为 30.64 万吨，同比大幅增长 135.95%；2022 年，预计锂电铜箔需求量达 53.7 万吨，同比增长 75.25%，其中动力电池 对锂电铜箔的需求量 38.88 万吨，占比 72.4%。2020-2021 年，我国锂电铜箔供不应求，平均加工费处于较高水平。2022 年以来，随 着各大铜箔生产企业新建项目建成投产，锂电铜箔供应量迅速扩张，供需基本保持平衡， 加工费逐步回落至 2020 年初的水平。在供需格局基本稳定的前提下，成本端成为影响锂电铜箔价格走势的主要因素，由于电解铜占锂电铜箔总成本的 80%左右，因此电解铜的价 格主导了锂电铜箔的行情走势。
1.2 市场需求决定发展方向，PET 复合铜箔或成主流
铜箔是影响锂电池性能的重要部件，随着市场对性能和成本的要求不断提高，PET 复 合铜箔有望成为负极集流体的主要材料。铜箔的抗拉强度、伸长率、表面粗糙度、表面质 量、厚度均匀性、抗氧化性和耐腐蚀性均会显著影响锂电池的良品率、电池容量、内阻和 循环寿命，抗拉强度强、伸长率高、表面光滑洁净、厚度均匀、抗氧化性和耐腐蚀性强的 铜箔更为下游电池厂商所青睐。随着市场对铜箔性能要求的不断提升，锂电铜箔经历了从 多孔型电解铜箔、涂碳铜箔、高性能锂电铜箔到超薄铜箔的发展。近年来，能进一步提升 电池能量密度、减轻电池重量、降低制造成本、提升安全性的 PET 复合铜箔产业化进程加 速，有望成为未来负极集流体的主要材料。
1.3 复合铜箔技术壁垒高，设备是关键因素
复合铜箔生产工艺与传统铜箔区别较大，流程更加复杂。传统铜箔是以铜料作为基膜， 经过溶铜电解和水电镀等 13-15 道工序制成的；而 PET 复合铜箔则是以 PET 作为基膜，经 过真空镀膜和离子置换等 8-10 道工序制成的，二者区别较大。相较于传统铜箔，PET 复合 铜箔的生产工艺更加复杂，主要包括真空磁控溅射活化、真空磁控溅射镀铜、分切、碱性 离子置换等工序，其中真空磁控溅射和水平电镀是技术难点，国产设备良率不足。随着相 关设备的迭代升级，产品良率不断提升，复合铜箔工业化生产也将日益成熟。
复合铜箔的核心工艺是磁控溅射和水平电镀，工艺难点在于溅射过程中能量密度和靶 材最佳匹配的问题及水平电镀的均匀性问题。磁控溅射是将靶材背面加上强磁体，形成磁场，在正负电极间施以高的电压产生等离 子体，Ar 离子向负极加速运动，与靶材发生碰撞使得靶材原子脱离靶材表面，最后沉积在 衬底上形成薄膜的技术。若靶材数量过少能量密度过高，则会导致腔体温度过高，容易导 致 PET 复合铜箔产生张力问题、延展性问题、异变的问题，因此靶材数量和能量密度的最 佳匹配是影响 PET 复合铜箔良率的重要因素。此外，目前对于大多数磁控溅射设备，溅射 靶材在溅射过程中总会产生不均匀冲蚀的现象，一旦靶材被击穿，就会报废，因此靶材利 用率一直较低，这对企业成本控制以及产品竞争力有很大的影响。水电镀工艺是指高分子材料薄膜通过磁控溅射附着金属层后，采用水介质电镀增厚的 方式将铜层增厚至 1μm 的技术。目前镀膜机的均匀性较低，镀膜机均匀性的好坏直接影 响到膜的品质高低，目前对镀膜机均匀性的精度要求需要 0.1%甚至更高，但市场上主流的 镀膜机的均匀性只能达到 1%。
2 复合集流体的优势：高安全性、低成本、高能量密度
2.1 复合集流体：铜或铝夹着高分子材料的三明治结构
传统集流体通常是通过压延或者电解形成的高纯度铜箔或者铝箔，复合集流体是指 在塑料薄膜 PET、PP、PI 等材质表面上采用磁控溅射、蒸镀、离子置换等方式，将铜或 者铝均匀地镀在塑料薄膜表面从而制作而成的一种新型材料。锂电复合集流体质量相对 传统的铜箔铝箔更轻，从而可以提升电池能量密度、同时可以提高电池的安全性并降低 材料成本，这些优点使得锂电复合铜箔将有潜力成为未来锂电负极集流体的主要材料。
