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报告出品/作者：方正证券、张文臣、方杰、刘晶敏、周涛 以下为报告原文节选 ------ 锂电铜箔的下一代产品：复合铜箔 • 锂电池是一个复杂的系统，主要由正极材料、负极材料、电解液和隔膜等四大主材，以及铜箔、铝箔、导电剂、粘结剂、结构件等辅材组成。 • 铜箔是锂电池的重要组成部分，作为锂电池负极的集流体和负极活性物质的载体，对锂电池的循环寿命、能量密度、安全性等重要性能都有较大影响。 • 随着铜箔技术不断发展，复合铜箔有望登上舞台。传统铜箔基本上是由纯铜组成，而复合铜箔为三明治结构，中间层为PET膜或者PP膜，上下两面均为厚度约为1微米的铜层。  复合铜箔优势一：高能量密度 • 由于铜、铝的密度分别为8.96和2.7g/cm 3 ，均高于PET膜材的1.37g /cm 3 ，因此将部分铜或者铝换成PET材料，均能减少箔材的重量。 • 假设1GWh锂电池正级、负极箔材用量均为1200万平米，铜箔厚度为6微米，铝箔厚度为12微米，则需要的铜箔用量为645吨，铝箔用量为389吨。 • 若将铜箔、铝箔换成复合箔材，其中PET层厚度为4.5微米，金属层厚度为2微米，则1GWh锂电池需要的复合铜箔、复合铝箔分别为289吨、139吨，相对传统箔材分别减重55%和64%。  复合铜箔优势一：高能量密度 • 假设采用传统解决方案，电芯能量密度为250wh/kg，电池系统能量密度为200wh/kg，若将传统铜箔换成复合铜箔，可以将电芯能量密度提高9.8%，将电池系统能量密度提高7.7%。 • 若将铜箔和铝箔同时换成复合铜箔和复合铝箔，电芯能量密度可以提高17.9%，电池系统能量密度提高13.8%。 • 电池系统的能量密度与多个因素相关，包括正极材料种类、成组率等。预计一般将铜箔替换为复合铜箔，大概可以提高电池系统能量密度5%～10%。  复合铜箔优势二：低成本（原材料成本低） • 锂电池中，铜箔成本比铝箔高。假设铜、铝金属的价格分别为5.5万元/吨和1.6万元/吨，则1GWh锂电池需要的传统铜箔、铝箔原材料成本分别为3548万元和622万元，铜箔原材料成本是铝箔原材料成本的5.7倍。并且铜箔的加工费一般高于铝箔，考虑加工费用后，铜箔成本将更高。 • 若以复合铜箔和复合铝箔分别替代传统铜箔和铝箔，1GWh电池的箔材原材料成本分别可以下降2314万元和467万元，下降幅度为65%和75%。 • 从降成本角度来看，用复合铜箔替代铜箔，电池整体的降成本效果更明显。  复合铜箔优势二：低成本（投资高，但综合成本低） • 复合铜箔设备投资高，比传统铜箔高约1倍多。根据嘉元科技和中一科技发布的公告来看，扩产1万吨传统铜箔的投资额约为6亿元。假设铜箔厚度为6微米，则1万吨铜箔面积为1.86亿平米，传统铜箔单平米投资额约为3.2元。而根据宝明科技的公告来看，复合铜箔单平米投资额约为7.7元。 • 铜箔与复合铜箔的成本结构中，基本上主要成本项目为原材料费用和折旧费用，而包括人工费用等其他成本项目一般占比较低。 • 由于复合铜箔在原材料上面成本优势较大，即使复合铜箔的折旧成本再上升50%，原材料成本上升10%-20%，复合铜箔的综合成本相对传统铜箔还是明显占优。  复合铜箔优势三：高安全性（降低内短路） • 采用复合箔材后，能够减少电芯内短路的发生，提高电芯的安全性。一方面复合箔材中金属层更薄，在电芯受到冲击时，金属层不易刺穿隔膜，降低内短路发生。另外一方面，在针刺测试时，PET膜能起到一定的隔离作用，也能降低内短路的发生。 • 采用传统箔材方案，针刺测试时，电芯容易发生内短路，电芯电压瞬间降低到0V，电芯内部自放电，温度快速上升。而采用复合箔材后，电芯温度并没有明显变化，大幅提升电芯安全性。
