复合铜箔行业研究：产业化进程提速，23年有望成为量产突破元年

（报告出品方/作者：浙商证券，张雷、黄华栋、杨子伟）

1 复合铜箔有望引领负极集流体创新发展新趋势

铜箔是锂电池负极集流体材料。铜箔具有良好的导电性和机械加工性能，质地较软、 制造技术较成熟，不与锂发生合金化反应，是锂离子电池负极集流体的核心材料和动力电 池企业供应链布局中重要一环。目前主要采用厚度约为 4.5-8μm 的超薄电解铜箔作为负极 集流体，其在动力电池重量占比在 10%-15%之间，仅次于正极材料、负极材料、电解液； 负极材料成本占比约 12%。

复合铜箔是传统电解铜箔的良好替代材料。复合铜箔是以厚度 4-6μm 的超薄型聚对苯 二甲酸乙二醇酯（PET）等高分子材料作为基材，先采用真空沉积铜的方式制作一层约 50- 80nm 的金属层，将薄膜金属化，然后采用水介质电镀的方式将铜层加厚到 1μm，复合铜 箔整体的厚度在 5～8μm 之间，导电性可≤20mΩ，使得薄膜两面均具备导电性，来代替 传统的电解铜箔。

复合铜箔的基材种类多样，提升基材与镀层之间的结合力是关键。复合铜箔的非金属 基材可使用聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚氯乙烯（PVC）、聚酰亚胺（PI）、聚丙 烯（PP）等高分子材料。目前行业内主要使用 PET 和 PP 材料作为基材。与铜、铝等金属 材料相比，高分子基材具有柔韧度高、密度低、可阻燃等优势，能够改善锂离子电池的安全性，提升能量密度。然而，高分子基材与金属镀层之间结合力较差，导致金属镀层容易 从基材表面脱落，可能影响铜箔在电池中的长期稳定性。 PET 是现阶段复合铜箔基材的主要选择之一。复合铜箔对基材的弯折性、透明度、绝 缘性、耐油性及耐酸性均有一定要求。PP 相较于 PET 密度更低，对于电池重量能量密度的 提升更胜一筹，但高分子膜真空镀铜的技术尚未成熟，PP 材料耐热性差，容易在真空镀铜 环节受热损伤，降低加工效率；PVC 的价格便宜，但耐油性较差，容易发生溶胀导致加工 过程中材料损伤；PET 和 PI 更符合条件，适合用作复合铜箔的基材，PET 以其优异的绝缘 性和耐热性在市场上占据更多份额，同时热膨胀系数低，有助于提升电池循环寿命。

上游制造厂商完成技术储备，下游电池厂商替代需求迫切，复合铜箔即将开启产业化 导入，有望引领负极集流体创新发展新趋势。复合铜箔由于其具有低成本、轻量化、安全 性等优势，头部电池厂商积极寻求传统铜箔的替代方案，早在 2017 年即开始积极推进产业 化进程，2020 年一季度末以来，铜价从底部区间最大涨幅近翻倍，叠加供需紧张助推传统 锂电铜箔加工费在 2021 年上半年连环上涨，在原料端及加工端成本上涨双击下，电池厂商 利润空间压缩，进一步催化了其对低成本复合铜箔的需求。目前，铜价仍处于 2000 年以来 历史高位，下游降本诉求强，经过前期技术迭代及工艺优化，复合铜箔已实现下游电池厂 商的测试验证及小批量生产。随着量产产线逐步释放及工艺的持续优化，复合铜箔即将进 入产业化量产导入时期，复合铜箔渗透将持续加深，有望逐步实现对传统电解铜箔的替代。

2 颠覆传统铜箔生产工艺，设备成为复合铜箔规模化的先行者

2.1 当前干湿混合两步法为主流，工艺路线尚未明晰

实现高分子表面金属化的技术主要分为干法镀膜和湿法镀膜两种。干法镀膜又称为真 空镀膜法，应用较多的是真空蒸镀和磁控溅射。磁控溅射电镀层细密，均匀性好，但有靶 材利用率低下、微粒飞溅影响品质等问题；真空蒸镀方法简单、效率高，但是温度高导致 膜材容易热失效。湿法镀膜分为水电镀和化学镀，水电镀上镀速率高、结合力好，缺点是 废水污染问题；化学镀能耗低，镀层均匀性好、纯度高，但成本较高、效率低，也有环保 问题。复合集流体镀铜现阶段往往选择其中一种或配合使用。

