电力设备与新能源：PET铜箔行业深度：蓄势待发，多方参与，产业化元年将临
证券研究报告·行业研究·电力设备与新能源行业 蓄势待发，多方参与，产业化元年将临 --PET铜箔行业深度 电新首席证券分析师：曾朵红执业证书编号：S0600516080001联系邮箱：zengdh@dwzq.com.cn 电动车首席证券分析师：阮巧燕执业证书编号：S0600517120002联系邮箱：ruanqy@dwzq.com.cn 联系电话：021-601997932022年11月27日 摘要 复合铜箔理论上兼具安全性、高能量密度和低成本优势，可部分替代传统铜箔，2025年渗透率有望提升至10%。传统铜箔减薄存在理论上限，成本和性能难以兼顾。PET复合铜箔采用“三明治”结构，用低密度高分子膜置换金属铜，降低了热失控风险，相比于6μm传统铜箔，单位面积重量降低55%，能量密度提升5%-10%；理论上单位物料成本降低63%，我们测算，当前复合铜箔综合成本偏高，未来有望通过提升良率、设备线速继续降本，预计25年理论上有望降至3元以下（传统铜箔4元/平）。复合铜箔兼容性强，应用范围覆盖消费、动力和储能，相比之下，复合铝箔安全性优异，但成本过高，主要面向高端动力和消费领域。但复合铜箔阻抗较高，不适合快充电池，同时与硅基负极兼容性差，更适于高能量密度电池领域中应用，预计2025年渗透率达到10%，25年复合铜箔/设备的市场规模达到137/144亿元。 复合铜箔工艺路线更加复杂、多元，当前产业内以PET+两步法为主，量产难点在于设备和良率。1）材料端，PET抗拉强度更大、工艺简单成为主流选择；PP电池端性能好更受电池厂青睐，预计工艺成熟后上量。2）制作端，实践中分为一步法、两步法和三步法。一步法分为全湿法和全干法，产品性能优异、良率高，但尚处于实验室攻关阶段；两步法包括磁控溅射+水电镀环节，成熟度高；三步法增加真空蒸镀提升生产效率和均匀性，但损失良率。目前大多数厂商采用两步法。3）电池生产端，增加了滚焊，并将极耳焊接改为超声焊接。 目前复合铜箔处于工艺认证中后期，设备先行，加速突破0-1阶段，预计2023年下半年实现批量生产。从不同环节看复合铜箔产业链进展：1）电池环节，宁德领跑，已研发近5年，专利布局深厚，国轩高科、厦门海辰、比亚迪也在积极推进。2）设备环节，基本实现国产化，当下格局最好，未来或呈整线布局趋势。前道设备中腾胜科技占磁控溅射设备半壁江山，设备效率近1年大幅提升，2.5代溅射设备线速提升至50%至20米/min，年底开始交付，未来有望提升至30m/min，良率提升至90%；中道设备仅有东威科技水电镀设备实现量产，新一代设备线速将提升40%至10米，良率有望提升至90%，明年设备预示订单对应70-100gwh；后道设备中，骄成超声受宁德扶持，超声焊设备打开第二增长曲线。3）制造环节，验证进展上，重庆金美、宝明科技验证进展靠前，量产在即，双星、元琛、万顺等明年初设备调试，传统铜箔厂嘉元、诺德、中一等也已订购设备。我们预计23年下半年开始批量生产，产量有望达到2亿平，对应15-20gwh电池，24年有望达到8亿平，对应70gwh。 投资建议：复合铜箔技术加速成熟，23年量产元年即将来临，我们推荐四条主线：1）看好终端性能提升的电池厂商，推荐宁德时代、比亚迪，关注国轩高科；2）看好订单先行的设备龙头厂商，关注东威科技、骄成超声、三孚新科、道森股份；3）看好量产在即的复合铜箔制造厂商，推荐璞泰来，关注元琛科技、宝明科技、双星新材、阿石创、万顺新材；4）看好加快布局的传统铜箔厂商，推荐嘉元科技、诺德股份，关注中一科技。 风险提示：新技术量产进度不及预期；行业发展不及预期；行业竞争加剧的风险。 