 复合铜箔优势三：高安全性（PET膜改性） • 一般锂电池电解液中会添加阻燃剂，但是一般添加量比较少，过量添加可能会导致锂电池电化学性能大幅下降。 • 随着电池内部PET膜引入，可以对PET膜进一步改性，提升电池的安全性。比如在PET膜中加入阻燃剂TPP等。当电池热失控时候，复合铜箔表面铜层破裂，PET膜中的阻燃剂能够释放出来，起到阻燃效果，进一步提高安全性。  复合箔材挑战：快充性能有待提升 • 由于复合箔材两侧的金属层厚度一般只有1微米，导致复合箔材的过流能力有限。 • 在低倍率充放电时候，采用传统箔材或者复合箔材，电芯的充放电曲线一般没有明显的差异。而到了2C、4C高倍率充放电时，复合箔材性能表现有可能低于传统箔材。 • 基于当前技术进展，除了纯电动4C应用场景，复合铜箔有望在储能、换电、中低端车等市场，更有竞争力。   复合铜箔已有一定的产业化基础 • 复合铜箔在锂电行业属于新的应用，但其本质是将非金属材料金属化，类似的产品/技术在其他行业已经有广泛的应用，包括电磁屏蔽材料、ITO镀膜、覆铜板等。 • 两层柔性覆铜板为两层结构，一层为PI膜，另外一层为铜箔。先对PI 膜预处理，然后对其表面溅射金属层，最后电镀/解加厚，铜箔的厚度可达到9μm以下。 • 与两层柔性复合铜箔不同的是，锂电复合铜箔是双面镀铜，镀层厚度一般为1微米，并且对电化学性能有非常高的要求。
 复合铜箔生产工艺 • 复合铜箔的生产工艺主要包括一步法、二步法和三步法。 • 一步法是在高分子膜材表面直接化学沉积或者磁控溅射形成铜金属层；二步法是磁控溅射+水电镀；三步法是磁控溅射+蒸镀+水电镀。 • 结合成本与效率考虑，目前复合铜箔的主流工艺是二步法。先通过磁控溅射，在高分子膜材表面形成20～70nm的金属铜层，然后水电镀增厚至约1微米。  上游原材料：PET膜/PP膜 • 膜材的核心功能是负载铜层，需要和铜有比较好的结合力，另外需要膜材能够耐高温，有较高的抗拉强度，并且成本相对较低等。 • 目前可用于复合铜箔的膜材有PET膜、PP膜和PI膜等。由于PI膜售价～50万元/吨，售价过高，目前行业的主流选择是PET膜与PP膜。与PP膜相比，PET膜与铜结合力更强。 • 另外由于PET膜制备工艺为双向同步拉伸、双向异步拉伸等，并且制膜工艺中不需要制孔，因此随着未来复合铜箔放量，未来锂电隔膜厂也有望切入到复合铜箔膜材领域。  上游设备：真空镀膜（蒸镀） • 常见的真空镀膜技术包括蒸发镀膜、磁控溅射和离子镀膜。离子镀膜是前两者技术的有机结合。 • 蒸发镀膜工作原理是先加热膜材，使表面组分以原子团或分子团形式被蒸发出来，并沉降在基材表面。 • 蒸镀主要优点是效率高，1分钟可以形成0.1～75nm厚的镀膜层，设备工艺走速30～100m/min。 但是蒸镀的主要缺点是，镀膜层与基层的结合力较弱，并且镀膜层密度低。 
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