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TUhjnbcbe - 2023/5/27 20:49:00

(报告出品方/作者:川财证券,孙灿)

一、复合集流体发展迅速,为新一代锂电集流体

1.1锂电集流体向轻薄化、低成本、高安全性趋势发展

锂电集流体减薄、降本要求日益提升,催生新型集流体发展迅速。一方面,集流体作为电池的重要组成部分,是实现电池化学能转化为电能并对外输出的关键要素,另一方面集流体并不贡献实际的电池容量,并且其质量约占锂电池总质量的12%,成本约占锂电池总成本的8%。因此锂电池集流体重量及厚度的减小,不仅有利于提升电池活性物质的体积,从而提升电池的能量密度,而且有利于降低集流体的原材料成本。

减薄趋势下,锂电池存在安全隐患,复合集流体材料有望打破瓶颈。越薄的锂电集流体其抗张能力和抗压变形能力越低,箔面出现断裂或裂缝的可能性较大,从而容易引发热失控。同时,传统集流体在受外力碰撞时容易产生毛刺,进而引发短路等安全隐患,因此兼具安全性等优势的复合集流体有望成为未来的发展趋势。

传统集流体是由纯度较高的单金属或合金制成,目前在锂离子电池集流体材料的选择上,使用较多的为铝箔和铜箔,其作用是承载电池正负极活性物质,并将活性物质产生的电子汇集起来形成电流对外输出;而复合集流体是一种以高分子基膜材料作为中间层,两边分别以其他功能金属作为镀层的一种夹层状导电薄膜材料,当前使用较多的为复合铜箔及复合铝箔。

相较于传统集流体,复合集流体在材料构成、工艺原理以及性能特点等方面均有不同:1)材料的构成上,传统集流体通常以高纯度的单金属或合金制成,比如传统铝箔由电解铝制成,电解铝含铝量在99.5%-99.8%之间,而复合集流体原材料包括高分子材料(PET/PP/PI)、金属材料与粘结剂;2)工艺原理上,传统铝箔使用辊压方式,经过粗轧、中轧、精轧等流程最终轧制成片材;传统铜箔主要包括延压法和电解法,前者利用塑性加工原理通过对高精度铜带反复轧制-退火而成,后者通过硫酸铜溶液在直流电的作用下,利用电解设备电沉积而成;而复合集流体以蒸镀、水电镀工艺为核心,利用蒸镀、水电镀技术将金属材料涂覆到基材表面。

3)性能特点上,传统集流体内阻更小且工艺成熟,复合集流体在成本、安全性能、重量上具有替代优势。复合集流体使用高分子材料部分替换金属材料,由于高分子材料成本普遍低于金属材料且其电性能、化学性能、热性能、机械性能优良,因此在成本、安全性等方面上优于传统集流体;除此之外,高分子材料重量较轻、理论减薄空间较大,能够提高电池能量密度,增加续航能力。但是,传统集流体由于只有金属构成,因此内阻较低,对于电子的汇集和电流传输更具有优势。

1.2复合铜箔:适用于对能量密度要求较高的电池产品

复合铜箔是指以高分子材料为中间层,两边分别以金属铜为镀层的薄膜材料。目前复合铜箔中间层的主要路线包括PET、PP、PI三种,不同的高分子材料由于具有不同的各项性能,因此其下游应用场景也具有差异。

PET、PP、PI用作复合铜箔的基膜材料时各有优劣:PET综合性能最好,但不耐酸碱易溶于电解液;PP密度低,集流体减重上限更高,对电池能量密度提升明显;PI性能最优,但成本较高。具体来说,PET材料具有较强的韧性和较好的热性能及电绝缘性,常用于制作热收缩膜、抗静电膜、高光亮膜、反光膜、化学涂布膜等材料;PP材料的突出优势在于其化学性能稳定,通常用于制作各种化工管道及其配件;PI材料性能突出,具有极强的耐热性、电绝缘性和优良的机械性能,但成本较高,主要应用于航空、航海、宇宙飞船、火箭导弹、原子能、电子电器工业等各个领域。

复合铜箔在安全性能、原材料成本以及对电池能量密度提升方面优势明显,契合锂电池集流体发展方向。复合铜箔使用高分子材料置换传统铜箔中的部分金属铜,高分子材料相对于铜材,能够有效的增强集流体的韧性与绝缘性,减少金属铜的使用量,进而减小集流体的厚度与重量,为正负极活性材料提供更多空间。

