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复合铜箔是新型锂电池负极集流体材料，相比传统电解铜箔，具有低成本、高安全和高能量密度的优势。我们认为复合铜箔产业浪潮中，设备商有望受益于设备技术进步需求和下游资本开支驱动。 摘要 复合铜箔顺应行业发展趋势，是有潜力的新型锂电负极集流体材料。目前的电解铜箔工艺成本对铜材原料依赖度较高，受铜价波动影响较大，且在应对电池安全性和能量密度提升方面存在瓶颈。更安全、更高能量密度、低成本是行业发展方向，为复合铜箔新材料的产业化提供了创新的空间。 复合铜箔具备三大优势：低成本、更安全和高能量密度。（1）低成本：复合铜箔对铜材价格敏感度更低，原材料成本占比约40%~50%，明显低于传统电解铜箔的78%，我们按照当前铜价估算，量产后复合铜箔单位生产成本约为3.1元/m2 左右，而且随着设备环节的技术进步，成本仍有较大下降空间；（2）更安全：复合铜箔具有“绝缘基材+轻薄导电层”结构，在电池内短路时，可通过熔断、绝缘材料提供较大电阻在短时间内切断或降低短路电流，有效防止电池热失控。（3）高能量密度：高分子有机材料密度更低，可大幅降低复合集流体重量，并提升电池的重量能量密度。 复合铜箔产业化：从技术验证到大规模化量产。我们认为复合铜箔产业化或将经历三阶段：（1）2017-1H21：部分企业开始投入复合铜箔技术研发，摸索生产工艺；（2）2H21-2H22：技术验证阶段，小批电池和材料厂商购买先进设备进行密集技术验证，但大部分厂商仍处观望态度；（3）2H22以后：我们预计下游标杆厂商经过前期技术验证，有望逐步启动规模化量产；而标杆厂商的示范效应，有望使得原先观望的厂商下定决心加快产业化进程。 复合铜箔设备需求兼有技术进步迭代和资本开支驱动逻辑。磁控溅射和电镀铜设备是复合铜箔的主要设备，我们认为国产厂商技术处于全球领先水平，行业兼有持续技术迭代以降本增效的需求和资本开支驱动的逻辑。根据我们预测，到2025年国内复合铜箔设备市场有望达130亿元，设备龙头有望凭借先发优势持续受益。 风险 复合铜箔产业化进度不及预期；负极集流体材料技术路线变化超出预期。 正文 复合铜箔：新型锂电负极集流体材料 锂电铜箔作用：负极材料的载体与集流体 铜箔是锂电池负极材料载体与集流体，短期内无法被其他材料取代。根据中金电新组测算，铜箔约占动力电池成本的11%。锂电池向高能量密度、高安全性方向发展，锂电铜箔朝着更薄、微孔、高抗拉强度和高延伸率方向发展。 图表1：铜箔充当负极材料的载体与负极集流体
资料来源：<Nonaqueous LiquidElectrolytes for Lithium-Based Rechargeable Batteries>，中金公司研究部 图表2：铜箔占动力电池成本比重约为11%
资料来源：CIAPS，中金公司研究部。注：电池成本拆分以2020年7月NCM523电池对应的材料价格以及8μm铜箔材料价格为基准。 锂电铜箔工艺：电解铜箔为主流，复合铜箔崭露头角 目前制作锂电铜箔的主流工艺为电解铜箔，压延铜箔产量微乎其微，复合铜箔为新型工艺。 ►电解铜箔：先将阴极铜等原材料用稀硫酸溶解后，利用电化学原理，在阴极辊中将硫酸铜电解液通过直流电电沉积而制成原箔，再进行表面处理、分切后得到成品。高性能铜箔对生箔机中的阳极板及阴极辊的材质、设备加工精度及一致性要求较高，核心设备多进口自日本三船、日本新日铁等厂商，而后者产能限制了铜箔企业产线扩张速度。 图表3：电解铜箔工艺流程及对应设备
