金属材料系列（1）：PET铜箔—锂电铜箔新技术，蓄势待发

锂电铜箔目前作为锂电池的负极集流体，因锂电铜箔用铜量较高，材料成本受到铜价影响较大，电池安全性和能量密度存在瓶颈等原因，动力电池厂商出于成本、安全性和能量密度等方面考虑，有动力和需求寻找新型替代材料。PET铜箔基于原材料成本节省约2/3、安全性和能量密度更高等特性，契合下游发展规律，有望在一定程度上替代传统铜箔，实现从0到1的过程。 1、什么是复合铜箔？复合铜箔是一种形状类似“三明治”的电池集流体材料，其中中间层为4.5μm厚的PET、PP基膜，外层各镀1μm厚的铜。因此，从结构来看，相比于目前传统6μm的锂电铜箔，PET铜箔是将造价较低的PET基膜替代金属铜，从而实现用铜量减少2/3，达到降低原材料成本的目标。 图表1：PET铜箔结构示意图 2、为什么复合铜箔受到市场关注？复合铜箔具备四大优势，有望替代传统铜箔。 1）安全性高：电池自燃是由于发热失控导致的内短路。传统铜箔，受压后易断裂，断裂后易刺穿隔膜，造成内短路引起发热失控。而PET材料由于中间有个隔膜，高分子不容易断裂，有阻燃的效果。即使发生了断裂情况，1μm的镀铜也无法达到刺穿隔膜的强度标准，从而规避内短路的风险，提高电池安全性。 2）提升能量密度：PET材料相较金属铜轻，所以复合铜箔整体质量较小，可以有效减轻电池重量，提升电池能量密度。 3）寿命长：在电池充放电的过程中，相较于金属，高分子材料的膨胀率更低，表面更为均匀，寿命较传统铜箔延长5%。 图表2：PET铜箔比传统锂电铜箔安全性更高 图表3：PET铜箔比传统锂电铜箔安全性更高 3、目前PET铜箔的壁垒？我们从PET铜箔的生产流程着手，探寻目前行业遇到的困难及壁垒。我们根据重庆金美的环评报告，可以将制造流程归为以下3大步骤。我们以二步法为例： 1）原材料及设备采购：PET铜箔主要是采购厚度为4.5μm的PET基膜、铜靶材、辅材等原材料。目前，行业中生产PE T铜箔的主要设备为磁控溅射设备/电子束蒸镀设备、水电镀等。其中磁控溅射部分的设备多采用进口设备、水镀设备多采用东威科技的设备。 2）PVD方法镀膜：目前在基膜上金属化，主要采用磁控溅射以及蒸发镀膜等方式。在真空环境下，利用磁控溅射设备在基膜上先镀 50nm 左右的铜膜。具体的原理为，电子在真空的条件下，在飞跃过程中与氩原子发生碰撞（期间会通入纯净的氩气），使其电离产生出Ar+和新的电子；受磁控溅射靶材背部磁场的约束，大多数电子被约束在磁场周围，而Ar+在电场作用下加速飞向Cu靶，并以高能量轰击Cu合金靶表面，使靶材发生溅射，在溅射粒子中，中性的靶原子或部分离子沉积在基膜上形成厚度为 50nm 左右的薄膜。在此过程中，铜靶材的利用率较低，为32.12%。 3）离子置换工艺/水电镀：通过离子置换机进行金属置换金属层增厚。将膜面金属层作为阴极，膜面在穿过药剂槽液下辊之间穿行，膜面在药剂中，发生离子迁移置换反应，膜面上得到电子后，在膜面上形成铜层，铜层堆积厚度为1μm左右。 在此过程中，铜球和无氧铜角的利用率为80%左右。 综上，我们认为目前PET铜箔的壁垒主要体现在工艺和设备方面。 1）工艺壁垒：磁控溅射方法是工艺环节中难度较高的环节，即在极薄的基膜上，如何将铜镀的均匀且贴合紧密。这就需要对溅射路径、溅射力度进行不断试错，否则会出现溅射不均匀、击穿基膜/掉粉等问题。后续进行的增厚镀铜工艺，实则来源于PCB的电镀工艺。与PCB电镀工艺不同的是，在基膜金属化后，由于附着在基膜上的铜更薄（PET铜膜厚度在左右，PCB的铜膜厚度在μm级别），因此对张力控制、均匀性的要求更高。 50nm 2）设备壁垒：真空磁控溅射的设备主要采用海外设备为主，水镀增厚设备以东威科技等设备厂商为主。由于PET铜箔为新兴产品，设备或需进行新的研发和改造。主要难点体现在膜较薄后，设备如何能够满足PET铜箔的基材或膜材均匀度好、不变形、不穿孔等需求。 