1)高安全性:抑制锂枝晶生长,穿刺时阻断电流防止热失控

电池系统热安全事故主要表现为电池热失控,电滥用、机械滥用和热滥用均能引发电池热失控。电滥用是指锂电池过充电、过放电容易引起锂枝晶生长,枝晶穿刺隔膜将会导致正负极相接,进而引发电池短路;机械滥用是指电池在外力作用下发生形变,如碰撞、挤压、穿刺、振动等,容易导致隔膜被破坏,电池正负极短路而诱发热失控;热滥用是指锂电池在高温环境下长时间工作,会使得隔膜在高温下瓦解,进而导致电池短路。复合铜箔能有效抑制锂枝晶生长,穿刺时阻断电流防止热失控。复合铜箔使用高分子材料作为中间层,在动力电池处于电滥用或机械滥用环境中时,一方面,柔性高分子材料的应力松弛机制能够使得锂均匀沉积从而抑制锂枝晶生长,避免薄膜断裂产生毛刺,另一方面,即便电池发生短路,材料的电绝缘性能够降低电池短路电流,改善电池的安全性;此外,当动力电池处于高温环境或发生热失控时,由于高分子材料在热源影响下,会向远离热源方向收缩,进而牵引靠近热源的铜膜远离热源,自动切断失效电路。

2)低成本:铜材使用量减少,高分子聚合物成本更低

复合铜箔能缩减金属铜用量,进而减少箔材单位面积成本。传统铜箔在“铜价+加工费”模式定价下,原材料成本占比较大。根据中一科技22H1报告披露,原材料占标准铜箔及锂电铜箔各类产品单位成本比重基本处于70%-85%区间。根据我们测算,以6.5μm的复合铜箔为例,每平米原材料成本为1.26元,相比于6μm传统铜箔原材料成本下降65%,相比于4.5μm传统铜箔成本下降54%。

3)高能量密度:复合铜箔能够减小集流体重量,从而提升电池能量密度

复合铜箔使用低密度的高分子材料置换部分金属铜,能够降低集流体重量和厚度,从而提升电池能量密度。复合铜箔在保证导电层导电性能和集流性能前提下,一方面,可以利用高分子材料的韧性等特点减薄集流体厚度,即不影响电池安全性能又能够扩大正负极活性材料的体积;另一方面能够降低集流体重量,从而提高电池能量密度。根据比亚迪的实验数据,负极采用3μm的基膜+上下各1μm铜箔层的复合集流体,电池能量密度较6μm的传统铜箔集流体可提升3.3%;若正极也采用复合集流体,电池能量密度可合计提升6.1%。

1.3复合铜箔成本测算:规模化量产后,复合铜箔成本优势显著

上游铜价高位上行,推动铜箔降本进程加速。近年来上游铜价持续上涨,自年初至今,铜价涨幅达到40%左右,原料端降本需求日益增强。价格方面,年长江有色金属网铜均价为6.75万元/吨,同时PET材料平均价格为0.84万元/吨。相比之下,PET材料价格仅为铜价的1/8左右,且复合铜箔用铜量小,对金属铜依赖降低,理论上PET复合铜箔单位材料的用铜量仅为传统铜箔的1/3左右。随着PET复合铜箔工艺逐步成熟和良率持续提升,后期形成规模效应后其降本空间较为明确。

相比于传统铜箔,PET复合铜箔的原材料成本可下降64%,单位面积重量可下降68%。由于PET等基膜成本较低,经测算,6.5微米(4.5微米PET+2微米铜)复合铜箔的原材料成本为1.3元/m2,较6微米传统铜箔低64.23%;单位面积重量较传统铜箔下降67.67%。其中,测算的假设为:1)铜价采取年长江有色金属网铜均价,约为6.75万元/吨;PET基膜价格为0.84万元/吨;2)假设铜靶材价格为铜价两倍,铜靶材溅射的铜厚度为60纳米,靶材利用率为%;3)铜和PET的密度分别为8.96g/cm3和1.38g/cm3。

传统铜箔成本主要由原材料成本和加工费组成,其中原材料成本占比最大。在传统铜箔企业“铜价+加工费”的定价模式下,铜原材料成本占生产成本中的绝对多数。以传统铜箔制造企业铜冠铜箔、嘉元科技为例,年铜箔生产成本中原材料成本占比约为83.7%,人工成本占比约为2.8%,制造费用占比约为12.5%,运杂费占比约为0.9%。

传统铜箔单位面积综合成本约为3.91元/平。根据铜冠铜箔和嘉元科技年年报数据,传统铜箔平均生产成本为7.3万元/吨,以铜密度8.96g/cm3计算,则传统铜箔单位面积综合成本为3.91元/平。假设原材料成本、加工费(人工成本+制造费用+运杂费)分别占比为84%、16%,则单位面积原材料成本为3.3元/平,单位面积加工费为0.6元/平。