资料来源：公司公告，中金公司研究部。注：设备价值量以2018年嘉元科技主要的生产设备为例，仅供参考 ►复合铜箔：复合铜箔是采用“三明治”结构，以PET等高分子材质作为基础材料，上下两面采用先进工艺沉积金属铜层而制成的新型锂电铜箔材料。 图表4：复合铜箔与传统铜箔的对比
资料来源：重庆金美环评报告，中金公司研究部 复合铜箔优势显著：低成本高安全性高能量密度 我们认为复合铜箔在材料结构层面的变革，顺应了客户对安全性、能量密度及成本端的追求，有望凭借其更高安全性、更高能量密度及更低的量产成本，进一步提升渗透率。 优势#1：材料层面，根本性地提升电池安全性 电池热失控引发的爆炸自燃，会威胁到电动车的安全性。而电池内短路，为大部分电池热失控的共性环节。机械滥用（例如挤压、针刺），电滥用（例如过充/过放电），或者热滥用都有可能导致正负极短接，发生电池内短路[1]。 图表5：热失控诱因的共性环节——内短路
资料来源：《车用锂离子动力电池热失控诱发与扩展机理、建模与防控》（冯旭宁），中金公司研究部 图表6：锂电池热失控中的链式反应
资料来源：《车用锂离子电池热失控研究综述》（胡广等），中金公司研究部 而复合铜箔由于独特的材料构成，使其从材料层面降低或切断短路电流，提升电池的安全性。（1）局部短路时，较薄导电层的熔断可实现局部电流“点断路”，降低短路产热量；（2）大面积短路时，通过绝缘有机支撑层提供较大的电阻，此外有机层熔点低、受热易收缩坍塌，可切断短路电流，防止热失控。 ►导电层较薄，局部短路时更易被熔断，且产生毛刺较小，提升电池安全性。（a）由于复合集流体导电层较薄，短路时更易被熔断，局部电流被切断后短路电流大幅减小，温度升高很小，电池损坏仅局限于刺穿位点形成“点断路”。对比传统金属集流体，其金属材料更厚、不易熔化，当短路现象发生时，集流体尚未熔化、无法阻挡电流传递，亦无法阻止热失控现象的发生。（b）由于导电层较薄，产生毛刺较小，从而降低金属毛刺与电极接触风险，改善电池安全性。 ►有机支撑层不导电+熔点低，短路时可以降低或切断电流。（a）有机支撑层为绝缘层不导电，电阻较大，可提高电池发生大面积短路时的短路电阻，大幅降低短路电流，进而降低短路产生热量，改善电池安全性。（b）高分子有机材料熔点较低，局部受热时受热部位能够迅速收缩坍塌，因此有机支撑层在放热时可以快速切断失效电路。（c）部分下游膜厂商在PET膜中设置贯穿孔洞，并在其中填充阻燃层，能够防止电池过度燃烧，有效降低锂电池热失控带来的起火爆炸风险。 图表7：重庆金美发明的新型导电薄膜材料结构
资料来源：《一种导电薄膜及锂离子电池》（重庆金美专利），中金公司研究部 图表8：重庆金美的新型导电薄膜材料工艺步骤
资料来源：《一种导电薄膜及锂离子电池》（重庆金美专利），中金公司研究部 优势#2：有机材料密度低，可提升电池的重量能量密度 由于有机支撑层密度低，复合集流体重量减轻，有望提升重量能量密度。相比传统的金属集流体，由于导电层厚度减小，且有机支撑层密度较金属密度要小，在保证导电层具有良好导电和集流性能的情况下，降低了锂电池的重量，增加了电池的重量能量密度。根据比亚迪专利显示，其采用3μm PP材料上下各镀1μm铜的复合集流体，相比6μm电解铜箔，重量能量密度可提升3.3%；若正极亦替换为复合集流体材料，则重量能量密度合计可提升6.1%。 图表9：某款25Ah三元锂离子动力电池材料质量分数
