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今天談談復合銅箔，這是鋰電池領域前景不錯的一個細分賽道，正處于從0到1的快速發(fā)展階段，潛力無窮。

先說說什么是鋰電池集流體？

鋰電池是一種二次電池，主要依靠鋰離子在正負極之間的往返嵌入和脫出來工作，實現(xiàn)能量的存儲和釋放。

充電時，鋰離子會在電場的驅動下從正極晶格中脫出，經(jīng)電解質后嵌入到負極晶格中。

電池放電，此時負極上的電子通過外部電路進入正極，鋰離子Li +從負極進入到電解液里并到達正極，接受電子還原。

集流體顧名思義就是匯集電流的物體，其作用主要是通過涂覆將粉狀的活性物質（正極材料和負極材料）連接起來，將活性物質產(chǎn)生的電流匯集輸出、將電極電流輸入給活性物質。

集流體純度的要求較高并且電導率較好，化學與電化學穩(wěn)定性好，機械強度高，能夠與電極活性物質結合的比較牢固。

為什么正極用鋁，負極用銅？

傳統(tǒng)集流體中，負極使用銅箔，正極使用鋁箔。（鋁和銅導電性、延展性好，價格相對便宜）

銅箔不用于正極：因為正極電位高，金屬銅容易在高電位下氧化，所以銅不宜作正極集流體。

鋁箔用于正極：而鋁的氧化電位高，且鋁表面生成的致密氧化鋁薄膜可以進一步保護內(nèi)層的鋁。當然，鋁箔表面生成的鈍化層并不是電子的良好導體，但該鈍化層很薄，可通過隧道效應實現(xiàn)電子傳導。

鋁箔不用做負極：鋁在低電位下與鋰會發(fā)生合金反應因而被消耗。金屬鋁的晶格八面體空隙大小與Li大小相近，極易與Li形成金屬間隙化合物，消耗鋰破壞結構穩(wěn)定性。

銅箔用作負極：銅的嵌鋰容量很小，保持了結構和電化學性能的穩(wěn)定，可作為鋰離子電池負極的集流體。

鋰電銅箔的重要性及種類

根據(jù)中國有色金屬加工工業(yè)協(xié)會及YanoResearch數(shù)據(jù)，銅箔材料占鋰電池總成本8%；根據(jù)《車用鋰離子動力電池熱失控誘發(fā)與擴展機理、建模與防控》，銅箔材料質量占三元鋰離子動力電池總質量11%，因此銅箔是影響鋰電池能量密度和成本的關鍵材料之一。

集流體有極薄化趨勢：可降低成本并減少銅箔的用量，從而提升質量能量密度。目前國內(nèi)銅箔主流的厚度為8、6、4.5μm，相比較8μm銅箔，6μm和4.5μm能分別提升能量密度5.11%和8.82%。

負極銅箔按制備方法可分為電解銅箔，壓延銅箔和復合銅箔。目前電解銅箔為主流工藝；壓延銅箔主要用于柔性覆銅板、電子電路板等；復合銅箔能夠提升安全性及電芯能量密度，有望成為未來鋰電負極集流體的主流材料。

復合銅箔為“銅-高分子材料-銅”三明治結構，以高分子絕緣樹脂PET/PP/PI等材料作為“夾心”層，上下兩面沉積金屬銅。

PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）：化學性質為耐弱酸弱堿，高分子層表面附著力、材料耐高溫性以及材料機械強度優(yōu)于PP材料；

PP（聚丙烯）：化學性質為耐強酸強堿，耐腐蝕性優(yōu)于PET材料；具有很好的光學性能，透明度好；在高溫下不釋放有毒物質。但銅層在高分子層面的附著力較差，且PP熔點較低，濺射工藝中基膜易被擊穿，導致良品率較低；

PI（聚酰亞胺）：目前性能最好的薄膜絕緣材料，也是耐熱性最好的品種，在機械強度、耐高溫性能、耐化學腐蝕性能均優(yōu)于前二者，但受制于工藝水平與制造生產(chǎn)成本，目前暫未成為主流路線。

目前從三種材料PI、PET、PP選擇來看，PET最優(yōu)，也是主流路線。

具備能量密度、成本、安全性三大優(yōu)勢，復合銅箔發(fā)展前景看好

復合銅箔三大優(yōu)勢：

首先，相對于傳統(tǒng)銅箔、鋁箔，復合銅箔、復合鋁箔能有效提升鋰電池的能量密度提升，并降低成本。

根據(jù)測算，假設單GWh鋰電池所需正、負極集流體均為1200萬平方米，單GWh電池需要6μ銅箔、6μPET 銅箔（4μPET+2μ銅）、12μ鋁箔、12μPET鋁箔（10PET+2μ鋁）重量分別為645噸、281噸、389噸、230噸。