复合铜箔的成本主要由原材料成本、设备折旧成本和加工费组成。在复合铜箔制造过程中,原材料价格、设备的生产效率、产线的良率以及产能利用率等因素都会对复合铜箔的生产成本产生较为明显的影响。同时,工艺路线的选择对复合铜箔生产成本的影响也较大。其中,两步法由磁控溅射和水电镀工艺组成,其生产工艺相对一步法更为成熟,成本更低,但设备效率和良率仍有较大提升空间;而一步法是纯化学的工艺,其镀膜的均匀性和良率较高,但目前生产工艺尚未成熟,生产速率慢且成本较高。随着后期设备线速度、良率、产能利用率的提升,预期未来复合铜箔综合成本有望降至3元/平以内,成本优势得以显现。

两步法关键假设:1)情景一:实现小规模生产(产能利用率为70%),良率达到80%的情况。1、工作时间:工作天数为天/年,工作时间为16小时/天,年小时数为小时。2、磁控溅射设备:假设设备价格为万元/台,宽幅为1.3米,线速为13米/分钟。3、水电镀设备:假设设备价格为0万元/台,宽幅为1.2米,线速为8米/分钟。4、人工和其他费用:以铜冠铜箔、嘉元科技年成本占比的均值为例,人工和其他费用比例约为16%。考虑到复合铜箔技术为新型技术,其人工及制造费用较高,因此假设其他费用比例为19%。2)情景二:实现规模化量产(产能利用率为80%),良率达到85%的情况。1、工作时间:工作天数为天/年,工作时间为24小时/天,年小时数为小时。2、磁控溅射设备:假设设备价格为万元/台,宽幅为1.3米,线速为15米/分钟。3、水电镀设备:假设设备价格为万元/台,宽幅为1.2米,线速为10米/分钟。3)情景三:实现规模化量产(产能利用率为90%),良率达到90%的情况。1、磁控溅射设备:假设设备价格为0万元/台,宽幅为1.3米,线速为20米/分钟。3、水电镀设备:假设设备价格为万元/台,宽幅为1.2米,线速为12米/分钟。

经测算,在情景一和情景二的情况下,两步法复合铜箔综合成本分别为3.7元/平、2.6元/平。随着复合铜箔设备和工艺的持续优化迭代,在情景三的理想情况下,两步法复合铜箔综合成本可以降到2.26元/平,相较于3.91元/平的传统铜箔,整体成本可下降42%左右。

一步法关键假设:1)情景一:实现小规模生产(产能利用率为50%),良率达到90%的情况。1、工作时间:工作天数为天/年,工作时间为16小时/天,年小时数为小时。2、药水:假设药水成本为3元/平。3、设备:由于公司设备暂未定价,假设化学镀铜设备价格与水电镀设备价格一致,为0元/台,宽幅为1.5米,线速为2米/分钟。4、人工和其他费用:以光华科技、三孚新科年成本占比的均值为例,人工和其他费用比例约为9%,因此假设其他费用比例为12%。2)情景二:实现规模化量产(产能利用率为60%),良率达到95%的情况。1、工作时间:工作天数为天/年,工作时间为24小时/天,年小时数为小时。2、药水:假设药水成本为2.5元/平。3、设备:假设设备价格为万元/台,宽幅为1.6米,线速为4米/分钟。3)情景三:实现规模化量产(产能利用率为70%),良率达到95%的情况。1、药水:假设药水成本为2元/平。2、设备:假设设备价格为万元/台,宽幅为1.7米,线速为6米/分钟。

经测算,在情景一的情况下,一步法复合铜箔综合成本为6.78元/平,较传统铜箔成本高出40%左右,降本空间巨大。根据三孚新科调研纪要显示,一步法可以通过降低药水用量、提升设备生产速率、以及提升宽幅来实现降本。随着设备生产效率持续提升和工艺技术不断迭代,在情景三的理想情况下,一步法复合铜箔综合成本可以降到2.67元/平,相较于3.91元/平的传统铜箔,整体成本可下降32%左右,成本优势得以显现。

良率和设备线速对PET复合铜箔成本的影响较大。我们基于良率和设备线速对PET复合铜箔进行敏感性分析,在设备线速为8米/分钟,良率为80%的情况下,PET复合铜箔单位成本为2.79元/平。随着未来产品设备的优化和工艺成熟,若设备线速能够提升至12米/分钟,良率提升至90%,则PET复合铜箔成本能够进一步降低至2.45元/平。