复合铜箔的生产方式主要有“一步法”“两步法”和“三步法”，目前“两步法”使 用最广泛。“一步法”分为一步全干法与一步全湿法。1）一步全干法：指仅利用磁控溅射 方式镀铜，效率高但对设备要求高；2）一步全湿法：指仅利用化学镀的方式沉积铜膜，所 获得的复合铜箔良率高同时无“边缘效应”，但有效率低和污染问题；3）“两步法”为磁控 溅射+水电镀，首先通过磁控溅射在塑料薄膜表面镀上一层金属层，使其能够导电，其次再 通过水电镀的方式加厚金属层，技术成熟，成本较低，目前使用最广泛；4）“三步法”：针对二步法磁控溅射后不平整的问题进行改善，在磁控溅射后进行真空蒸镀最后进行水电镀， 利用蒸镀加速金属层的沉积，效率高，但是工序复杂且成本高、良率低，使用少。

以重庆金美为例，主要采用“两步法”即通过真空溅射及离子置换方式生产复合复合 铜箔。复合铜箔的制作工艺包含真空溅射活化、真空溅射镀铜、碱性离子置换、酸性离子 置换、防氧化处理、分切、烘干等，以高真空磁控溅射在基膜上金属化，再以离子置换的 方式增厚金属层达到一定量的金属铜覆盖，提高复合材料对外导电性。

真空磁控溅射活化/镀铜工艺采用真空磁控溅射方式，在真空磁控溅射设备中进行两次 镀膜。通过物理气相沉积（PVD）原理，在 10 -3Pa 的真空环境下通入纯净氩气，纯度＞ 99.99%。电子在真空条件下，在飞跃过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出 Ar 正离子 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，Ar 离子在 电场作用下加速飞向阴极靶，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复合基膜上形成薄膜，真空磁控溅射活化过程的镀膜 厚度一般为 5-20nm，这样在膜表上形成的铜堆积层的导电性为 10000-3000Ω/m。真空溅射 镀铜工艺则以活化工艺后的物料作为基膜，以相同的原理在基膜上形成 10-40nm 的铜箔， 镀铜层的导电性提升至 10-20Ω/m。

真空磁控溅射过程会产生不良区域，是工艺成本控制的关键步骤之一。真空镀铜后需 要进入分切过程，切除膜面两边未被真空磁控溅射镀到的区域或镀膜不良区域，保障整个 膜面的导电性，便于后续铜堆积层工艺的进行。分切工序会产生一定程度的材料浪费，因 此需要优化真空磁控溅射过程控制工艺，提升镀铜层的均一性和边缘镀层的利用率，通过 良率改善带来材料成本的降低、生产效率的提高。 两次离子置换实现镀铜层增厚，导电性提升至目标水平。经过真空磁控溅射后的膜面 导电性达到离子置换的门槛，碱性离子置换工艺以无氧铜为阳极，真空磁控溅射镀铜后的 基膜为阴极，在焦磷酸铜、焦磷酸钾、柠檬酸铵溶液为碱性离子置换药剂，将阳极放入钛 蓝制作的阳极袋中，膜面以 0.5-3m/min 速度在药剂槽液下辊穿行，阴、阳极浸入药剂槽中 发生离子置换反应，膜面上的电子形成铜堆积层厚度约为 100nm，膜面导电性提升至 500m Ω/m。经过水洗、分切、烘干工艺去除膜面表面药剂，切去置换过程由于膜面边缘增厚效 应引起的 10-15μm 增厚边缘，避免卷边和导电性分布不均匀。酸性离子置换工艺则以碱性 置换后的物料作为基膜，以硫酸、铜离子、氯离子为酸性药剂，膜面以 3-5m/min 速度在酸性药剂槽液下辊穿行，以相同的原理形成铜堆积层厚度约为 900nm，镀铜层的导电性提升 至 10-20Ω/m。

