新能源汽车前沿技术专题报告：电镀铜铝箔产业分析

来源：方正证券
发布时间：2021/08/11
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一、电镀铜/铝箔介绍

电镀铜/铝箔是一种夹层式的电池集流体

电镀铜/铝箔与传统箔材的主体功能相同。电镀铜/铝箔是一种新型的动力电池集流体材料，主要由3部分组成，中间一层为绝缘树脂 (PET/PEN/PP材质)做芯的导电薄膜，导电薄膜在PET表面还有一些镀层结构。导电薄膜的两侧为厚度1-2μm的金属，主要是一种夹层式的结构。

与传统箔材的制造工艺不同。传统的铝箔和铜箔主要是由辊压或电解工艺生产得到；电镀铜/铝箔是在厚度3.5-6μm的塑料薄膜表面采用磁控溅射和真空蒸镀的方式，制作一层20-80nm的金属层，然后通过水电镀的方式，将金属层加厚到1-2μm，制作总厚度在5.5-8μm之间的复合金属箔，用以代替6-9μm的电解金属箔。

电镀及真空蒸镀在过去的电池行业应用较少

电镀广泛应用于电子计算机、通信、消费类电子、工业仪器、国防航天等行业，基本原理为在含有预镀金属的溶液中，以被镀基体金属为阴极，镀层金属或其他不溶性材料做阳极，通过电解作用，使镀液中预镀金属的阳离子在基体金属表面沉积出来，形成镀层。

真空蒸镀广泛应用于OLED屏幕等行业，使用金属、合金或化合物镀膜，镀铝或绝缘物当作电容之电极。基本原理为在真空条件下，使金属、金属合金等蒸发，然后沉积在基体表面上，蒸发的方法常用电阻加热，电子束轰击镀料，使蒸发成气相，然后沉积在基体表面。

电镀铜/铝箔的安全性强

安全性好是复合材料关键要素之一。随着动力电池在市场渗透率越来越高，安全成为电池产品的最基本诉求。但由于电池能量密度越来越高，电池热失控的风险也同步增加。复合金属箔中间的导电薄膜的阻燃结构，可以大大提高电池的安全性，使用了电镀铜/铝箔的电池可以让高镍电池更安全，保证产品性能的竞争力。

PET的引入对电池能量密度有贡献。电镀铜/铝箔的厚度能达到传统箔材的水平甚至更薄，在部分金属

二、电镀铜/铝箔与传统箔材的比较

电镀铜/铝箔技术优势

电镀铜/铝箔技术。电镀铜/铝箔相比于传统箔材在产品性能、量产可制造性和成本空间上有明确的不同，在性能和成本空间上的优势是电镀铜/铝箔打开市场的关键。在量产可制造性和现行成本上来看，电池制造的附加成本是电镀铜/铝箔在推广中重要的问题，亟待继续突破通孔问题和持续降低产品成本。

主要优势：1）能量密度高。由于PET材料较轻，复合金属箔质量比纯金属箔轻1/3-1/5，电池层级的能量密度将增加。2）安全性高。复合金属箔中间的PET层和磁控溅射形成的阻燃结构，当发生热失控时可以为电路系统提供无穷大的电阻，从而降低电池燃烧起火爆炸的可能性。在高镍电池的测试实验中，可以通过针刺实验。3）材料的降本空间大。同等情况下，金属的用量只有原来纯金属箔的 1/3-1/5。如果能够控制制造成本，根据第一性原理，复合箔理论成本会低于金属箔，能有效应对金属价格上涨。

电镀铜/铝箔技术短板

现阶段短板：1）箔材穿孔。金属在磁控和蒸镀到PET材料过程中因为有高温的金属熔融物，可能飞溅熔穿箔材形成通孔。在电池的生产过程中会引起箔材断带，影响电池生产效率，增加制造成本。第二代蒸镀设备对该问题有改善，但无法完全杜绝。2）存在产能瓶颈。由于磁控和蒸镀的节拍限制，目前复合箔的单位设备效率不及传统箔材，这在产品放量的过程中会存在明显瓶颈。3）电池内阻增大，电池的输出功率受影响。相比于金属箔，复合箔的PET和金属存在较大的接触电阻，同时由于阻燃剂等介质的引入，电池的电阻会有所增加，电池在高低温的功率会小幅下降，可能会对整车的加速体验有影响。4）电池制造需新增工序。因为PET材料的引入，常规的电池生产工艺无法直接平移。在极片制作过程中，需要至少增加一个转接焊工序，用来制造极片的极耳，电池的制造成本会增加。