1.4复合铜箔市场空间测算:新能源车+储能双轮驱动,替代空间广阔

我们根据以下假设对PET复合铜箔市场空间进行测算:1)根据EVTank数据,年全球新能源车销量为万辆,预计到年销量有望超过万辆,到年销量将超过万辆;2)根据市场需求测算,-年全球锂电池出货量分别为、、、、、、、GWh;3)假设复合铜箔渗透率将逐年提升,则-年渗透率分别为2%、5%、10%、15%、18%、20%、22%、25%;4)根据产业调研,假设1GWh电池所需阴极薄膜材料面积为万平米,同时假设年PET复合铜箔价格为6.5元/平,未来价格每年下降5%。3)根据东威科技披露,1GWh电池需要配备2台真空镀设备和3台镀膜设备,随着设备生产效率和良率的提升,假设设备需求量逐年递减5%;同时假设磁控溅射设备和水电镀设备年价格分别为万元/台、万元/台,价格每年下降5%。据测算,到年,PET复合铜箔渗透率将提升至10%,对应25亿平需求,市场空间有望达到亿元,设备空间将超过亿元。远期来看,年PET复合铜箔渗透率有望提升至25%,需求达到亿平,市场空间有望达到亿元,设备空间将达到亿元。

复合铜箔渗透率提升,未来市场空间广阔。我们基于年复合铜箔渗透率和全球锂电池出货量对PET复合铜箔市场空间进行敏感性分析,假设年复合铜箔渗透率的区间跨度为5-25%,全球锂电池出货量区间跨度为1-GWh。随着未来设备技术逐步成熟,渗透率有望加速提升,若年复合铜箔渗透率提升至20%,全球锂电池出货量达到GWh,则年PET复合铜箔市场空间有望达到亿元。

1.5复合铝箔:适用于对安全性敏感的高端电池产品

复合铝箔是一种由铝箔和聚合物薄膜复合而成的材料,通常用于电池正极集流体。在锂电池中,由于正极电位高,铜箔在高电位下容易被氧化,而铝的氧化电位高,且铝箔表层有致密的氧化膜,对内部的铝也有较好的保护作用,因此铝箔常用作正极集流体材料。复合铝箔对锂电池安全性的提升较大,产业化进程快于复合铜箔。电池内短路是导致锂电池热失控的直接原因。根据ScienceDirect的数据,正极铝箔在短路下的热失控问题较其他位置更为严重,因此使用单边复合铝箔对电池安全性提升较大。同时,复合铝箔产业化进程快于复合铜箔,主要是因为铝和高分子膜的结合力比铜要强,无需进行磁控溅射,制作工艺更为简单,目前复合铝箔主要采用真空蒸镀一步法进行生产。根据金美新材公告,公司已于去年11月率先实现8微米复合铝箔的量产。

复合铝箔降本空间有限,目前定位为对安全性要求较高的高端产品。生产工艺来看,由于铝的化学性质活跃,不适用于效率高的水电镀。复合铝箔目前仅由真空蒸镀法镀膜,生产效率较低,加工成本大幅提升,目前价格远高于传统铝箔7-10倍左右。原材料成本来看,铝非贵金属,其价格本身较低。相较于传统铝箔,复合铝箔的原材料成本仅降低20%,而复合铜箔可降低64%,因此复合铝箔相较于铜箔所带来的降本幅度较小。能量密度来看,由于铝本身密度较低,仅为高分子膜密度的2倍,而铜密度为高分子膜密度的6倍,所以置换为高分子膜后复合铝箔在提升能量密度幅度上小于复合铜箔。因此相比于复合铜箔,复合铝箔适合应用于对成本不敏感,但对安全性要求较高的高端车和对减薄要求较高的消费电池领域。

二、行业处于产业化初期,工艺路线百花齐放

2.1PET基膜为当前复合铜箔主流技术路线

PET基膜为锂电复合集流体的主流技术路线。由于PET高分子材料的电绝缘性、抗蠕变性,耐疲劳性,耐热性等性能优异,当前成为锂电复合集流体的主流选择。目前市场上关于复合铜箔基膜材料的研究路线主要有PET、PP、PI三种,其中PET、PP复合技术率先落地,PI处于研发阶段。