后处理过程主要涉及抗氧化工艺。由于铜很容易发生氧化反应，在空气中与氧气、水 蒸气反应生成氧化铜、氧化亚铜、氢氧化铜，采用阻隔空气方法对铜堆积层进行抗氧化处 理，形成厚度约为 30-60nm 的抗氧化膜，同时溶液中加入芳香烃化合物防止铜及其合金腐 蚀变色。在经过烘干、分切工艺形成不同宽度、长度的产品。 为了提升水电镀前材料表层平整度，可引入真空蒸镀工艺。真空磁控溅射工艺后铜表 面平整度较低，为提升水电镀过程质量，三步法工艺会在真空磁控溅射工艺后增加真空蒸 镀过程。真空蒸镀过程通过蒸发源使金属加热蒸发，当蒸发分子的平均自由程大于蒸发源 与基片间的线尺寸后，蒸发的粒子从蒸发源表面上逸出，在基片表面上凝结而生成薄膜。 真空蒸镀法制备膜的质量好，厚度可较准确控制，成膜速率快，效率高，缺点在于蒸镀温 度较高，对基材的耐温性要求严格。

2.2 工艺对比：复合铜箔相比传统铜箔流程精简、效率更高

传统纯铜箔生产基于电解原理，存在流程复杂，污染物多等问题。传统纯铜箔生产工 艺是利用电解原理在某些金属表面上镀一层其他金属或者合金的过程，主要生产工艺流程 包括电解液制备、生箔制造、表面处理、分切包装以及相关的检测控制等工序，通过调节 生箔制造过程的电解工艺参数及配方、阴极辊转速、电流等，即可生产出不同厚度的铜箔， 生产流程较长、且更为复杂，生产过程的污染物更多，废料处理成本更高。 复合铜箔生产过程工艺控制是关键，核心设备是量产产能释放的先决条件。复合铜箔 对生产技术要求高，工艺控制不佳会导致电镀层难增厚、掉粉、镀铜层一致性差等问题。 现阶段的产品良率较低，优化量产工艺控制、保证产品输出质量是实现复合铜箔大规模量 产及供应的关键。复合铜箔生产的核心设备包括真空磁控溅射设备、真空蒸镀设备和水平 镀铜设备，核心设备供应是新增产线建设、量产产能释放的基础，而核心设备需求作为产 能建设的先决条件，目前需求确定性强。

3 材料体系创新大势所趋，多轮驱动传统铜箔去金属化

3.1 打开铜箔轻量化天花板，动力电池能量密度再上台阶

动力电池、消费电池能量密度提升需求迫切，铜箔是动力电池能量密度提升的重要环 节之一。动力电池能量密度提升对轻量化水平及整车经济性具有较大价值，2017 年新能源 汽车补贴政策首次涉及动力电池能量密度要求，随着新能源汽车的发展，国家补贴对动力 电池系统能量密度要求逐渐提高，2019 年开始纯电动乘用车、非快充纯电动客车、专用车 能量密度补贴门槛分别设置为 125Wh/kg、135Wh/kg、125Wh/kg。2021 年《锂离子电池行 业规范条件》引导动力、储能、消费等不同类型电池向更高的能量密度发展，其中，消费 型、三元能量型电池组能量密度底线分别 180Wh/kg、150Wh/kg。铜箔是动力电池能量密度 提升的重要环节之一，相较于 8μm 纯铜铜箔，6μm 和 4.5μm 可减少铜用量约 22.2%、 44.45%，提升质量密度。

锂电铜箔轻量化加速推进，传统铜箔极薄化遭遇瓶颈。2022 年我国锂电池累计出货量 655GWh，同比增长 100%，锂电铜箔产量约 38 万吨，同比增长 63.68%。在轻量化和低成 本的驱动之下，2021 年 6μm 超薄锂电铜箔出货量 22.4 万吨，同比增长 273.33%，占比 79.72%，占比同比提升 31.72 个百分点，成为锂电铜箔供应的绝对主体，渗透率提升速度显 著。2020 年以来 4.5μm 锂电铜箔逐渐开始应用，2020、2021 年出货量分别为 0.30、0.60 万 吨，分别占比 2.40%、2.14%，对于 6μm 以下极薄铜箔的应用，一方面由于电池制造端涂布 机、卷绕机等关键设备以及工艺技术水平无法解决生产过程中遇到的褶皱、断带等问题， 另一方面，6μm 以下极薄铜箔的厚度、抗拉强度、延伸率、耐热性和耐腐蚀性等重要技术 指标难以满足下游客户的应用需求，厚度越薄对材料制造过程的工艺控制及一致性要求越高，目前传统铜箔制造工艺能满足车规级材料生产的极限厚度约为 3.5μm。伴随工艺进步， 根据 GGII 预测，2025 年 5 及 4.5μm 超薄铜箔出货占比有望超过 50%。