相較于傳統(tǒng)銅箔，PET銅箔可以減重約56%，而PET鋁箔可以減重約41%。以6μ銅箔為例，傳統(tǒng)銅箔占電池質量約11%，若換成PET銅箔可減重56%，對應電池能量密度預計可提升5%。

成本方面，不考慮其他成本，僅從原材料角度測算，6μ銅箔、6μPET銅箔、12μ鋁箔、12μPET鋁箔對應的原材料成本分別為2.99、1.13、0.60、0.44 元/平方米。PET銅箔原材料成本下降潛力更大。

（相對于復合鋁箔，復合銅箔對能量密度提升和成本下降的潛力更大，更能激發(fā)產(chǎn)業(yè)去發(fā)展復合銅箔，本文也將復合銅箔作為重點研究對象）

其次，相較于傳統(tǒng)銅箔，PET銅箔具備更高的安全性能。

1）復合銅箔在受到穿刺時，產(chǎn)生的毛刺較小，降低電池短路風險。傳統(tǒng)銅箔在受到穿刺時會產(chǎn)生較大尺寸的毛寸，毛寸有可能會刺穿隔膜從而引發(fā)電池內(nèi)短路。而復合集流體在受到穿刺時，由于基膜為高分子材料層，可有效吸收形變應力，使得產(chǎn)生毛寸的尺寸較小，降低電池內(nèi)短路的風險。

2）復合集流體高分子材料遇熱會發(fā)生熔斷，阻止電流流通和升溫。在“點接觸”內(nèi)短路時，導電層在短路點受力開裂剝離或在短路大電流瞬間熔斷，毫秒內(nèi)切斷短路電流回路；在“面接觸”內(nèi)短路時，支撐層在短路面受熱熔融收縮形成集流體結構局部坍塌，在熱失控前切斷短路電流回路。

3）復合銅箔可減緩鋰枝晶的產(chǎn)生，提升安全性能。充放電過程中如果鋰離子無法及時嵌入石墨層間，會在負極和銅箔表面沉積，形成枝晶，枝晶生長刺穿隔膜是鋰電池較常見的失效模式。復合銅箔的高分子基膜韌性強，在鋰沉積的過程中，可以有效分散銅箔表面應力，使得鋰離子在集流體的表面均勻分布，從而抑制鋰枝晶的生長。

復合銅箔的技術工藝

傳統(tǒng)電解銅箔的工藝路線：溶銅-生箔-后處理-分切 ，其中，核心在于生箔環(huán)節(jié)，核心工藝是電解。

1）溶銅：銅料溶解在硫酸中形成硫酸銅溶液，通過循環(huán)過濾，為生箔供需提供符合工藝標準的電解液。

2）生箔：在生箔機電解槽中，硫酸銅電解液在直流電作用下，于陰極輥表面電沉積而制成原箔，經(jīng)陰極輥連續(xù)轉動，并將銅箔連續(xù)剝離，收卷形成卷狀銅箔。

3）后處理：對生箔工序制得的銅箔進行粗化、固化、灰化、鈍化等表面處理工序，使銅箔表面結構及防氧化性能達到客戶要求。

4）分切：根據(jù)客戶對銅箔品質、幅寬、重量等要求，進行分切、分類、檢驗和包裝。

復合集流體工藝的核心邏輯在于使高分子材料表面“金屬化”。

由于高分子材料的結晶度大、極性小、表面光滑等特性，會影響鍍層與基材之間的黏合力，且高分子材料大多數(shù)為不導電的絕緣體，因此無法直接進行電鍍，需要先對高分子材料進行表面處理、活化等，使其表面沉積一層導電的金屬膜。

與傳統(tǒng)電解銅箔相比，復合銅箔的生產(chǎn)工藝流程縮短，但工藝難度大大提升，核心為磁控濺射+水電鍍工藝。

復合銅箔生產(chǎn)工藝可分為兩步法（磁控濺射-水電鍍）和三步法（磁控濺射-蒸鍍-水電鍍），其中磁控濺射和水電鍍是核心工藝，具體步驟為：①通過真空磁控濺射鍍膜工藝，在高分子基膜上鍍50nm厚度左右的超薄銅箔；②采用水電鍍的方式加厚銅層，直至銅層達到1μm左右的厚度?！叭椒ā迸c“兩步法”區(qū)別點在于在磁控濺射與水電鍍之間加入了真空蒸鍍環(huán)節(jié)作為過渡，減少后半段電鍍工藝要求。結合當前產(chǎn)業(yè)鏈調研來看，經(jīng)過測試，三步法良率較低，兩步法（磁控濺射-水電鍍）是目前最適合量產(chǎn)的工藝路線。