PET、PP、PI三者在在热性能、化学性能、机械性能、电性能具有不同的特点,导致其复合铜箔产品特点各有差异:1)PET长期使用温度在-70℃-℃之间,短期使用可达℃,其韧性在所有热塑性材料中最优,但PET化学性能较差,不耐酸碱,因此易溶于电解液;2)PP最突出的性能在于其化学稳定性,几乎不与酸碱反应,抗腐蚀性能优越,因此常用于制作各种化工管道与配件,除此之外,由于PP的密度小于PET,理论上减薄空间大于PET,PP材料的劣势在于热性能较差并且与铜的界面结合力小于PET;3)PI各项性能较为突出,目前多用于特工材料。PI薄膜具有高强度、高韧性、耐高温、防腐蚀等特殊性能,在-℃-℃温度之间仍能保持出色的强度、刚度、隔热和电气绝缘性,由于其成本较高,PI目前主要应用于航空、航海、宇宙飞船、火箭导弹、原子能、电子电器工业等领域中。

基膜材料的性能不仅影响产品特点,对复合铜箔制作的工艺需求及所需设备也有要求。PET与PP已实现产品出货,两种材料在制备铜箔时的主要差异表现为抗拉强度、耐热性以及与铜的界面结合力上。1)抗拉强度影响涂附工序:PET抗拉强度大于PP,PET拉伸比为3.3~3.5,而PP拉伸比9.0~10.0,在进行涂附工作是PET工艺更简单;2)耐热性影响工艺温度:蒸镀是通过高温融化金属,使其蒸发到基膜上实现镀铜,耐热性低的基膜材料在蒸镀工艺中容易被烫损或卷皱,PET为饱和线形大分子,分子主链上没有支链,结构对称,满足紧密堆砌的要求,因此易于取向和结晶,导致PET具有高熔点、高强度,操作难度要小于PP;3)界面结合力影响铜膜附着度:PP是非极性材料,表面附着力较弱,与铜膜的结合力小于PET,在磁控溅射镀铜后,表面铜膜易被擦去。

2.2复合铜箔镀铜工艺难度大,两步法为当下主流

由于高分子基材与铜膜结合力较差,叠加极薄基材易击穿、烫损等原因,复合铜箔镀铜工艺难度较大。由于高分子材料与金属材料之间缺少化学键和,基材与金属铜之间的结合力较差,若铜膜在电池循环过程中脱落,将严重影响电池的循环性能及安全性能,此外,对于复合铜箔来说,镀膜的工艺会影响产品的均匀性、柔韧度、延展性和抗氧化性。镀铜工艺通常选择磁控溅射、蒸镀或水电镀,对基材的柔韧性、耐热性要求较高。因此,如何在不损伤基材的情况下提高铜膜的附着能力成为制备复合铜箔的主要难点。

目前市场常用的镀铜工艺主要有“两步法”与“三步法”两类流程。其中“两步法”工序流程为磁控溅射+水电镀,首先,通过磁控溅射(PVD),在塑料薄膜表面镀上一层金属层(大约15-40nm),使其能够导电并保证膜层具有较好的致密度和结合力;其次,再通过水电镀的方式,将金属层加厚至1μm;“三步法”以“两步法”为基础,在水电镀工序前增加蒸镀,利用蒸镀加速金属层的沉积。

“一步法”显露头角,分为一步式全湿法与一步式全干法。一步法有望通过减少工艺步骤,从而提高产品生产良率与镀膜均匀性。一步全湿法指仅利用化学沉积的方式沉积铜膜,一步全干法指仅利用磁控溅射或真空蒸镀方式镀铜。

目前两步法以良率较高、成本压力低等综合优势,产业化进程较快,有望在消费电池上优先进行应用。“三步法”在两步法的基础上增加蒸镀流程加速高分子材料“金属化”,因此在生产效率上优于“两步法”,但同时新的流程及设备的引入将会增加工艺成本,除此之外由于不同设备涂覆的铜膜具有均匀度、紧密度等方面差异,对产品良率也有影响。“一步法”的设备工艺尚未成熟,且成本较高,目前量产难度较大。

“两步法”与“三步法”镀膜工艺按照工序流程可以分为前道工序与后道工序,其中前道工序包括磁控溅射或蒸镀,后道工序为水电镀。在利用水电镀制备铜箔时,需要放入电解液中的两极具有导电性,然而高分子材料具有较强的绝缘性能,无法直接通过电解形式沉积铜膜,因此在水电镀工序前,需要利用磁控溅射或蒸镀沉积较薄的铜膜以使得高分子材料“金属化”。高分子材料“金属化”工序被称为前道工序,水电镀则为后道工序。

(1)前道工序:电镀准备,高分子材料“金属化”