2.2 复合集流体：高安全性
采用传统集流体的电芯受到针刺时易发生热失控：使用传统集流体的电芯进行针刺 测试时，电芯易发生内短路产生大电流，从而电芯内部会快速升温，引起可燃性有机电 解液发生反应并产生高温气体，导致出现冒烟、起火，严重时发生爆炸，危及使用者的 人身安全。采用复合铜箔的电芯可以通过针刺测试：而采用复合集流体的电芯进行针刺测试时 不会发生热失控，其主要原因为：1）当针刺入电芯内部并发生短路并且升温时，复合集 流体中间的高分子材料层会融化并发生断路效应，可以抑制短路电流从而控制电池热失 控，从根本上解决了电芯起爆炸起火；2）复合集流体受到针刺时产生的毛刺尺寸更小， 发生内部短路的几率更低。针刺测试模拟了极端情况下的电芯短路情景，对电芯的安全性能具有一定的表征意 义：电池发生起火爆炸的本质上是电池发生了热失控，即因为某种原因导致电池的温度 不可控的上升，进而突破临界点，发生起火甚至爆炸。导致热失控的原因通常是异物入 侵内短路导致温度升高，而针刺测试是通过钨钢针垂直于电池将电池刺穿，整个电池的 能量都会通过该针刺点在短时间内释放，模拟了电池极端情况的内短路。因此，能通过 针刺测试的应用复合集流体的电芯是具有高安全性的。
2.3 复合铜箔：低成本
当前主流的方案是用 6μm 复合铜箔替代 6μm 传统铜箔，用 8μm 的复合铝箔替代 12μm 或者 10μm 传统铝箔。根据测算，复合铜箔和复合铝箔的理论原材料成本均远低 于传统铜箔和传统铝箔，同时复合铜箔的理论单位总成本也低于传统铜箔。
2.3.1 原材料成本低：复合铜箔原材料成本仅传统铜箔的 34%
根据 11 月 22 日的报价数据，铜价为 6.5 万元/吨，PET 切片价格为 0.67 万元/吨。由 于铜价显著高于 PET 价格，而 PET 铜箔用 4μm 的 PET 替代了同等厚度的铜，因此 6μ m 复合铜箔的原材料成本仅为传统 6μm 铜箔的 34%左右。
2.3.2 复合铜箔理论单位成本为传统铜箔的 65%
电解铜箔成本为 3.96 元/㎡：根据中一科技和铜冠铜箔招股说明书，铜箔制造费用大 约为 0.47 元/㎡，而 6μm 铜箔原材料成本为 1.20 元/㎡，可计算得出在铜价为 6.5 万元/ 吨的情况下，6μm 铜箔成本为 3.96 元/㎡。规模化之后复合铜箔成本可降至 2.59 元/㎡：根据我们的测算，产业化初期的复合铜 箔成本为 3.47 元/㎡，待规模化之后成本可降至 2.59 元/㎡。相关的假设和测算步骤如下：①原材料成本：传统铜箔厚度 6μm，PET 复合铜箔中铜厚度 2μm、PET 厚度 4μm。铜价为 6.5 万元/吨，PET 切片价格为 0.67 万元/吨；②设备成本：根据东威科技披露，1GWh 一般需要 2 台磁控溅射设备和 3 台水电镀 设备，假设磁控溅射设备约 1200 万/台，水电镀设备约 1500 万/台，设备折旧年限为 10 年；③人力成本：假设2台磁控溅射设备和3台水电镀设备一共需要配置10人进行操作， 每人工资为 10 万/年；④产量测算：假设产品宽幅为 1.5m；良率在产业化初期为 75%，规模化之后良率达 到 90%；整线生产速度在产业化初期为 8 米/分钟，规模化之后达到 12 米/分钟；⑤水电费用：根据重庆金美环评报告，生产 3.43 亿 m2 的复合铜箔所需水量约 31.93 吨/年，电量 9880kwh，水电费用约 0.294 元/m2。（假设：工业用水 4.1 元/吨，工业用电 价格 1 元/kwh）。
（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议）
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