PET 路线打开铜箔轻量化天花板，单位面积铜箔质量对镀铜层厚度敏感性高。PET 基 材与铜的密度相差 6.47 倍，相同厚度下逐步提升基材厚度占比，降低镀铜层厚度占比可进 一步提升铜箔轻量化水平，且 PET 铜箔单位面积重量对镀铜层厚度的敏感性高于基材厚度。 根据测算；4.5μm 基膜的复合铜箔，相较现阶段主流的 6μm 传统铜箔，当单面镀铜厚度 为 0.5-1.5μm 时，PET 铜箔单位质量可下降 38%-72%。

PET 铜箔推动动力电池能量密度再上台阶（相比同样厚度传统铜箔或更薄铜箔）。基 于宁德时代麒麟电池发布会公布磷酸铁锂电池系统、三元电池系统能量密度分别为 160Wh/kg、255Wh/kg，根据 GGII 统计，传统纯铜铜箔在锂电池系统重量中占比 10-15%， 假设用 4.5μm 传统铜箔替代 6μm 传统铜箔，对应磷酸铁锂电池、三元电池系统能量密度 可分别提升约 3.73%、4.67%至 165.98Wh/kg、266.91Wh/kg；假设用单镀铜层厚度 1μm， 基材厚度 4.5μmPET 铜箔替代 6μm 传统铜箔，对应磷酸铁锂电池、三元电池系统能量密 度可分别提升约 8.61%、10.90%至 173.78Wh/kg、282.80Wh/kg，相比传统铜箔极薄化路线， PET铜箔可将电芯系统能量密度分别继续提升 4.70、5.95个百分点，推动动力电池能量密度 再上新台阶。

3.2 复合铜箔成本优势凸显，设备固定投资的成本占比大

铜材在传统电解铜箔成本中占比高，薄铜箔单位面积成本有效下降。传统电解铜箔成 本构成主要包括直接材料、直接人工、设备折旧、电费、其他制造费用等，以 2022 年年铜 均价 5.98 万元/吨（不含增值税）计算，6μm 直接材料成本占比约 84%，是铜箔的主要成 本来源。假设 6μm 良率 80%，4.5μm 良率 75%，6μm、4.5μm 锂电铜箔成本分别为 3.81、 2.89 元/m2。

按照现阶段铜价 PET 铜箔对 6μm 传统铜箔可实现降本 4.67%。按照上海有色网 2022 年电解铜平均价 5.98 万元/吨测算（不含增值税），根据测算，PET 铜箔的单位面积成本约 为 3.55 元/m2，6μm、4.5μm 传统锂电铜箔成本约为 3.81、2.89 元/m2，PET 铜箔相比 6μ m 铜箔实现降本 6.68%，在当前良率下与 4.5μm 铜箔仍有一定差距。

PET 铜箔成本结构中设备占比较大，材料成本显著降低。按照上海有色网 2022年电解 铜平均价 5.98 万元/吨测算（不含增值税），根据测算，PET 铜箔设备成本、材料成本占比 分别为 19.53%、52.27%，设备成本成为影响成本的关键因素。

相对 6μm 传统锂电铜箔，PET 铜箔在铜价大范围内波动下具备成本优势。当铜价逐 渐下行，PET 铜箔与 6μm 传统锂电铜箔的成本差异逐渐缩小，PET 成本优势衰减，在当前 良率水平下，当铜价跌破 49000 元/吨（不含增值税）时，PET 铜箔的成本优势消失。2009- 2022 年，铜价最低点运行在 26500 元/吨（不含增值税）之上，铜价最高点运行在 64000 元 /吨（不含增值税）之下，历史均价 50000 元/吨（不含增值税），因此，PET 铜箔在铜价正 常范围内波动下相对 6μm锂电铜箔均具备成本优势，对应历史均价目前基本平价，对应历 史高点对应 11.5%的成本优势。相对 4.5μm 传统锂电铜箔，目前良率水平下尚不具备成本 优势，当铜价逐渐上行，PET 铜箔相对优势提升。