磁控溅射沉积是一种物理气相沉积(PVD)方法,通过从靶材上溅射材料,然后将其沉积到衬底上来沉积薄膜。在复合铜箔镀膜工艺中,将高分子材料放置在铜靶前方适当距离处,然后利用氩或氮等离子体轰击铜靶材料,使得铜靶表面的铜原子获得足够动能脱离靶材表面,附着在高分子材料表面形成铜膜。

磁控溅射具有沉积速率可控、结合力强等优点,但在效率、镀膜均匀性、良率等方面仍存在较大的提升空间。磁控溅射可以通过控制溅射电压、电流和功率灵活控制沉积速率,其高速溅射的原子或分子也能够更稳定的附着在基材表面,结合力较强。但同时磁控溅射的沉积效率较低,单次溅射的镀层只能达几纳米,40纳米铜膜需要重复二十几次;并且在磁控溅射中,由于难以保证氩离子均匀轰击靶材,从而不能保证镀膜的均匀性;最后,磁控溅射对靶材的消耗量大,利用率低,且磁控溅射过程需要高压放电,可能存在膜穿孔现象,从而影响产品良率。真空蒸镀同样是一种物理气相沉积(PVD)方法,通过在真空环境下加热铜金属,使大量的原子或分子蒸发并沉积在基膜表面。真空蒸镀是在真空环境下使用蒸镀设备加热铜金属,使其以原子团或分子团的形式蒸发并沉降在高分子基膜表面。

真空蒸镀的沉积效率快于磁控溅射,但基膜易被高温烫坏。优点来看,蒸镀采用的是电阻加热法,在真空环境下金属被加热,均匀地蒸发镀在基膜的表面上,因此真空蒸镀工艺在镀膜的均匀性及沉积效率方面要优于磁控溅射法。缺点来看,由于蒸镀工艺中金属原子对高分子材料几乎没有冲击力,因此铜膜的附着力较低,且在蒸镀过程中对温度要求较高,温度过高容易造成基膜被烫损或卷皱。

(2)后道工序:使用水电镀增厚铜膜

水电镀采用无氧铜作为阳极,以膜面金属层为阴极,进行离子迁移置换。在复合铜箔水电镀工艺中,将“金属化”的高分子材料作为阴极,铜作为阳极,以含铜离子的溶液作为电解液(通常为CuSO4),在外电场的作用下,金属铜经电极反应还原成金属原子,并在高分子材料上进行金属沉积形成铜膜。其技术壁垒在于控制拉力,保障基膜的完整性。

水电镀工艺镀铜效率高,为复合铜箔的核心工序。水电镀的优势在于沉积效率远大于磁控溅射和真空蒸镀,因此在复合铜箔生产中常用于这两道工序之后,目的是加厚沉积的铜层。此外,水电镀工艺镀层厚度均匀,结构致密,且成本相对较低,因此成为复合铜箔的核心工序。同时,由于水电镀需要通电,存在中间厚两边薄的边缘效应,因此水电镀工艺的镀膜均匀性较差。目前复合铜箔电镀电镀工艺进入厂商大多是PCB电镀厂商,但复合铜箔电镀相比于PCB电镀,其基膜材料更薄,宽幅更大,在电镀过程中需要特别注意传输过程中的转动轮速及张力控制,否则容易出现基膜拉伸变形以及热熔穿、电熔穿等现象。

(3)化学镀:

“两步法”“三步法”中所运用到的磁控溅射、真空蒸镀、水电镀等工艺均为物理气相沉积(PVD),而一步全湿法则为化学液相沉积。化学镀铜工艺主要利用还原剂的氧化还原反应将溶液中的铜离子沉积在基膜表面,化学沉积过程中无需通电,其主要壁垒在于化学试剂和相关设备的成本控制。历史上,化学镀铜被广泛应用于有通孔的印制线路板的生产加工中,其主要目的在于通过一系列化学处理方法在非导电基材上沉积一层铜,继而通过后续的电镀方法加厚使之达到设计的特定厚度。

化学镀铜在良率、纯度、镀膜均匀性等方面表现较好,但结合力较差、沉积速率过慢且成本较高。根据三孚新科公告,复合铜箔化学沉积工艺将由新工艺、新设备、新材料(专用化学品)三个核心要素组成,具有较优的良率、纯度、以及镀膜厚度均匀性,工艺简单、维护成本低等优点,其劣势在于结合力较差、沉积速度过慢,并且湿化学品用量、废水排放量相对较大,环境维护成本较高。