图表4：PET铜箔流程图 图表5：PET铜箔产业链图 4、PET铜箔的成本比传统铜箔成本更低？我们按照目前铜价6万元/吨进行计算，得出目前6μm的生产成本为3.46元/m²，其中铜原材料成本为2.85元/m²，占比83%；加工成本为0.6元/m²，占比17%。我们对PET铜箔的生产成本进行了简单测算，根据宝明科技披露，公司一期项目达产后，约有年初1.5-1.8亿平米的产能，对应投资额在11.5亿元左右。我们按照10年折旧，每年制造费用大致在1元/m²左右。则PET铜箔达产后的生产成本有望达到2.18元/m²，比锂电铜箔的生产成本低1.3元/m²，大概节约37%的成本。按照成本拆分来看，PET铜箔的原材料成本在1元/m²左右，比锂电铜箔节约64.1%；加工成本在1.2元/m²，比锂电铜箔多了92.4%。综合来看，PET铜箔的原材料成本节约效果明显。 目前6μm锂电铜箔的加工费在4万元左右，折合单平方米的售价在5.38元左右。由于PET铜箔具备安全性好、能量密度高、寿命长等特点，下游客户或将给予一定溢价。当然完全可以预期的是，若PET铜箔单平方米的售价低于5.38元，则下游电池厂商有望加速导入更具性价比优势的PET铜箔。 图表6：传统锂电铜箔成本测算 图表7：传统锂电铜箔成本拆分 图表8：PET铜箔成本测算 图表9：PET铜箔成本拆分 5、PET铜箔未来的市场空间？新能源汽车+储能双轮驱动，替代市场空间较大。全球新能源车销量今年有望达到1000万辆以上，同比增速有望达57%左右。对应的动力电池产量有望达644GW，同比增速达64%。我们预计随着PET铜箔技术成熟，有望实现从0到1的突破。假设PET铜箔2022-2025年的渗透率在0.5%/1%/5%/10%，对应的电池需求在55/148/298Gwh，CAGR达265%。 图表10：PET铜箔市场空间 6、目前材料环节布局PET铜箔的参与者？ 万顺新材：功能性薄膜行业先驱，布局PET铜箔具备业务协同优势。万顺新材主要布局纸包装、电池铝箔和功能性薄膜等三大领域。公司在2012年8月布局功能性薄膜业务，2021年功能性薄膜基地投产。产品主要包括光学膜（导电膜、高阻隔膜等）、窗膜（智能光控隔热膜等节能膜）、光伏膜（光伏背板高阻隔膜）、包装膜（食品药品高阻隔膜）等领域。功能性薄膜需要综合应用磁控溅射、真空蒸镀、涂布复合、精密切割等先进技术，设备也需要从日韩、德国等国进口。截止2 020年底，公司拥有7条磁控溅射设备及电子束镀膜设备等多套核心设备。在PET铜箔制造方面，具备技术、设备和业务协同等优势，目前已经送样给下游电池企业进行认证。 诺德股份：传统锂电铜箔龙头企业，试水PET铜箔。2022年7月，公司与与苏州道森钻采设备股份有限公司签订合作协议，提到会共同研发3微米等极薄铜箔及复合铜箔产品，储备下一代铜箔技术。 其他企业：1）双星新材：BOPET薄膜为主业，具备基膜生产能力。双星新材是从切片-基膜-成品一体化布局的企业，在基膜方面具有制造和原材料优势。除此之外，公司也有磁控溅射等核心设备。2020年公司开始立项PET铜箔，2021年开始开发，目前公司的产品已送往客户进行评价认证。2）宝明科技：积极布局PET铜箔业务。公司主营业务以LED背光源和触摸屏为主。2022年7月公告，拟投资60亿元建设复合铜箔生产基地。其中，一期项目投资11.5亿元，达产后年产约1.5-1.8亿平米的锂电复合铜箔（约1万吨传统铜箔）；项目二期拟投资48.5亿元人民币，视一期投产情况而定。 图表11：目前布局PET铜箔的主要参与者 风险提示事件：行业中产能投放进度不及预期、电池厂导入进度不及预期、PET铜箔工艺和技术尚有难点突破、新能源汽车等下游需求领域不及预期风险、需求测算偏差风险、产业链或渠道调研信息更新不及时、研究报告使用的公开资料存在更新不及时风险等。