复合铜箔与传统铜箔对比分析

相较传统铜箔，复合铜箔结构特殊有诸多优点：

1、有效控制穿刺问题提升安全性，导热性相对传统铜箔较弱

复合铜箔相较于传统铜箔具有更高的安全性。传统集流体材料受到穿刺时会产生大 尺寸毛刺，刺穿隔膜导致内短路引起热失控，其仅能以牺牲电池能量密度为代价延缓内 短路。而复合铜箔材料在受穿刺时产生毛刺尺寸小，且高分子基材熔点低，具有阻燃特 性，其金属导电层较薄，短路时会如保险丝般熔断，在热失控前快速融化，电池损坏仅 局限于刺穿位点形成“点断路”，控制短路电流不增大，可有效控制电池热失控。此外， 复合集流体能够有效防止锂枝晶导致的电池安全性问题：电池中电离迁移的锂离子数量 超过负极石墨可嵌入的数量，锂离子将在负极表面结晶称为锂枝晶。若锂枝晶继续增大， 出现穿透隔膜使正负极短路，电池将出现热失效等安全问题。复合集流体毛刺小且其受 热断路效应可有效防止锂枝晶导致的热失效问题，可大幅提升电池寿命和安全性。

复合铜箔相较于传统铜箔产热高，导热性差。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 6 μm 分别 降到 PET 复合铜箔的 2 μm 时，相应的铜箔阻值变为原始电解铜箔的 3 倍。由焦耳定律 Q=i²Rt，其中 i 为电流，t 为电流持续时间，可得在电流不变的情况下，产生的热量 Q 与阻 值 R 成正比。因此，若 6μm 复合铜箔的阻值为 6μm 电解铜箔的 3 倍，则电池运行过程中 复合铜箔产生的热量也会是电解铜箔产生热量的三倍。

对于锂电池来说，散热性能如果不 佳可能导致电池爆炸。相对于锂电池内部其他材料来说，铜材料属于热的良导体。因此铜 箔在锂电池内部还要发挥着重要的导热作用。根据阿拉丁照明网实验得出,当铜箔厚度降低， 特别是低于 1 OZ 后，铜箔导热性能将显著变差。复合铜箔中仅有 2 μm 厚的铜，且 PET 属于热的不良导体。上述因素叠加，将导致锂电池内部热量传递受阻，加剧锂离子电池内 部材料的分解，增加风险。

2、高分子基膜质地轻薄，提升电池能量密度约7%

铜箔质量约占三元动力电池总质量的 11%，采用质量较轻的复合铜箔替换传统铜箔 利于提升电池能量密度。复合铜箔主要使用 PET、PP 和 PI 三种高分子材料替换部分 铜材，其中 PET、PI 密度仅为铜密度的 1/7，PP 密度仅为铜的 1/10，可有效降低铜箔 总质量。 1）物理性能方面：PET 抗拉强度高、弯折性能好且具有绝缘性，改性后可耐受 130- 140℃高温；PP 材料的密度最低，但韧性较差、与铜的结合性有待提升，且可耐受温度 在三种材料中最低；而 PI 材料具有极好的力学性能，可耐受 290 摄氏度的高温。 2）化学性能方面：PET 材料不耐强酸强碱，而 PP、PI 材料可在强酸强碱环境下良 好运作。 目前，PP 材料与铜的结合性问题仍有待突破，PI 材料虽性能优异但成本过高难以 推广。而通过调节电解液配方，可以一定程度上缓解 PET 材料不耐强酸强碱环境的问 题，故 PET 材料目前应用相对广泛和成熟。

相较传统电解铜箔，复合铜箔能有效提高锂电池能量密度。复合铜箔采用的三种主 要高分子基膜PET、PP和PI的密度分别约为1.38 g/cm³、0.90 g/cm³ 和 1.40 g/cm³， 显著低于铜的密度 8.96 g/cm³。采用高分子基膜层替换部分铜层，可以有效降低铜箔总 质量，进而提高动力电池的能量密度。以6μm 铜箔为例：从铜箔总质量来看，由 PET、PP 和 PI 为基膜的复合铜箔每平 方米的质量分别为 23.44g、21.52g 和 23.52g，显著低于传统铜箔的质量53.76g；从成 品电池的能量密度来看，按照铜箔质量占动力电池总质量的 11%测算，采用由PET、PP和PI为基膜的复合铜箔分别可以提升电池能量密度达 6.6%、7.1%和 6.6%。

3、复合铜箔原材料成本约为传统铜箔34%

相比传统电解铜箔，复合铜箔具有更低的原材料成本。铜箔成本对电池成本影响很 大。6μm 的传统铜箔主要由铜组成，6μm 复合铜箔主要由 4μm PET 材料和 1μm*2 的铜层组成。截止 2023 年 3 月 31 日数据，市场上电解铜价为 69450 元/吨，PET 材料 参考价为 7690 元/吨，PP 材料参考价为 7825 元/吨，价格相差巨大。而受技术差异影 响，国内外不同类别 PI 薄膜价格相差较大，最低价亦接近 20 万元/吨，成本高昂难以大 规模应用于复合铜箔量产。相比传统电解铜箔，基于 PET 和 PP 材料的复合铜箔，其铜 材使用量低，原材料成本降低效果明显。