三、行业呈现群雄逐鹿态势,产业化进程加速

复合铜箔行业目前进入玩家较多,行业呈现群雄逐鹿态势。产业链上,1)上游为原材料及设备厂商,主要包括高分子基膜材料厂商,靶材厂商,真空镀膜设备、水电镀设备厂商。2)中游为铜箔制造环节,新老企业积极入局,除去自主研发厂商外还包括:①上游材料厂、设备厂纵向切入;②下游电池厂卡位赛道,集成铜箔生产、焊接及电池制造;③传统铜箔厂商凭借镀铜技术先发优势顺势布局;④光电薄膜、电磁屏蔽膜及其他功能性薄膜厂商依靠技术同源优势积极扩充产品矩阵。3)下游主要为电池应用环节,主要应用于锂电池,包括动力、储能和消费电池厂商。

3.1材料端:基膜国产化进程加速中,靶材技术差距不断缩小

材料端主要包括高分子基膜材料、铜靶材及金属铜等材料。靶材方面,全球靶材市场呈现寡头竞争格局,但国内外差距正在不断缩小,以阿石创、隆华科技为代表的厂商所生产的高纯度铜靶材均可用于复合铜箔磁控溅射环节。基膜材料方面,我国呈现低端过剩、高端短缺的局面,其中高端、特种聚酯薄膜依赖进口;目前国内进展较快的企业有双星新材、*新材和东材科技,在复合铜箔用基材上基本实现了对日本东丽等传统行业龙头的国产化替代。其中双星新材在开发4.5μmPET材料基础上,正开发3.5μm及以下的PET基材,其强化PET材料已经批量供应客户;*新材多条产线具备量产4.5-6μm的PET复合铜箔用基膜能力,已通过多家下游厂商的前期验证;东材科技是国内极少数的老牌光学级薄膜细分龙头,最薄BOPP膜可达2.5微米,研发生产能力覆盖4μm的PP基材。

基膜材料:国产化进程加速中,享一体化成本优势

1)双星新材:PET薄膜龙头,具备超薄PET基材量产能力

传统业务:公司主要专注于高性能功能性高分子材料的研发制造,公司的新材料业务主要包括光学材料、新能源材料、信息材料、热收缩材料和节能窗膜材料,下游应用领域涉及液晶显示、消费电子、光伏新能源、汽车和节能建筑等。复合铜箔业务:公司于年8月立项,年10月围绕复合铜箔用PET基材原料开始研发。之后,针对复合铜箔用PET基材研发,在开发4.5μmPET材料基础上,正开发3.5μm及以下的PET基材。公司已向客户多次送样认证,在不断的送样中,根据客户的反馈持续不断优化。据公司披露,公司的复合铜箔首条线已完成安装调试产品开发对接市场,按计划复合铜箔项目中的一期设备合同已落实签订,计划从年5月底陆续进场安装调试。良率方面,目前公司PET铜箔整体良率达到92%,磁控溅射的良率在98%。成本方面,根据公司披露,在自产基膜、现货铜价、磁控设备国产化(不超过1万/台)、主流水镀线速度和价格(7-10米速度,0万/台左右)、良率95%的基础上,可将复合铜箔成本控制在3.5元/平,而传统传统6μm铜箔的价格在5-7元/平。在产能规划方面,公司预计1年内实现万平复合铜箔膜产能,在年实现5亿平产能。

2)东材科技:光学级薄膜细分龙头,具备PP膜量产能力

传统业务:公司主要从事化工新材料的研发、制造和销售,以新型绝缘材料为基础,重点发展光学膜材料、电子材料、环保阻燃材料等系列产品,广泛应用于发电设备、特高压输变电、智能电网、新能源汽车、轨道交通、消费电子、平板显示、电工电器、5G通信等领域。复合铜箔业务:公司规划从基膜开始一体化布局复合铜箔,21年开始进行工艺论证和设备选型,自有基膜优势便于公司快速调整基膜参数以匹配后续复合铜箔工艺。公司收购河南嘉华佳,具备做薄膜电容蒸镀工艺。在复合铜箔基膜选择方面,公司选择PP路线,目前已送样头部客户,反馈良好。公司原有电容薄膜产品已具备超薄PP的工艺和产能,计划新增两条线,年产能0吨,预计23年底达产。

3)*新材:利用全产业链优势,卡位复合集流体基材市场

传统业务:公司是恒力石化全资子公司,主要产品包括PET、BOPET等材料。公司计划总投资80亿元,分期建成年总产能80万吨的新型聚酯产品生产基地。现已建成年产24万吨PBT工程塑料、38.6万吨新型双向拉伸聚酯薄膜(BOPET)及20万吨膜级聚酯切片。复合铜箔业务:公司自年开始对PET复合铜箔用基膜进行开发,利用集团全产业链优势,自主研发创新的工艺技术,自主研发的PET复合铜箔用基材具有拉伸强度高、热稳定性佳、微观平整度高等特点。目前公司PET复合铜箔用基膜已通过下游多家PET铜箔厂商、电池厂商前期认证,多条产线具备量产4.5-6μm基膜能力,后期验证工作有序推进中。