市场空间

新能源行业景气度高，带动锂电池产量快速增长。根据高工产研锂电研究所（GGII）的数据和前瞻研究院的预测，2016～2020年，中国动力锂电池出货量逐年上升。2020年中国动力电池出货量为80GWh，同比增长13%，2020年动力电池市场规模约为650亿元，到2026年我国动力锂电池市场规模有望突破千亿元。

近几年将是锂电池需求旺盛的时期，整个电池产业链都将保持高速的增长。储能、消费在内的新能源产业数据，我们预计， 2021年全行业装机量达到370Gwh，同比增长44%，22-25年仍然保持持续增长的状态，到2025年将来到TWh时代，预计装机量1390GWh，同时增速会放缓至 32%。

电镀铜/铝箔需求预测

2021年铜箔供应紧张，电镀铜/铝箔有望打开市场。在锂电需求的带动下，自去年下半年以来，锂电铜箔行业快速回暖，市场供不应求，头部企业处于满产满销状态，加工费快速攀升。另一方面供应端产能有限，国内锂电铜箔在近两年的产能释放速度跟不上客户的扩张速度。作为金属箔材的同类产品，电镀铜/铝箔有着更大的试用机会与推广空间。以扩产周期更长的铜箔为例，若假设每GWh电池装机量对应铜箔790吨用量，2021年开始，电镀铜/铝箔的渗透率从0.25%开始逐渐增加，逐步挤占传统箔材市场。若假设到2025年时渗透率达到15%，对应电镀铜箔的总计出货量将达到15万吨。

电镀铜/铝箔市场推广方向

从下游电池厂来看，对复合铝箔的需求更加迫切。影响复合铝箔和铜箔推进进度和终期市场配比取决于两个关键维度：安全和成本。该材料的引入可以很大程度解决安全问题，除了高端乘用车，随着三元体系在二轮车市场的普及，入户充电的安全问题成为产品焦点，电镀铜/铝箔对于高镍三元体系的推广有关键性作用。同时由于其提高能量密度的属性，对于下游整车厂来说是缓解里程焦虑的新方案。

从上游材料竞争格局来看，电镀铜/铝箔的降本属性更加受到关注。国内铜价一直持续上涨，2021年上半年铜价涨幅达到21.6%；而电池铜箔全年供应紧张，扩产周期长，市场需求存在缺口。虽然说现在复合铜箔的成本因为制造初期成本比较高，在价格上没有传统铜箔低，理论上单位材料的铜用量仅有传统箔的1/3左右，当后期形成规模效应后降本空间明确。

三、电镀铜/铝箔的制造工艺

铜箔：生产以电解工艺为主

铜箔的生产有延压和电解两种方式，由于成本更低、设备简单，目前主流应用的是电解铜箔，其工艺主要包括四个工序： 1）溶铜工序：主要目的是电解液制备。在特种造液槽罐内，用硫酸、去离子水将铜料制成硫酸铜溶液，为生箔工序电解液；2）生箔工序：在生箔机电解槽中，硫酸铜电解液在直流电的作用下，铜离子获得电子于阴极辊表面电沉积而制成原箔，经过阴极辊的连续转动、酸洗、水洗、烘干和剥离等，将铜箔连续剥离、收卷而形成卷状原箔。但由于核心设备阴极辊主要为日本生产，短期供应短缺，因此铜箔扩产周期长，无法快速释放产能；3）后处理工序：对原箔进行酸洗、耐热处理、有机防氧化等表面处理工序；4）分切工序：根据客户的要求，对铜箔进行分切、检验和包装。