资料来源：《车用锂离子动力电池热失控诱发与扩展机理、建模与防控》（冯旭宁），中金公司研究部。注：25Ah NCM电池总质量720g 图表10：比亚迪专利显示复合集流体可提升电池的重量能量密度
资料来源：《复合集流体、电极片及电池》(比亚迪实用新型专利)，中金公司研究部 优势#3：通过设备技术进步，成本具备持续下降空间 原材料成本对比：复合铜箔原材料成本可降至电解铜箔的35%。复合铜箔采用4.5µm PET替换铜箔，而PET价格远低于阴极铜，我们估算PET单位体积成本仅为阴极铜的2%。阴极铜原材料在电解铜箔生产成本中占比接近80%，故复合铜箔可以大幅降低原材料成本。根据我们测算，相比6µm电解铜箔原材料成本，6.5µm复合铜箔原材料成本约为前者的35%。复合集流体采用PET等高分子材料替换部分金属，表现出部分“去金属”化，我们认为这在大宗原材料涨价的背景下，有利于缓解下游电池厂商面临的通胀压力。 图表11：电解铜箔厂商生产成本构成（2020年）
资料来源：公司公告，中金公司研究部。注：以嘉元科技、铜冠铜箔和中一科技2020年成本构成占比的均值为例 图表12：电解铜箔主要原材料阴极铜价格持续上涨
资料来源：万得资讯，中金公司研究部 在尚未规模化量产情况下，考虑损耗及良率，当前复合铜箔总生产成本较电解铜箔高11%。 ►电解铜箔：根据铜冠铜箔与中一科技披露，1H21 6µm电解铜箔生产成本平均值为6.9万元/吨，按照铜密度8.96g/cm3折算，得到6µm电解铜箔生产成本约为3.71元/m2。 ►复合铜箔：结合我们的产业链调研，如果考虑损耗和良率，在尚未实现规模化量产的情况下，我们估算复合铜箔生产成本约为4.1元/m2，较当前电解铜箔高出11%。 规模化量产及设备效率提升后，复合铜箔生产成本或低于电解铜箔的成本下限。总体看，我们认为复合铜箔成本下降空间更大。 ►情形1.1：规模化量产。考虑到量产后规模效应下，可摊薄单位产出的设备折旧成本，我们估算复合铜箔量产后的生产成本可降至3.1元/m2左右。 ►情形1.2：在情形1.1的基础上假设铜价回归至2019年水平，我们估算复合铜箔的生产成本可降至2.7元/m2左右。 ►情形2&3：规模化量产，良率及速度提升。考虑到设备技术进步，复合铜箔设备良率与速度仍有提升空间。在情形2中，我们假设磁控溅射与电镀设备良率提升至100%，而在情形3中我们假设除二者良率提升至100%外，电镀设备速度提升至13米/分钟，两种情形下复合铜箔的生产成本可分别下降至2.2元/ m2和1.9元/ m2。 ►电解铜箔成本下限测算：在乐观情形下（我们假设阴极铜价格回归至2019年水平且厚度由6µm下降至4.5µm），对应电解铜箔的成本下限为2.5元/m2。 图表13：复合铜箔规模化量产后的成本测算
资料来源：公司公告，中金公司研究部 图表14：上表情形1.1中复合铜箔成本构成
资料来源：公司公告，中金公司研究部。注：左图为分成本类型构成，右图为分生产环节构成，均为中金公司估算值 图表15：上表情形1.2的敏感性分析
资料来源：公司公告，中金公司研究部。注：电镀设备速度单位为米/分钟；标色区域成本低于电解铜箔成本下限 图表16：电解铜箔成本下限的测算
资料来源：公司公告，中金公司研究部。注：假设制造费用与直接人工不变 图表17：复合铜箔与电解铜箔单位成本对比