靶材:工艺较简单且技术成熟,以国产为主

1)阿石创:深耕PVD镀膜材料领域,由靶材向复合铜箔延伸

传统业务:公司专业从事PVD镀膜材料的研发、生产与销售,自主研发多款高端镀膜材料,产品覆盖光学、光伏、半导体、平板显示等多个领域,主要产品包括ITO、钼、铜、铝、硅、钛、钽及各类合金与稀有金属靶材,下游客户涵盖京东方、华星光电、水晶光电、舜宇光学、群创光电等一线龙头企业。复合铜箔业务:公司从2年成立至今一直专注于PVD镀膜材料领域,在材料端、设备端、工艺端积累了丰富的PVD镀膜经验。在材料端,公司可提供各类金属靶材、合金靶材、化合物与氧化物靶材;在设备端,公司与设备端诸多真空厂商一直保持良好的沟通与技术交流,熟练掌握各类镀膜设备;在工艺端,公司起步于光学光通讯,拥有完备的膜系分析设备和丰富的膜层设计经验。根据公司披露,公司和东威科技、腾胜科技签署相关设备协议,目前已完成设备选型和下定的工作,后续将继续与电池厂商进行技术的交流,并根据交流的情况进行设备、工艺等方面的调整与改进,提高复合铜箔产线的良率与生产效率。

3.2设备端:国产替代提速,核心为磁控溅射和水电镀设备

磁控溅射和水电镀等核心设备正在逐步实现国产替代。磁控溅射和水电镀设备是复合铜箔制造的核心设备,国产设备由于价格更低、售后保养及时、维护费用更低等综合优势,正在逐步实现替代。磁控溅射设备来看,目前国产化进程较快,国内做磁控溅射设备开发的企业主要有腾盛科技、汇成真空、振华科技和合肥东昇等,其中腾盛科技和汇成真空是国内少数实现量产的企业;价格方面,国内磁控溅射设备单价在-万之间,而国外进口设备单价在0-0万之间。水电镀设备来看,目前国内只有东威科技实现量产,据东威科技投资者调研纪要,公司目前在手订单已接近台,预计年产能规划不低于台。

磁控溅射设备:百花齐放,基本实现国产化

1)腾盛科技:处于磁控溅射设备第一梯队,良率及产能领先同行

传统业务:公司专业研制各类真空应用设备、半导体设备、锂电池设备以及纳米材料设备,主要产品包括连续镀膜生产线、卷绕式真空镀膜设备、光学镀膜设备、磁控溅射镀膜设备、电弧离子镀膜设备、蒸发镀膜设备、PECVD化学气相沉积设备等。公司在真空镀膜业务上深耕超25年,已经具备深厚的技术沉淀,共有3个系列7个规格的真空镀膜机被评定为国家优等品或一等品。共累计获得数十项国家专利,多款产品获得国家级高新技术产品称号,技术创新能力处在行业的领先地位。复合铜箔业务:公司自主研制出2.5代量产型复合铜箔和第二代复合铝箔真空镀膜设备,是国内极少数同时具备复合铜箔、复合铝箔设备生产能力的镀膜设备厂商。其中,复合铜箔磁控溅射设备不仅是国内首台量产型复合集流体制备装备,更作为国内首台大型真空镀膜设备出口至日本。目前公司已为下游多家新材料企业提供复合集流体真空镀膜设备及服务,主要客户包括日本TDK、宝明科技、万顺新材、汉嵙新材等,目前已经实现批量出货,单台设备价格在-2万元。良率方面,目前公司产品以2代机和2.5代机为主,良率可达到90%,且各项参数均领先于同行。产能方面,公司新厂区一期工厂完工后,产能将增加一倍,预计年年底实现台产能。

2)汇成真空:深耕真空镀膜设备,已实现设备量产

传统业务:公司聚焦于真空镀膜设备设计、制造和应用领域,具备完整的真空镀膜设备研发、制造能力以及镀膜工艺开发能力,致力于ta-C、DLC、SCG薄膜设备、柔性卷绕镀膜设备、连续线镀膜设备等方向的研究与开发,在真空镀膜设备行业具有丰富的制造经验和成熟的工艺制程。

复合铜箔业务:复合铜箔领域来看,目前公司磁控溅射设备已实现量产。根据公司

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