随着铜价与高分子基膜价格走低，传统与复合铜箔原料成本双双下降，但复合铜箔 仍具有显著原材料成本优势。我们假设：1）电解铜价格将于三年内逐步走低；2）PET 与 PP 基膜价格于三年内小幅下降。根据我们的测算，PET/PP 铜箔每平米原材料成本 约为传统铜箔的 34%左右。

4、复合铜箔主流工艺尚未确立，产业化提速有望持续降低工艺成本

相比传统锂电铜箔，复合铜箔的工艺有所简化，分为一步法、两步法和三步法。根 据重庆金美环评报告，传统铜箔工艺需要经过溶铜、净化、电解、制箔及后续处理等多 达 12 道以上的工序；复合铜箔的制备方法主要分为三种，根据物理相沉积（PVD）、化 学沉积和水电镀的使用情况，分别是：一步法、两步法和三步法。1）一步法采用化学沉积或是磁控溅射一步成型；2）两步法采用磁控溅射打底，再用水电镀完成剩余部分；3） 三步法采用磁控溅射打底，真空蒸镀为补充，最后用水电镀完成剩余部分。相比传统锂 电铜箔，复合铜箔的工艺流程更为简单。

复合铜箔制备的基本工艺分为物理相沉积、化学相沉积和水电镀，三种工艺各有所 长。1）物理相沉积方法包括离子镀法、磁控溅射法和真空蒸镀法：离子镀法因设备繁多、 操作复杂，未能在复合铜箔制造中得到广泛应用。磁控溅射法因其镀层附着力好、纯度 高且效果可控的优点，常用于基膜层的打底。真空蒸镀法的附着力较弱，但效率是磁控 溅射的 2-3 倍，故常作为磁控溅射法的补充用于提高整体效率；2）化学相沉积方法常在 湿式一步法中使用，业内主要使用厂商为三孚新科，具有工序简单、无切边效应的优点， 但其效率较低且需要额外投资；3）水电镀的镀铜效率最高，但附着性较差、对工艺要求 高且具有一定污染性，常与磁控溅射法与真空蒸镀法搭配使用以兼顾铜层附着性与效率。

三种主流复合铜箔制备方法各有优劣。1）一步法：通过化学沉积或是磁控溅射一体 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，缺点是效率较低，需要额外设备投资，是否能在效率与良品率的权衡下优于目前主 流的两步法尚不明朗；2）两步法：采用磁控溅射法打底，再由高效的水电镀法完成绝大 部分工作。在使用磁控溅射保证打底铜层的附着性的基础上，大大提高效率，但相比一 步法，均匀性略差；3）三步法：则是在两步法的基础上增加了真空蒸镀工艺，其主要优 点是具有最高的生产效率。主要缺点是工序繁多，且真空蒸镀工艺的高温环境容易使 PET 基底穿孔，良品率低。综合效率与良品率考虑，两步法在行业内进展较快。

随着复合铜箔设备的自动化程度以及产能利用率和良率的提升，复合铜箔工艺成本 将不断降低，成本优势逐渐显现。根据铜冠铜箔招股说明书，传统铜箔的成本结构相对 稳定，主要成本来源于原材料（铜材占绝大部分），占比接近 80%，折旧、直接人工、生 产用电及其他制造费用占比约 20%。另外，根据宝明科技投资者关系活动记录表，复合 铜箔制造良率不断提升。假设：1）电解铜箔各部分成本结构保持稳定，略有上下浮动；2）磁控溅射设备与水电镀设备价格趋于下降；3）两道工序的自动化程度以及产能利用 率和良率逐年提升；4）PP 铜箔制造良率比 PET 铜箔制造良率低 10%，这一差距逐年 缩小并最终趋于稳定。根据我们的测算，2025 年 PET 铜箔工艺成本有望下降至 1.62 元 /m²，PP 铜箔工艺成本有望下降至 1.75 元/m²。

5、综合成本优势突出，复合铜箔约为传统铜箔70%

综合原材料成本与工艺成本考虑，复合铜箔具有显著成本优势，其中 PET 铜箔综 合成本有望低于 2.9 元/m²，市场前景广阔。根据我们的测算：至 2025 年电解铜箔总生 产成本将达到 4.07 元/m²；PET 铜箔总生产成本将逐步降低至 2.88 元/m²，约为电解铜 箔生产成本的 70.80%，PP 铜箔总生产成本将逐步下降至 3.24 元/m²，约为电解铜箔生 产成本的 79.63%。复合铜箔成本优势显著，未来市场渗透率有望逐步走高，逐步替代传 统电解铜箔。