固定成本下降途径多样，降低设备成本及提升产出效率是关键。随着设备成本下降、 单位时间有效产出增加，PET 铜箔制备成本呈现下降趋势。在影响 PET 铜箔成本的众多因 素中，设备成本影响较大，可通过降低单台设备成本、提升产品良率和单位面积加工速度 （即提升线速度和幅宽）实现设备折旧成本降低，其中，设备良率和单位面积加工速度的 提升对成本的影响本质上均属于通过增加制备铜箔面积的有效产出实现固定成本摊薄，进 而实现总体成本下降。

多因素共振影响下，PET 铜箔有望实现 28.94%降本空间，相较传统铜箔存在 25.14- 40.67%的成本优势。考虑综合良率（含设备）提升（从当前约 70%提升至 94%）、设备效 率提升（磁控溅射线速度从 8.50m/min 提升至 15m/min，水电镀线速度从 15m/min 提升至 20m/min）、设备投资成本下降（磁控溅射设备从 1800 万元/台下降至 1000 元/台，水电镀 设备从 1000 万元/台下降至 500 万元/台）、电耗下降、原材料价格下降等多因素叠加影响 下，基于铜价价格保持现状 59800 元/吨，PET 铜箔成本为 2.26 元/m2，相比当前有 36.31% 降本空间，相较于 4.5、6μm 传统铜箔将分别实现 21.57%、40.57%的成本优势。

3.3 材料体系创新解决痛点，安全性和循环性能提升

安全性是锂离子电池大规模推广前提和基础，传统铜箔存在一定的安全弊端。锂离子 电池安全失效的潜在原因有以下六个方面：局部过热、负极析锂、金属颗粒异物、隔膜瑕 疵、设计/制造缺陷以及极片变形微短路。一般来说，锂离子电池发生事故主要是由于不可 预测的内短路所造成热失控引起的。传统铜箔在金属疲劳断裂或意外损坏情况下产生毛刺， 穿透隔膜后使正负极接触发生短路引起热失控，从而导致电池自燃引起火灾和爆炸。

复合铜箔通过基材熔断效应、吸收疲劳应力，双管齐下提升动力电池安全性。电极材 料充放电过程存在金属疲劳问题，尤其是快充情境下高倍率放电会大大减少材料的循环寿 命，负极集流体包裹在电极材料外，在疲劳应力的影响下容易发生断裂产生毛刺。高分子 材料弹性较大，可吸收部分疲劳应力减少金属材料的疲劳断裂。同时，复合材料绝缘性好， 可以形成隔膜材料穿透的阻隔，在刺穿过程能够形成断路，避免短路导致热失控。

表面光洁度高、温度应力下材料变形协调性高，助推电池循环寿命提升。决定充放电 速度的因素主要有电池本身使用的电极材料、动力电池温度以及铜膜厚薄及表面均匀程度。 充电时，锂离子从正极脱嵌，穿过隔膜与电子在负极汇合，放电时锂离子从负极脱嵌，穿 过隔膜与电子在正极汇合。复合铜箔提升电池寿命的关键在于：第一，水电镀工艺制备铜 箔的表面均匀性及光洁度好，表面缺陷少，能够有效降低充放电过程锂离子在集流体上的 消耗，增加电池中自由移动的锂离子数量。第二，集流体表面会涂敷导电浆料，浆料的热 膨胀系数小于金属材料，温度交变带来的材料形变不协调，可能导致充放电等温度变化过 程中出现浆料的脱落，而高分子基材的热膨胀系数较小，能够保持集流体界面的完整性， 根据东威科技公司公告，复合铜箔可以实现电池循环寿命 5%左右的提升。

