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复合铜箔是什么?市场为什么这么热?

2025-01-20 21

复合铜箔属于锂电池材料的一种,替代的是传统铜箔。

传统铜箔是电芯的负极集流体,6um铜箔约占电芯总质量的11%,按4月磷酸铁锂电芯0.72元/w,铜箔占总成本的11.2%。

复合铜箔凭借质量轻、成本低、性能更佳的优势,被认为可以替代传统的电解铜箔。大概率会先从储能、低端动力领域替代。

复合铜箔根据中间材料的不同分为PET、PP、PT复合铜箔。产业端是从2015年便开始有公司实验室研究,2017年金美推出产品,重点方向在PET和PP。

目前pet进度稍快,PET的主要问题在于基膜存在凸点和不耐强酸强碱,目前通过基膜优化、电解液配方改良已能不断改善;

PP基膜致密性更好且耐强酸强碱,但PP与铜的结合力较差,在设备端要求更高,目前量产困难。目前看PET复合铜箔的性能问题已基本解决,接下来是良率;PP需要再跟踪一下。

2022年年中PET铜箔开始大规模给电芯厂送样,6月21日双星新材拿到行业内*个pet铜箔订单,预计24年开始交付。

PP方面,按券商说法,这个月部分厂家开始送样,预计半年左右出电池厂验证结果。

优势

成本低。主要是原材料成本低。目前的锂电池铜箔主要为6um铜箔,PET铜箔是4um左右的PET材料,加两面各1um的电镀铜。因此原材料成本价格低65%左右。

考虑到设备投资额高、良品率提升以及规模效应,华安证券预计2025 年PET/PP 铜箔总成本约为传统铜箔的70.8%与79.6%。

以嘉园科技为6um铜箔扩产为例,传统铜箔单平米投资额约为3.2 元;据宝明科技公告,PET 铜箔单平米投资额约为 7.7 元,设备成本约1.4倍。

质量能量密度高

联系电话:19921272900

PET、PI的密度为铜密度的1/7,PP密度为铜的1/10。对于6μm铜箔,使用PET、PP和 PI不同高分子材料可分别提升动力电池能量密度6.6%、7.1%和6.6%。

安全性高

电池自燃的原理是由于隔膜穿刺,进而引起内部短路,电流成倍放大,导致热失控起火。

PET 复合铜膜因为中间是高分子材料,不容易断裂,即便断裂,1微米镀铜的强度很难达到刺穿隔膜的标准,可以实现不刺穿,把内短路的风险规避掉。

另外高分子材料层会发生断路效应可控制短路电流不增大,以有效控制电池热失控。类似于熔断器功能,有效降低了电池热失控风险 。

劣势:

产热高

根据Q=i²Rt,铜箔厚度从6um降到3um,产热量会增加三倍,对电池提出了更好的散热要求。

充电效率低

官网:yuanjuxing.com

在低倍率充放电时候,采用传统箔材或者复合箔材,电芯的充放电曲线一般没有明显的差异。而到了2C、4C高倍率充放电时, 复合箔材性能表现有可能低于传统箔材。上海源聚兴机电

常温循环下,PET 铜箔循环寿命在 2000 圈左右;高温循环下,PET 铜箔循环寿命 1350 圈左右。相比常温 2500 圈、高温 1800 圈的常规循环寿命略低。

上下游产业链

从产业链分解角度来看,复合铜箔产业链上游主要为相关设备、基膜和其他辅材, 中游为复合铜箔生产厂商,下游为锂电池生产厂商。

上游设备制造,目前头部厂商卡位优势明显,技术*约两年左右。材料端基膜和铜靶材目前开始国产替代;粒子貌似还是依赖进口。

制造环节,传统电解铜箔厂商和转型厂商均有参与,目前看转型厂商进度更快。下游目前看是电芯厂验证比较积极,宁德时代、海辰、国轩等企业目前也已经下场建厂,宁德是入股15.7%重庆金美。

设备在技术路线后面再讲。

基膜:被日、美企业掌握

2021 年,我国出口PET薄膜量略高于进口量,进口金额约两倍于出口金额,进口单价较出口单价高出约142%,高端PET薄膜进口依赖度较大,目前国产替代处于起步阶段。

基膜由于单平成本约0.047元,占PET铜箔总成本约3.5元较小,因此基膜的市场规模暂时忽略。

铜靶材:同样主要被日本企业掌握

传统铜箔采用电解铜箔工艺,对铜的纯度要求是99.5%;复合铜箔的铜箔制作需要磁控溅射,对铜的纯度要求在99.9%以上。

国内目前刚开始替代。若磁控溅射60nm厚度铜,靶材单平成本约0.07元,同样先暂时忽略。不过从当前国内做pet的企业来看,他们更倾向于用国产基膜和靶材。

技术路线

三种主流复合铜箔制备方法各有优劣,目前市场更认可两步法。

一步法:通过化学沉积或磁控溅射一体机一步成型。其主要优点是工序简单,均匀性好且良品率高,存在技术壁垒难以被模仿,但缺点是效率很低,电费成本高;

两步法:采用磁控溅射法打底30~70nm,再由高效的水电镀法完成绝大部分的镀铜工作。在使用磁控溅射保证打底铜层的附着性的基础上,提高1倍以上效率,但相比一步法,均匀性略差;

三步法:则是在两步法的中间加入了真空蒸镀工艺,由于真空蒸镀是磁控效率的3~4倍,这样效率*。主要缺点高温环境容易使基膜穿孔,良品率低,且增加一道设备成本。

综合效率与良品率考虑,两步法在行业内应用最广。

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