电新行业深度研究报告：复合铜箔全产业链发力，应用进程加速

2022年12月16日 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 仅供机构投资者使用证券研究报告|行业深度研究报告 138436 复合铜箔全产业链发力，应用进程加速 分析师：杨睿SACNO：S1120520050003分析师：李唯嘉SACNO：S1120520070008 研究助理：哈成宸邮箱：hacc@hx168.com.cn 前言 市场对新能源汽车性能、经济性及安全性的需求，催生行业持续进行技术升级，以推进新能源汽车的应用扩大和渗透率提升。 我们认为，复合铜箔将助于提升电池安全性和能量密度，同时规模化量产后有望带来成本的下降。目前复合铜箔正处于技术应用的前夕，由0到1并即将突破1的发展阶段，在全产业链的推进下应用有望提速，带来行业的结构性机会。 本文将从五个复合铜箔领域的核心问题出发，讨论为何看好以及如何抓住复合铜箔产业的发展机遇。 为什么需要复合铜箔？ 复合铜箔的市场空间如何？ 复合铜箔的工艺流程和产业链情况？ 复合铜箔的产业化进程如何？ 应抓住哪些投资机遇？ 1 01复合铜箔优势显著，具备可观市场空间 1.1   锂电铜箔作为负极集流体，用于汇集传输电流 电解铜箔为主要产业化方向，可分为标准铜箔和锂电铜箔。 根据加工工艺不同，铜箔可分为压延铜箔和电解铜箔。与电解铜箔采用电解原理相比，压延铜箔是将厚铜板多次重复压延，工艺难度较大、成本较高。因此，从产业化生产的角度而言，电解铜箔具备优势，是制作覆铜板、印制电路板和锂离子电池制造中重要的原材料。 根据应用领域不同，电解铜箔可以分为标准铜箔和锂电铜箔。 锂电铜箔在电池中被用作负极集流体，为锂电池重要组成部分。 锂电池负极集流体在电池中作为电极负极活性物质的载体，用于汇集传输电流，是锂离子电池中电极结构的重要组成部分。铜箔凭借其导电性较好、质地较软、成本具有优势等特点，成为负极集流体的首选。 假设单GWh锂电池的6μm铜箔用量约为650吨左右，结合2021年9.8万元/吨左右的单价，单GWh锂电池的6μm铜箔价值量接近6400万元。从成本构成来看，6μm铜箔在锂电池成本中占比约为9%+，仅次于正负极和电解液，是构成锂离子电池的核心材料之一。 图：锂电池结构示意图（铜箔为负极集流体） 图：6μm传统铜箔在锂电池成本中占比9% 7% 4% 6% 9% 47% 12% 15% 正极材料负极材料电解液铜箔隔膜铝箔其他 1.2   多因素叠加，催生新型集流体技术诉求 锂电铜箔要求严苛，轻薄化趋势显著。由于锂电池工作环境严苛，锂电铜箔的性能需满足相关要求。 新能源汽车续航里程焦虑下，提升动力电池能量密度逐渐成为主流趋势。而铜箔的厚薄/重量影响着电池的能量密度，因此，铜箔正朝着轻薄化的方向发展，以满足锂离子电池的高体积容量要求。 锂电池应用高安全性的诉求，使得铜箔还需具备一定的抗拉强度和抗氧化性，以免影响电池内阻及其容量。 能量密度叠加安全需要，催生新型集流体技术诉求。 随着传统锂电铜箔的厚度持续减薄，铜箔的抗拉强度和抗压变形能力降低，成品率随之降低。而铜箔更薄也会带来工艺和配方要求的提升，成本随之增大。随着传统锂电铜箔的加工厚度逐渐到达极限，锂电池能量密度的提升受到了制约。 目前作为动力电池材料的6-8μm铜箔在遭遇外力碰撞时，产生的毛刺较大，易产生内短路并引发热失控安全隐患，研制更加安全的新型集流体材料已成为未来发展的趋势。 