4 复合铜箔市场前景广阔，设备端是产业化关键

4.1 复合铜箔增长推动设备、基材细分市场高增

动力锂电池装机占比高、增量大，轻量化驱动下有望率先实现复合铜箔搭载应用。在 双碳战略的指引下，（1）道路交通领域将实现全面电气化，动力电池将贡献全球锂电装机 的最大增量，22-25 共三年 CAGR 达 47.19%；（2）以电化学储能为代表的功率型储能将在 以可再生能源为主体的新型电力系统的构建和改造中发挥巨大作用，22-25 共三年 CAGR 达 70.95%。（3）消费锂电需求稳步增长。预计 2025 年全球锂电装机总量有望达到 2104GWh， 22-25 共三年 CAGR 达 43.69%。动力电池领域装机增量大、占比高，轻量化将率先驱动复合铜箔在该领域的规模化生产及应用，总体产能持续释放后会逐步向消费及储能锂电领域 延伸。

锂电池开启扩产狂潮，锂电铜箔需求空间广阔。据起点研究不完全统计，截至 2022 年 9 月，全球主要电池厂商的产能规划已达 5.09TWh，电池铜箔作为锂电关键材料之一，未来 有望随锂电池实际新增产能的释放而快速放量。 预计 2025 年，全球复合铜箔需求量达 48.62 亿 m2，2022-2025 年 CAGR 为 214.97%。 伴随着新能源汽车市场的快速发展和新能源发电配储要求下新型储能装机需求的爆发，锂 电池行业迎来广阔需求。假设 2025 年前复合铜箔应用集中体现在对动力电池领域传统锂电 铜箔的替代，预计到 2025 年，动力领域渗透率达 23%，储能和消费领域渗透率达 10%，对 应复合铜箔需求量为 48.62 亿 m2，2023-2025 年 CAGR 分别为 214.97%。

4.2 设备端成为降本瓶颈，工艺升级和快充要求也是关键

下游电池端工艺难度提升。使用复合铜箔替代传统锂电铜箔涉及到电芯制造的相关工 艺设备的参数调整、工序增加、设备增加和替换等等一系列问题，增加了电极材料涂布、 极片辊压及极片焊接的难度。例如由于复合集流体中的高分子薄膜形成的绝缘层会使得两 侧金属镀层无法导通，使得传统的焊接方式不再适用，目前需采用超声波高速滚焊技术的 极耳转印焊工序，通过两层金属极耳夹住一层复合集流体的极耳部分进行焊接，再将多层 金属极耳分别与锂电池的正极极耳或负极极耳焊接在一起，间接增加了制造成本。

集流体生产设备目前生产效率较低、工艺有待改进。真空溅射镀膜设备方面，常出现 箔材穿孔、镀铜不均、基材起皱变形等问题，且受常规磁控溅射技术节拍限制，铜金属的 沉积速度为 20～30nm/min，厚铜箔沉积时间长，难以实现卷对卷生产，阻碍了高效率交付， 目前设备的线速度在 10m/min 左右，腾胜科技的 2.5 代新设备线速度据称能够达到 20m/min, 但目前技术暂时无法实现 30m/min 速度； 在水电镀设备方面，目前大多为 PCB 电镀设备企业进军复合铜箔水电镀领域，但由 PCB 电镀迁移至复合铜箔电镀时，基材的厚度降低、幅宽增加，在更薄且更易变形的膜上 镀铜，需要更高难度的工艺改进，目前国内能够量产水电镀设备的企业主要是东威科技， 其最新设备线速度在 15-20m/min，综合良率约 90%。

良率暂无行业统一评定标准，有较大提升空间。近期复合铜箔产品良率已有显著提升， 双星新材 2022 年 11 月答投资者问时称公司复合铜箔产品良率已达 92%，宝明科技目前的复 合铜箔产品良率约 80%，三孚新科称正在开发一步式全湿法复合铜箔化学镀铜工艺，希望 达到 95%良率。但总体而言行业现阶段暂无统一的良率评定标准，未来仍有较大提升空间。 复合铜箔结构加大电池内阻影响快充性能，通过打底层工艺可改善。根据电阻 R 的计 算公式（R=ρL/S，ρ 是电阻率，由材料性质决定；L 是长度；S 是横截面积），当铜厚度由 电解铜箔的 4.5 μm、6 μm 降到复合复合铜箔的双面共 2 μm 时，经过焊接后，相应的铜箔阻 值变为原始电解铜箔的 2.25 倍和 3 倍。根据焦耳定律，在充、放电电流不变的情况下，导 体产生