（1）第一步：磁控濺射。磁控濺射是一種物理氣相沉積技術，通過荷能粒子轟擊固體靶材，使靶材原子濺射出來并沉積到基體表面形成薄膜的鍍膜技術，具體來看：

1.真空磁控濺射活化環(huán)節(jié)：采用4.5μ厚度的PET作為基膜，通過PVD（物理氣相沉積）方式，通入純凈的氬氣。電子在真空條件下，在飛躍過程中與氬原子發(fā)生碰撞，電離產(chǎn)生氬正離子和新的電子；受磁控濺射靶材背部磁場的約束，大多數(shù)電子被約束在磁場周圍，氬離子在電場作用下加速飛向陰極靶，并以高能量轟擊銅合金靶表面，使銅靶材發(fā)生濺射，在濺射粒子中，中性的銅靶原子或部分銅離子沉積在基膜上形成薄膜，厚度一般為5-20nm；

2.真空磁控濺射鍍銅環(huán)節(jié)：采用前段工藝環(huán)節(jié)過后的物料作為基膜，重復相同工藝，在基膜上形成銅薄膜，厚度一般為10-40nm；

磁控濺射環(huán)節(jié)的主要工藝難點包括：①基膜較薄，收放卷時容易起皺變形；②鍍膜過程中溫度升高，需要散熱；③張力控制方面，因為基膜幅寬較寬，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。目前，國內(nèi)磁控濺射設備廠仍缺乏一定技術經(jīng)驗積累，存在箔材穿孔、鍍銅不均、基材起皺變形等問題，且由于磁控和后續(xù)步驟的節(jié)拍限制，目前復合銅箔的單位設備效率尚不及傳統(tǒng)箔材，限制了產(chǎn)品放量。

（2）第二步：真空蒸鍍。真空蒸鍍工藝環(huán)節(jié)是“兩步法”與“三步法”技術路線的主要差異。真空蒸鍍的原理是：在真空條件下，把金屬加熱至蒸發(fā)，使其均勻蒸發(fā)鍍在薄膜的表面上。與磁控濺射鍍膜相比，蒸鍍法蒸發(fā)銅的量更大，對銅的沉積效率較高，能夠加快復合銅箔生產(chǎn)效率，但缺點是蒸鍍法在超高溫環(huán)境下工作，而PET材料耐溫性在180-190度左右，高溫環(huán)境下PET材料易被燙穿形成孔洞，影響成品良率。

（3）第三步：水電鍍。電鍍過程為氧化還原過程，其工作原理為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?；谇暗拦に囍瞥傻你~基膜，膜面導電性已滿足酸性離子置換條件，此時將待加工的鍍件接通陰極放入電解質溶液（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，金屬銅以二價銅離子的形式進入鍍液，并不斷遷移到陰極表面發(fā)生還原反應，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，最終將金屬化PET膜的銅層厚度增加到1μm，使復合銅箔整體的厚度在6.5 ~8μm之間。

水電鍍環(huán)節(jié)的主要工藝難點包括：①平整性：目前復合銅箔材料幅寬一般達到1200mm以上，幅寬越寬，材料張力控制越難。復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，傳輸過程中若傳動輪速不均勻，張力控制不當，更薄更寬的材料很容易出現(xiàn)膜拉伸變形現(xiàn)象；②易穿孔：更薄的膜會更容易出現(xiàn)因發(fā)熱熔穿和電擊穿等穿孔現(xiàn)象；③均勻性：復合銅箔鍍銅均勻性需要至少達到1μm〒0.1μm；④效率低：復合銅箔電鍍設備速度至少需要達到7m/min以上，距規(guī)?；慨a(chǎn)仍有較大提升空間。

此外，在極耳焊接環(huán)節(jié)，復合銅箔新增一道采用超聲波滾焊的極耳轉印焊工序。由于高分子基材層的絕緣性能，復合集流體的極耳無法將集流體電芯中的電流輸出至電極端子，為解決這一問題，需將極耳箔材（鋁箔或銅箔）的兩端分別與復合集流體的導電層焊接到一起，從而輸送電芯中的電流。由于復合集流體極耳和箔材之間焊接難度大、焊接效率低下、易撕裂，傳統(tǒng)的焊接方式無法實現(xiàn)符合要求的焊接強度，因此，鋰電池在前段工序將多出一道采用超聲波高速滾焊技術的極耳轉印焊工序。