铝箔：生产以辊压工艺为主

与铜箔不同，铝箔主要是采取辊压工艺。锂电池用铝箔使用上游供应商提供的电解铝（铝锭）进行轧制，将铝箔胚料经过多次轧制多次热处理轧制成需要的厚度。在这个过程中主要有粗轧和精轧两道工序，精轧后会对铝箔进行表面处理，在这个过程中也需要很好的控制铝箔的张力，最后将铝箔分切成锂电厂家需要的宽度和长度。在生产工艺的后期，对铝箔的强度延伸率的需求都是通过控制轧制压力和控制热处理工艺来实现的。

电镀铜/铝箔工艺介绍

电镀铜/铝箔的制造工艺比传统箔材复杂。根据重庆金美新材料科技有限公司发明专利《一种导电薄膜、导电薄膜的制备方法及锂离子电池》，电镀铜/铝箔制备和核心工艺是导电薄膜的生产，经过至少7个关键工序后薄膜完成，其制备的精度是nm级别要求；再在薄膜的基础上进行水电镀增厚1-2μm，从而达到需求箔材的厚度。理论上来说水电镀层的厚度，可以通过电镀工艺进行控制，所以电镀铜/铝箔在尺寸上还有更多的可能。

蒸镀是生产的核心工序，其次是水电镀。材料的核心结构是通过至少三道磁控溅射和蒸镀来制造，箔材厂在蒸镀工艺中已有专利布局《双面连续镀膜的真空蒸镀装置》，确保技术的核心竞争力。

四、电镀铜/铝箔的产业

电镀铜/铝箔产业链

电镀铜/铝箔产业链主要变化在设备。箔材的原材料都是成熟的大宗商品，电池厂和设备厂的主要变化都来自设备端，箔材制造的蒸镀设备和电镀设备，电池制造主要会新增转接焊设备。

竞争格局-铜铝箔材

下游需求旺盛，传统箔材受阴极辊限制扩产。需求快速扩张刺激铜箔企业新一轮扩产，但铜箔投产周期在2年左右，无法快速释放产能，预计2021、2022年铜箔供应偏紧。铜箔长扩产周期主要是因为核心设备阴极辊供应短缺：6μm以下铜箔的生产须利用采购自日本的阴极辊，而日本产阴极辊交付订单已排到3年之后。而电镀铜/铝箔的制造，仅用不锈钢的常规辊材即可满足，蒸镀设备的交付周期大约6-8个月左右，可以有效缩短箔材的扩产周期，填充部分的箔材需求缺口。

锂电传统产品壁垒不高，行业格局相对分散。传统电池箔材作为目前唯一的集流体形态，产品类型高度统一，主要的区别在产品厚度，不同供应商的同一厚度箔材可替换性较强。锂电铜箔行业格局分散，呈现出头部供应商份额差别不大，小份额供应商多的形态。全球CR3占比不足30%，主要原因系资产偏重+产业链条短难以与竞争对手拉开巨大差距。

镀铜/铝箔已有量产经验，新扩产年底开始释放

电镀铜/铝箔是金美新材料研发的新型材料，已有完整的专利技术布局，同时辐射电镀铜/铝箔相关的阻燃剂、镀铜溶液等原材料的配套开发，技术壁垒高。金美新材料是长江晨道（CATL间接参股）和中国宝安参股，从事新型高端功能材料，高端电子专用材料、及其它新型高分子材料的研发、制造和销售的前沿技术企业。已成为CATL 的指定新型复合金属箔材供应商，一代机生产的产品在2019年量产交付给CATL，通过电池层级验证，实现对终端市场的量产交付。

金美新材计划快速实现二代电镀铜/铝箔的量产。已向上游厂商订购相应设备，陆续从年底开始放量交付箔材，计划短时间内达到过亿平米的产量，实现盈利。从整车厂的电池开发意愿来看，尤其是海外整车厂坚持以高镍三元作为核心路线。电池安全是核心，能量密度和成本是双翼，电镀铜/铝箔能够良好的匹配这些指标。