Part2:工艺路线百花齐放，PET膜+两步法当下主流 Part1:蓄势待发，开启负极集流体新时代 Part4:投资建议 Part3:设备先行，上下游加速突破0-1阶段 Part5:风险提示 目录 PART1蓄势待发，开启负极集流体新时代 5 数据来源：华经产业研究院、电池中国网、重庆金美官网、东吴证券研究所 铜箔作为锂电池负极集流体，主要起到承载负极活性物质+汇集电流的作用。传统铜箔以99%高纯度电解铜为 主要材料，具有导电性强、散热性好、制造成本低等优势，但也存在着质量占比高、原材料成本高等问题： 传统铜箔占锂电池总重量比例约13%，但在电池的充放电过程中并没有提供任何的容量，因此电池质量能量密度有进一步提升的空间； 当受到穿刺时易内部短路，引起热失控甚至电池自燃，因此存在较严重的安全隐患。 铜箔正向轻薄化发展，以提升能量密度，目前超薄电解铜箔的厚度已经低于4.5μm，从6μm降到4μm，电池能量密度可以提高5%左右，但理论上存在减薄上限： 铜箔越薄，加工费越高，6微米锂电铜箔的加工费为每吨4万元，而4微米锂电铜箔的加工费至少是每吨6万元，厚度降低2微米，附加值提升50%。 铜箔做的越薄，越容易断裂，越容易形成尖锐的毛刺，刺穿隔膜造成安全问题。 图：铜箔占锂电池成本约9%图：充放电后锂枝晶生长穿刺后易短路 8.6% 正极材料铝箔石墨负极 铜箔电解液隔膜（湿法涂覆）其他 复合铜箔是以PET/PP等高分子材料为基膜、上下两面电镀沉积铜膜，所形成的具有三明治结构的铜箔材料。其在工艺原理、材料构成、性能特点等方面均与传统铜箔不同。目前主流产品为6-6.5μm的PET铜箔以代替6-9μm的传统电解铜箔。 复合铜箔打破了传统铜箔瓶颈，兼具高安全性+高能量密度+低成本优势，从理论上或为当下负极集流体较优解，正在引领新一轮产业趋势。 图：复合集流体的三明治结构图：传统铜箔与复合铜箔对比 类别 传统铜箔 金美复合铜箔 工艺原理 溶铜电解+电镀 真空镀膜+离子置换 组成 99.5%的纯铜组成 高真空下将铜分子堆积到超薄型PET/PP基膜上，再经过离子置换产出产品 产品图特点 单位面积重量较重，金属铜材使用量高，成本高；导热性能高，用于电池安全性弱；工艺较为成熟；快充性能较优。 中间层为PET/PP膜，单位面积重量轻，铜采使用量少，降低成本和金属用量；中间层为绝缘层，用于电池安全性好；技术正在发展，工艺尚未成熟；快充性能受限。 隔膜被刺破后引发的内短路，会导致热失控的发生： 机械滥用，例如挤压、针刺导致隔膜局 部破裂； 电滥用，引发内部枝晶生长，枝晶挤入隔膜孔隙导致正负极连接形成短路； 热滥用，高温条件下隔膜收缩崩溃，正负极短接 复合铜箔受热断路效应，可有效降低热失控风险： 导电层变薄，短路时更易熔断，快速切 断电流； 绝缘层熔点低，在高温条件下更快坍缩； 硬度变低，毛刺小难以刺穿隔膜； 高分子膜不导电，降低电路电流、减少短路热量。 图：传统电解铜箔热失控图：复合铜箔短路自愈 高温熔断、短路自愈 负极材料 正极材料 正负极 短路 正极材料 正负极 短路 负极材料 铜箔铜箔 隔膜隔膜 铝箔铝箔 图：Soteria针刺实验：复合铜箔针刺后受热断路，阻断电流 高能量密度：高分子膜置换金属铜，单位重量下降55% 同等厚度下，复合集流铜箔单位重量下降55%，预计可以提升能量密度5%-10%。高分子膜密度远小于金属铜，经我们测算，主流6.5μm复合铜箔产品单位面积重量相对于6μm传统铜箔降低55%；且复合铜箔重量优势明显，仅当传统铜箔厚度下降至2.5μm时，其重量才低于复合铜箔。 比亚迪专利测试，复合集流体可使电池能量密度提升2.6%-6.1%。比亚迪专利显示，正负极复合集流体的 运用，使得电池能量密度提升6.10%；仅考虑负极集流体使用复合铜箔，能量密度也提高3.30%。 