资料来源：中金公司研究部。注：复合铜箔成本下降前提假设为实现规模化量产、设备良率及速度提升；电解铜箔成本下降前提假设为阴极铜价格回归至2019年水平，且铜箔厚度不断下降 复合铜箔产业化条件：设备和工艺是关键要素 生产工序：磁控溅射+水电镀两步法为主 复合铜箔工艺流程为[2]：1）将PET离子生成4.5μm PET膜；2）采用磁控溅射设备，使非金属材料PET膜（或PP膜）金属化，作为电镀前的金属打底层；3）采用电镀设备，在金属化后的PET膜打底层两边镀铜，使各边厚度增厚至1μm，最终形成6.5μm的PET镀铜膜。 图表18：磁控溅射+水电镀为复合铜箔工艺的主要步骤
资料来源：广东腾胜科技公司官网，中金公司研究部 第一道工序：采用磁控溅射工艺，将非金属材料金属化 为何在电镀工序之前需要进行磁控溅射？PET等高分子材料的结晶度大、极性小、表面能低，会影响镀层与基材之间的黏合力，且高分子材料大多为不导电的绝缘体，因此无法直接进行电镀，需要先对高分子材料进行表面处理、活化等，使其表面沉积一层导电的金属膜，再进行电镀[3]。磁控溅射镀膜，可以对PET等非金属材料的表面进行金属化处理，实现材料导电，并保证膜层的致密度和结合力。 磁控溅射工艺流程：磁控溅射工艺应用于复合铜箔材料时，多以纯度为99.999％的铜作为靶材，在PET基膜上进行真空纳米级涂层，通过一次或多次溅射，轰击铜靶材，使其沉积在PET基膜表面，形成厚度约为20nm-70nm的金属铜膜[4]。 图表19：真空磁控溅射镀膜设备
资料来源：公司公告，中金公司研究部 磁控溅射环节的工艺难点在于？（1）PET基膜比较薄，收放卷时容易起皱变形，如何控制材料不变形是工艺难点；（2）镀膜过程中温度升高，需要散热；（3）张力控制问题，幅宽较宽材料容易拉扯变形；（4）磁控溅射过程需要高压放电，可能存在膜穿孔现象；（5）设备技术经验积累和开发能力。 第二道工序：采用水电镀工艺，使得铜层增厚 水电镀方式增厚铜层。在磁控溅射完成了打底层后，通过水介质电镀增厚的办法将铜层增厚至1um左右，就可以实现集流体的导电需求。 相比PCB电镀，复合铜箔电镀需做出更难的工艺改进。尽管PCB电镀设备市场竞争者相对更多，但我们认为，由PCB电镀迁移至复合铜箔电镀，在更薄且更易变形的膜上镀铜，需要更高难度的工艺改进。我们认为复合铜箔电镀设备速度、幅宽、良率的提升对厂商要求更高，需要长时间的试验磨合，积累技术参数等行业know-how，迭代改进传动等零部件设计，因此具有先发优势的厂商有望构筑较高的技术壁垒。 复合铜箔产业化进度：从技术验证到大规模量产 龙头电池厂商态度较为积极，复合铜箔产业化加速。我们认为，下游头部客户推进复合铜箔工艺，是产业链重要催化剂。下游龙头动力电池、3C消费电池与储能电池厂商均有复合铜箔技术研发布局，其他电池厂商态度亦较为积极。在电池厂商推动下，目前已有多家膜材料厂商购置设备进行技术验证，此外亦有部分潜在进入者正在积极接触复合铜箔新材料。我们认为复合铜箔的产业化加速有望推升新设备的资本开支，设备厂商有望率先受益。 产业化分为三阶段，有望从技术验证步入大规模量产 我们预计复合铜箔产业化有望经历以下三阶段，2H22或为行业步入大规模量产的关键时点。 ►2017-1H21：部分头部电池厂商开始投入复合铜箔新技术研发，摸索工艺生产流程，这一阶段需要设备和材料厂商的不断磨合，核心是设备和工艺的技术进步。 ►2H21-2H22：技术验证阶段，这一阶段特点是下游部分电池企业和材料企业购买先进设备进行密集技术验证，但是考虑到行业内尚未正式发布复合铜箔产品技术参数，大部分电池厂商仍处于观望态度。 ►2H22以后：考虑到设备性能的持续提升，我们认为2H22后行业标杆客户有望加快产业化进度，下游标杆厂商经过前期的技术验证，有望逐步启动大规模化量产。我们认为这一阶段特点是标杆厂商的示范效应，使得原先处于观望态度的厂商进入市场，加快复合铜箔产业化进程，行业或将面临洗牌。 图表20：复合铜箔产业化阶段