表：锂电铜箔相关指标对电池性能的影响 铜箔性能指标 直接影响 对锂离子电池性能的间接影响 厚度 铜箔的厚薄程度 影响电池的能量密度 抗拉强度及伸长率 铜箔断裂或裂缝 影响负极制作的成品率、可操作性电池容量、内阻和循环寿命等 表面粗糙度（轮廓） 负极活性物质在铜箔表面的附着力 影响电池内阻和循环寿命等电池性能 表面质量 负极活性物质在铜箔表面的附着力 影响电池容量、内阻、循环寿命等 厚度均匀性 负极涂敷活性物质的质量的波动 影响电池容量和一致性 抗氧化性及耐蚀性 铜箔氧化膜的厚度，耐腐蚀性 影响电池内阻、电池容量等 孔隙率 负极活性物质在铜箔表面的附着力 影响电池的倍率性能和长循环寿命 资料来源：嘉元科技招股书，华西证券研究所 1.3  结构+工艺创新，复合铜箔具备显著优势 复合铜箔拥有三明治结构，主流核心工艺包含磁控溅射、水电镀。复合铜箔与传统铜箔在构成和制造工艺流程上具有显著差异： 构成方面：传统铜箔基本由纯铜构成。复合铜箔则为“金属导电层-高分子支撑层-金属导电层”的三明治结构；具体而言，中间层可以采用3-8µm的PET/PP/PI等高分子材料作为基膜，上下两面沉积金属铜层，分别增厚至1μm（或以上）。 工艺方面：电解铜箔是通过电化学沉积原理在阴极辊上生成铜箔，而复合铜箔是通过磁控溅射或真空蒸镀的方式在基膜双面镀制铜层，进行薄膜表面金属化处理，然后电镀增厚铜层。根据工艺流程的不同，复合铜箔制备包含多种技术路径，包括：①“磁控溅射+水电镀”的“两步法”②“磁控溅射+蒸镀+水电镀”的“三步法”，其中，蒸镀是指在真空条件下，采用一定的加热蒸发方式使得镀膜材料气化，粒子在基材表面沉积凝聚为膜的工艺方式。③多种技术路径的“一步法”：“磁控溅射一体机”的“一步法”（道森股份），即利用磁控溅射一体机一次性完成双面镀1μm铜层的步骤。“蒸镀”的“一步法”，即采用真空蒸发镀膜技术实现一步法制备。“化学镀”的“一步法”（三孚新科），即利用化学反应沉积铜层。 表：传统铜箔与复合铜箔对比 传统铜箔 金美MC膜 工艺原理 溶铜电解+电镀 真空镀膜+离子置换（水电镀） 组成 99.5%的纯铜组成 高真空下将铜分子堆积到基膜上，再经过离子置换产出成品 产品图 资料来源：重庆金美环评报告，华西证券研究所 注：MC即为复合铜箔，对应产品图若为铝堆积层，则为复合铝箔 图：复合铜箔现有工艺流程 化学镀 蒸镀 磁控溅射一体机 一步法oror 水电镀 蒸镀 磁控溅射 水电镀 磁控溅射 两步法三步法 资料来源：各公司公告，华西证券研究所 1.3.1   安全性优势：改善热失控，提升电池安全性 充放电使得铜箔抗拉强度降低，内外部穿刺易引发热失控。 在电池充放电过程中，铜箔会伴随负极材料体积的变化而不断处于拉伸-恢复的过程，叠加电解液中残留HF会腐蚀铜箔，铜箔的抗拉强度会逐渐降低，导致电池的容量和性能下降并可能引发电阻增加、产热增加等隐患。 此外，若电池中电离迁移的锂离子数量超过负极能承载的嵌入量，负极表面会生成锂枝晶，而如果锂枝晶持续生长以至刺穿隔膜，电池内部将出现短路情形。除了内部穿刺外，外部撞击等导致的穿刺同样会造成内短路。而无论是内部还是外部的穿刺造成的内短路都有可能引发热失控，从而引发电池的爆炸起火。 复合铜箔具备“断路效应”，改善热失控安全隐患。 由于较薄的铜层可以在短路产生的大电流下瞬间熔断，中间的高分子材料也会受热熔融，从而整体形成断路效应，控制继续增大的电流。 即使铜层未能熔断，而是断裂产生了毛刺，单面1μm铜层产生的毛刺尺寸也相对较小，不容易刺穿隔膜，从而有效规避内短路的风险。 图：复合集流体较普通集流体可以有效控制热失控 图：采用复合集流体的电池在针刺测试中没有冒烟着火 1.3.2   能量密度优势：集流体重量较轻，提升电池重量能量密度 传统铜箔质量占比较高，叠加安全性诉求制约能量密度提升。新能源汽车的续航里程与电池重量能量密度有着紧密的联系。目前负极所使用的传统6μm铜箔，在电池质量中占比约为13%，影响着电池重量能量密度的提升。此外，上文提到由于铜箔的能量密度诉求和安全性诉求相互制约，轻薄化趋势不能无限持续，由此也会使得能量密度提升空间受限。 基膜材料密度低，能够减轻集流体重量从而提升电池重量能量密度。由于复合铜箔采用PET等材料作为中间层，密度较金属铜轻。