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。20172021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。6m及4。5m锂电铜箔较8m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，6m及以下规格锂电铜箔渗透率也不断提升。2021年6m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6m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。20202021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1315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810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1m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6m复合铜箔替代6m传统铜箔，用8m的复合铝箔替代12m或者10m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4m的PET替代了同等厚度的铜，因此6m复合铜箔的原材料成本仅为传统6m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6m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，6m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：原材料成本：传统铜箔厚度6m，PET复合铜箔中铜厚度2m、PET厚度4m。铜价为6。5万元吨，PET切片价格为0。67万元吨；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；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；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；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）。
　　2。3。3高铜价将导致复合铜箔成本优势进一步扩大
　　铜在PET复合铜箔成本中占比小，高铜价背景下复合铜箔成本优势扩大。铜在传统铜箔成本中占比78左右，在PET复合铜箔中仅占45，PET复合铜箔的生产成本对铜价的敏感度较低。据测算，当铜价从2万元吨增长至8万元吨时，传统铜箔生产成本将从1。55元上升至4。77元；而PET复合铜箔生产成本则从1。78元上升至2。86元。当铜单价为27000元吨左右时，传统铜箔和PET复合铜箔生产成本相当，当铜价高于27500元吨时，PET复合铜箔较传统铜箔具有生产成本优势。2020年下半年以来，随着国内疫情形势逐步好转，经济增速迅速反弹，铜的需求恢复超预期；叠加铜的生产放缓，铜价从4万元吨大幅攀升9至7。7万元吨。虽然近期铜价有所下行，但在国内稳经济增长政策的支持下，预计铜价仍将维持高位震荡。在高铜价背景下，复合铜箔的生产成本优势将更加显著。
　　2。3。4复合铜箔通过提升良率和生产节拍可以逐渐取得较大成本优势
　　折旧占PET复合铜箔成本比重大，随着产速和良率的不断提升，PET复合铜箔降本空间巨大。在PET复合铜箔的生产成本中，折旧占比32，在铜和PET价格保持平稳的前提下，降低折旧成为降低PET复合铜箔生产成本的重要途径。由于提高产量能够降低单位折旧成本，而PET复合铜箔的产量主要取决于设备产速和良率，因此设备产速和良率是影响PET复合铜箔单位折旧成本的重要因素。据测算，当PET生产设备的产速从8米分提升至12米分、良率从60提升至90时，PET复合铜箔生产成本将从3。96元下降35至2。59元。随着生产设备的不断优化和制造工艺的日益成熟，PET复合铜箔仍有巨大降本空间。
　　2。4复合铜箔：高能量密度
　　复合铜箔可以提升电池能量密度510。铜的密度为8。960gcm，PET的密度为1。37gcm，复合集流体中间层采用轻量化高分子材料，重量比纯金属集流体降低5080。同时复合集流体厚度相比业内同行纯金属集流体减少2540，从而将电池内更多空间让渡给活性物质，电池能量密度能够提升510。3复合铜箔市场空间广阔
　　3。1新能源电池增长带动集流体市场增长
　　锂电池装机量高速增长，主要增量来自动力电池。在碳达峰、碳中和政策及关键技术突破的推动下，20162021年，我国新能源汽车销量从50万辆增长至351万辆，年复合增长率48。在新能源汽车的带动下，我国锂电池装机量从2016年的89GWh增长至2021年的601GWh，年复合增长率47；动力锂电池装机量从43GWh增长至427GWh，年复合增长率58，动力锂电池占锂电池装机总量的比重由48提升至71。动力电池是我国锂电池装机量增长的主要推动力。
　　预计2025年我国锂电池装机量达2747GWh，对应传统锂电铜箔需求量246。02吨。据起点研究预测，20222025年，我国锂电池装机量将分别达到606、983、1693、2747GWh，其中，2025年储能、动力、3C消费电子锂电池装机量分别为670、2017、60GWh。按1GWh储能、动力、3C消费电子锂电池分别消耗0。09、0。09、0。07吨传统锂电铜箔计算，20222025年我国传统锂电铜箔需求量将分别达到54、87、151、246万吨，年复合增长率166，PET复合铜箔替代市场空间广阔。
　　3。2替代市场空间广阔，2025年复合铜箔市场规模有望达169亿元。
　　假设20222025年全球锂电出货量分别为1010、1438、2015、2728GWh；2025年储能、动力、3C消费电子复合锂电铜箔渗透率分别为10、20、10；2025年复合铜箔价格为4。82元。则20222025年PET复合铜箔市场需求量有望从1。98亿元增长至169。19亿元，年复合增长率高达360。
　　3。3产业链市场规模：2025年上下游设备市场规模达191亿元
　　复合铜箔产业链主要包括三部分，分别为提供铜箔生产设备和原材料的上游厂商、负责复合铜箔生产制造的下游生产商、给电池厂商提供辊焊设备的设备商以及下游电池厂商。
　　假设：2025年单GWh需要1。3台磁控溅射设备，价格为1400万元台；2025年单GWh需要2。2台水电渡设备，价格为1000万元台；2025年单GWh需要配置价值量为360万元的辊焊设备。根据测算，2025年磁控溅射设备市场空间为79。5亿元，水电镀设备市场空间为96。1亿元，辊焊设备市场空间为15。7亿元。
　　3。4上下游共同推进复合铜箔商业化
　　产业链上中下游企业积极布局PET复合铜箔相关领域，2023年复合铜箔有望实现批量出货。上游设备企业中，腾胜科技、振华科技、汇成真空已具备成熟的二代磁控溅射设备生产技术，其中腾胜科技已研制出三代设备。东威科技预计2022年下半年制成磁控溅射二代设备。中游PET铜箔生产企业中，重庆金美规划3。5亿平PET复合铜箔铝箔，目前已实现稳定生产，预计2022年底量产；宝明科技、裕兴股份、双星新材、万顺新材均已向下游客户送样；斯迪克、方邦股份、诺德股份、嘉元科技正在研发阶段。下游电池厂商中，宁德时代、国轩高科、亿纬锂能等均申请了复合集流体相关专利，为PET复合铜箔应用于锂电池提供了完备的下游技术支持。
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　　精选报告来源：【未来智库】。链接