资料来源：中金公司研究部 材料端：跟随电池厂商步伐，积极进行复合铜箔材料技术验证 我们认为伴随复合铜箔前景逐步明朗，行业内有望涌入更多参与者，我们认为现有及潜在进入的材料厂商主要分为以下几类：1）PET薄膜材料厂商。由于PET等高分子材料表面镀铜并非全新工艺，此前已广泛应用于各行业，PET材料行业潜在进入者具备一定的工艺生产基础；2）电解铜箔材料厂商，尽管电解铜箔与复合铜箔的设备及工艺并不共通，但其具备良好客户关系，且龙头电解铜箔厂商对新技术态度较为开放；3）PCB厂商，过去电镀设备广泛应用于PCB行业，PCB制造厂商积累了丰富的电镀经验，此外由于电镀对环境有一定的污染，PCB制造企业具备完善的环评资质与产业园。 设备端：兼有技术进步迭代和资本开支驱动特征 复合铜箔作为新一代负极集流体材料，渗透率仍处于较低水平，设备处于技术迭代升级阶段，并受益于下游锂电池厂商扩产浪潮，我们认为设备兼具技术进步迭代与资本开支驱动特征。 市场空间：我们根据以下假设，测算到2025年国内锂电复合铜箔设备市场合计为130亿元；其中，到2025年当年新投产产能设备需求为39亿元，存量产能中设备替换需求为91亿元。 ►全球动力电池与储能电池新建产能：根据中金电新组预测，2025年全球动力电池与储能电池合计出货量有望达2,328 GWh，2022-2025年合计新增产能供给量1,651 GWh。 ►复合铜箔渗透率：结合我们产业链调研，我们判断伴随技术成熟，渗透率有望加速提升，我们预计2022-2025年复合铜箔工艺渗透率分别有望达到3%/7%/13%/23%。 ►单GWh对应设备价值量：结合我们产业链调研，目前单GWh电池约对应2台磁控溅射设备与3台电镀设备，设备单价分别约为1,400万元/1,200万元。往前看，我们认为伴随设备良率与速度提升，单GWh所需设备台数有望下降，因此我们假设到2025年单GWh设备投入由2021年的6400万元下降至4,643万元。 图表21：复合铜箔设备市场空间测算
资料来源：GGII，中汽协，乘联会，中金公司研究部。注：动力电池与储能电池供给量引用中金电新组预测值；2021年数据为中金公司测算值。 风险提示 复合铜箔产业化进度不及预期 尽管复合铜箔的性能优势较为突出，但是我们认为复合铜箔实现产业化仍需要综合考虑多方面因素。首先，如果设备的良率及速度提升不及预期，可能导致量产成本无法下降至理想水平，进而延后产业化进度；其次，除了龙头厂商积极布局外，其他电池厂商目前仍处于观望态度，若其他厂商对复合铜箔接受程度低于预期，可能导致复合铜箔渗透率提升不及预期；最后，短期内国内外疫情反复，局部供应链及生产活动受阻，可能对产业化进度产生负面影响。 负极集流体材料技术路线变化超出预期 复合铜箔存在的前提是负极集流体导电层仍采用金属铜，而非铝等其他金属。我们了解到下游钠离子电池或可采用金属铝作为负极集流体，尽管短期内钠离子电池大规模取代锂离子电池的可能性较低，但如果负极技术路线变革速度超出我们预期，则可能导致复合铜箔行业被颠覆。 [1] 资料来源：冯旭宁. 车用锂离子动力电池热失控诱发与扩展机理、建模与防控[D]. 清华大学. |
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