根据我们的假设和测算，若复合铜箔采用4.5μm的PET+2μm铜层的结构，传统铜箔由6μm铜构成，同为一平方米箔材的情形下，复合铜箔的总质量约为24克，较传统铜箔质量下降一半以上。而质量的减轻有望带来电池重量能量密度的提升。 成分 复合铜箔 传统铜箔 铜 厚度（微米） 2 6 面积（平方米） 1 1 密度（克/立方厘米） 8.92 8.92 质量（克） 17.84 53.52 PET 厚度（微米） 4.5 --- 面积（平方米） 1 密度（克/立方厘米） 1.40 质量（克） 6.30 总质量（克） 24.14 53.52 图：复合铜箔与传统6μm锂电铜箔质量对比 资料来源：长江有色网，富临塑胶，华西证券研究所测算 表：采用复合铜箔能够提升电池重量能量密度 负极片 正极片 重量能量密度增加率 电池0 6μm铜箔层+活性材料 10μm铝箔+活性材料 对照组 电池1 1μm铜箔层+2μm主体层 +1μm辅助层+1μm铜箔层+活性材料 3μm铝箔层+3μm主体层 +1μm辅助层+3μm铝箔层 +活性材料 6.10% 电池2 1μm铜箔层+2μm主体层 +1μm辅助层+1μm铜箔层+活性材料 10μm铝箔+活性材料 3.30% 电池3 6μm铜箔层+活性材料 3μm铝箔层+3μm主体层 +1μm辅助层+3μm铝箔层 +活性材料 2.60% 资料来源：比亚迪专利，华西证券研究所 1.3.3 成本优势：PET基膜较铜材价廉，原材料成本下降 复合铜箔原材料成本较传统铜箔具备明显优势。 以（4.5µmPET+2μm铜）结构的复合铜箔和6μm传统铜箔为例计算，我们假设： 磁控溅射使用较贵的铜靶材，厚度为单面20-70nm（取成本更高的70nm计算以说明复合铜箔成本优势），双面即为0.14μm； 剩余电镀环节用铜采用一般铜价，双面厚度为2μm-0.14μm =1.86μm。 一般铜价采用2022年前11个月长江有色市场平均铜价的均价，约为6.7万元/吨； 参考宝明科技公告信息，按照铜靶材价格为铜价3倍计算，折算后约为20.1万元/吨；PET基膜价格约为2-3万元/吨，取范围内较高的3万元/吨。 通过假设上述取值，测算得出6μm传统铜箔原材料成本为3.59元/平方米，而复合铜箔原材料成本仅为1.55元/平方米，较传统6μm铜箔低一半以上。 表：复合铜箔与传统铜箔原材料成本测算对比 原材料 复合铜箔 传统铜箔 铜 厚度（微米） 1.86 6 密度（克/立方厘米） 8.92 8.92 按质量单价（元/吨） 67000 67000 按面积单价（元/平方米） 1.11 3.59 铜靶材 厚度（微米） 0.14 密度（克/立方厘米） 8.92 按质量单价（元/吨） 201000 按面积单价（元/平方米） 0.25 PET 厚度（微米） 4.5 密度（克/立方厘米） 1.40 按质量单价（元/吨） 30000 按面积单价（元/平方米） 0.19 以上原材料价格合计（元/平方米） 1.55 3.59 资料来源：Wind，宝明科技公告，长江有色网，富临塑胶，华西证券研究所测算 1.4  渗透率提升下，复合铜箔具备高成长空间 复合铜箔未来的成长空间在于下游锂电池需求的增长和自身渗透率的不断提升。我们对复合铜箔渗透率分别进行保守、中性、乐观的预测，对应2025年渗透率分别为10%、15%、20%。在中性预测下，2025年复合铜箔市场空间有望达到161亿元；而在乐观情形下，2025年复合铜箔市场空间有望达到214亿元。 表：复合铜箔空间测算 2022E 2023E 2024E 2025E 全球动力电池出货量（GWh） 531 759 1085 1551 全球储能电池出货量（GWh） 110 183 303 503 全球小型电池（3C+小动力）出货量（GWh） 144 163 183 202 全球锂电池出货量（GWh） 784 1105 1571 2257 复合铜箔渗透率（悲观） 0.