復合銅箔市場空間測算

核心假設：

1）新能源車：2025年我國新能源車市場滲透率達到50%，國內(nèi)車市2025年達到3000萬輛，2030年達到3315萬輛左右，新能源滲透率80%，歐洲新能源車和美國等地維持較高速增長；

2）儲能：未來全球和國內(nèi)將維持快速增長，國內(nèi)儲能2025年達到75GWh，全球達到280GWh，2030年國內(nèi)儲能達到150GWh，全球超過563GWh；

3）3C消費、兩輪車、電動工具：維持5%的常規(guī)增長速度；

4）復合銅箔滲透率：假設23-25年滲透率為5%、10%、20%，2030年可達到70%；

5）復合銅箔價格：預計22-25年分別為6.5、6、5.5、5元/平，30年達到4元/平；

6）復合銅箔單耗：2022年為1200萬平/GWh，此后以20萬平/GWh的幅度每年下降至1100萬平/GWh,此后維持不變；

7）設備投資：2022年約為0.7億元/GWh,預計23-25年呈下降趨勢，分別為0.65、0.6、0.55億元，2030年達到0.45億元；

8）超聲波焊接設備：2022年為0.12億元/GWh，預計23-25年呈下降趨勢，分別為0.12、0.115、0.11億元，2030年達到0.085億元；

根據(jù)測算：

1）復合銅箔：25年復合銅箔市場空間為172億元，CAGR=194%，30年市場空間1028億元，CAGR=81%

2）復合銅箔設備：25年市場空間為98億元，CAGR=158%；30年市場空間355億元，CAGR=65%；

3）超聲焊接設備：25年市場空間為20億元，CAGR=146%；30年市場空間為66億元，CAGR=59%。

產(chǎn)業(yè)鏈進展及相關標的

當前復合銅箔產(chǎn)業(yè)鏈正處于快速發(fā)展階段，相關企業(yè)進展整體較快。

設備商方面，東威科技于2022年8-9月連續(xù)簽署3份共計17億元訂單；廣東騰勝科技目前主要提供真空鍍膜設備，供貨重慶金美，日本TDK；匯成真空、振華科技、合肥東昇等均為國內(nèi)真空鍍膜設備領先企業(yè)。

PET基材企業(yè)方面，雙星新材在自制4.5um基材基礎上完成了各項工藝，目前已為客戶送樣；

PET銅箔制造商方面，重慶金美最早布局復合銅箔，目前一期總投資15億元年產(chǎn)能3.5億平，二期、三期規(guī)劃2025年形成產(chǎn)值100億元；廈門海辰一期投資10.5億建設年產(chǎn)2.1億平復合銅箔及0.73億平復合鋁箔產(chǎn)線；寶明科技目前已投資60億元建設贛州復合銅箔基地，一期11.5億，二期48.5億，其中一期達產(chǎn)后預計年產(chǎn)1.5億-1.8億。萬順新材已開發(fā)出銅模樣品并為下游客戶送樣。嘉元科技、中一科技、諾德股份亦開展復合銅箔布局。

納力新能源一期投資6.5億元，預計實現(xiàn)產(chǎn)能2.2億平，二期投資112億，全部達產(chǎn)后可實現(xiàn)售價200億元。此外，英聯(lián)股份、勝利精密、方邦股份、阿石創(chuàng)陸續(xù)布局復合銅箔制造。

在其他輔材方面，光華科技為國內(nèi)少數(shù)提供電鍍液的企業(yè)，目前正在加快推進PET鍍銅專用化學品的應用與整套化學品解決方案推廣。

此外，下游應用方面，電池廠商如寧德時代、廈門海辰等均在積極推進復合銅箔的應用。如寧德時代在 2019年7月申請發(fā)明專利《負極集流體、負極極片及電化學裝置》，明確提到復合集流體在降低重量提升能量密度方面具有重要作用。整體而言，設備廠商、材料廠商等產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)加速推進，復合銅箔產(chǎn)業(yè)發(fā)展提速。

復合銅箔產(chǎn)業(yè)基本情況就說這么多，接下去會從產(chǎn)業(yè)鏈中選擇2-3家公司做進一步研究，敬請期待。