实验室 实测 负极片 正极片 能量密度增加率 电池0 6μm 10μm / 电池1 1μm3μm1μm 1μm3μm1μm 6.10% 电池2 1μm3μm1μm 10μm 3.30% 电池3 6μm 1μm3μm1μm 2.60% 图：复合集流体有效提升电池能量密度（铜箔铝箔/基膜） 图：复合铜箔质量优势明显 理论测算 构成 项目 复合铜箔 传统铜箔 铜 厚度（μm）密度（kg/m³） 2 8960 8 8960 6 8960 4.5 8960 4 8960 3 8960 2.58960 单位面积重量（g） 17.92 71.68 53.76 40.32 35.84 26.88 22.40 PET 厚度（μm）密度（kg/m³） 4.51380 单位面积重量（g） 6.21 重量合计 单位面积重量（g） 24.13 71.68 53.76 40.32 35.84 26.88 22.40 等厚度下，复合铜箔单位面积物料成本显著降低。PET/PP等基膜成本较低，经过我们测算，同等厚度下，6.5μm复合铜箔较传统铜箔单位成本物料成本降低约63%。此外，6.5µmPET复合铜箔相比于4-8µm厚度的铜箔具有明显的成本优势，与2.4µm传统铜箔接近。测算核心假设如下： 金属铜价格：取长江有色市场铜22年11月10日价格，约为67.4元/kg。 基膜价格：假设国产4.5μmPET材料约为25元/kg 铜靶材价格：靶材利用率假设100%，价格假设为金属铜市场价格的2倍。 图：复合铜箔物料优势明显（长江有色市场铜价截止到2022年11月10日，价格取税后价格，不考虑良率） 复合铜箔6.5μm 传统铜箔 铜 厚度（μm）单位价格（元/kg） 2 67.4 8 67.4 6.5 67.4 4.5 67.4 4 67.4 3 67.4 2.467.4 单位面积成本（元） 1.07 4.28 3.47 2.40 2.14 1.60 1.28 铜靶材 厚度（nm）单位价格（元/kg） 60.00 134.80 单位面积成本（元） 0.06 PET 厚度（μm）单位价格（元/kg）单位面积成本（元） 4.5 25 0.14 原材料成本（元/㎡） 单位面积成本（元） 1.27 4.28 3.47 2.40 2.14 1.60 1.28 当前复合铜箔综合成本偏高，23-24年随设备效率提升及良率提升，将快速降本。我们测算，在当前设备速度、良率、产能利用率情况下，复合铜箔综合成本约为5.25元/平，尚高于传统铜箔约4.17元/平，但稳定量产将具备成本优势。 未来降本看设备线速度和良率提升。预计随着设备线速度、良率、产能利用率的提升，23-24年有望降至4元/平以内，成本优势开始提升，25年理论上有望降至2.60元/平，降本路径清晰。 图：传统铜箔综合成本（铜价为税后价格）测算 图：复合铜箔综合成本预测 PET铜箔 项目 PET铜箔 2022 2023 2024 2025 磁控溅射 靶材 厚度（nm） 60.00 60.00 60.00 60.00 单位价格（元/kg） 134.80 134.80 134.80 134.80 利用率 60% 70% 80% 85% 单位面积成本（元） 0.11 0.09 0.08 0.08 pet 厚度（nm） 4.50 4.50 4.50 4.50 单位价格（元/kg） 25.00 25.00 24.50 24.01 单位面积成本（元） 0.14 0.14 0.13 0.13 设备 售价（万元/台） 1,200 2,000 1,900 1,805 宽幅（mm） 1,200 1,300 1,365 1,433 线速（m/min） 13 20 20 24 年工作时间（小时） 7,920 7,920 7,920 7,920 良率 80% 85% 90% 90% 产能利用率 70% 75% 80% 90% 年产量（万㎡） 415.1 1050.2 1112.0 1334.4 折旧年限 10 10 10 10 单位面积折旧（元/㎡） 0.29 0.19 0.17 0.14 直接人工 员工（人） 6 6 6 6 人工费用（万元/年·人） 12.0 12.6 13.2 13.9
