cu2so4

报告出品方：太平洋证券

以下为报告原文节选

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1、具备高安全、高能量密度、长寿命等优势，复合集流体前景广阔

1.1 复合集流体具备多重优势，有望成为下一代电池集流体材料

集流体是锂（钠）电池中的关键材料之一，在锂(钠)离子电池中既充当正、负极活性物质的载体，又充当其电子流的收集与传输体。目前压延铝箔、电解铜箔由于导电性良好、制作工艺较为成熟等，是主流的正、负极集流体材料，其99.5%以上的成分为纯铝/纯铜，在锂电池中的成本占比合计约为11%。集流体的抗拉强度、延展性、致密性、表面粗糙度、厚度均匀性及外观质量等对锂(钠)离子电池正负极制作工艺和锂(钠)离子电池的电化学性能有着很大的影响，因此锂（钠）电池对集流体的厚度、抗氧化性能及粘附性能等提出了多方面的要求。然而传统集流体厚度较厚、重量较重、料用量较大、抗拉强度和延展性有限，随着锂(钠)离子电池性能、成本不断优化，需要新型集流体材料来满足锂(钠)离子电池升级对集流体提出的更高要求。

复合集流体是一种以高分子绝缘树脂材料作为“夹心”层，上下两面沉积金属铜或铝，制成“金属导电层-高分子材料支撑层-金属导电层”三明治结构的新型锂电材料。复合集流体用密度及成本更低的绝缘高分子材料对原来部分金属材料进行替代，对锂电池能量密度提升、安全性提升、成本降低具有重要的意义。

1.2 复合集流体具备高安全、高比能、长寿命等优势

高安全1）复合铜箔中间的高分子基材具有阻燃特性，且其金属导电层较薄，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”；2）经受力断裂后毛刺较少，可有效防止内短路。

高能量密度复合铜箔中间层采用轻量化高分子材料，随着重量占比降低、电池内活性物质占比增加，能量密度可提升5%以上。

长寿命高分子材料围绕电池内活性物质层形成层状环形海绵结构，在充放电过程中，可吸收极片活性物质层锂离子嵌入脱出产生的膨胀-收缩应力，从而保持极片界面长期完整性，使循环寿命提升约5%。

强兼容传统铜箔直接升级为复合铜箔不会影响原有电池内部电化学反应，因此复合铜箔可运用于各种规格、不同体系的锂（钠）电池。

低成本复合铜箔用成本更低的高分子材料对原来部分铜材料进行替代，减少铜的用量，从而降低生产成本。

资料来源：重庆金美环评报告、重庆金美官网、 《基于弹塑性有限元分析的电镀铜薄膜缺口疲劳断裂特性研究》、太平洋研究院整理

1.3 复合铜箔VS传统电池铜箔：复合铜箔成本有望具备明显优势

复合铜箔相于比传统电解铜箔：1）优势在于成本低、更安全、减重、能量密度高等，减重方面，由于PET/PP的密度是1.38/0.9g/cm³，小于铜的8.9g/cm³，因此相同厚度下复合铜箔相比于传统铜箔质量能够降低56%/60%，生产每GWh锂电池所需用量能够降低63%/66%；2）缺点在于生产工艺较复杂、良率较低，且铜层更薄导致电导率较低、容易发热。

成本方面，由于材料成本大幅降低，复合铜箔规模化生产后单平成本有望降低至3元以下，相比于传统铜箔有望具备显著的成本优势。

1.4 复合铝箔VS传统电池铝箔：降本空间大，但更利于减薄以及提升安全性

复合铝箔相于比传统铝箔：1）优势在于更安全、减重、减薄、能量密度高、工艺流程短等，减重方面，由于PET/PP的密度是1.38/0.9g/cm³，小于铝的2.7g/cm³，相同厚度下质量降低32%/45%，生产每GWh锂电池所需用量降低19%/35%；2）缺点在于制造成本较高，且铜层更薄导致电导率较低、容易发热。

成本方面，由于铝的价格较低，材料成本下降幅度相对较小，同时制造成本较高，复合铝箔相较于传统铝箔并没有显著的成本优势，但更利于减薄以及提升安全性，有望应用于对安全性、能量密度要求较高的高端电池产品。

1.5 复合集流体市场空间前景广阔，2025年有望达百亿级

① 我们预测，2023、2024、2025年全球储能电池以及动力电池需求共为1379/1868/2388GWh；

② 假设复合铜箔渗透率2023-2025年从1%提升至10%，复合铝箔渗透率从0%提升至5%；预计复合集流体的市场空间将从2023年的10亿元逐步增长至2025年的230亿元，发展前景广阔。

2、工艺难度较大，镀膜为关键

2.1 基膜材料主要包括PET/PP/PI三种高分子材料

2.2 传统铜箔：普遍采用电解法，工艺成熟

生产步骤：溶铜-生箔-表面处理-分切

• 溶铜：先将干净铜料加入到溶铜罐内，关闭溶铜罐盖，再加入一定数量的纯水和硫酸，然后通入空气进行氧化化合反应，形成硫酸铜溶液。反应完毕后，硫酸铜溶液经过滤除杂质，再通过热交换降温、添加纯水调节硫酸铜溶液浓度等处理,形成生产工艺所需的硫酸铜溶液。化学反应方程式：2Cu+ 2H2SO4+O2=2CuSO4 +2H2O。

• 生箔：采用电解铜法，在专用的生箔机中，在直流电的作用下，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。在阴极上Cu2+得到2个电子还原成Cu,在阴极辊上电化结晶形成生箔。随着阴极辊的不断旋转，铜不断地在辊面上析出，而不断析出的铜从辊面上剥离，经过水洗、烘干，收卷成铜箔。化学反应方程式： CuSO4+H2O → Cu+H2SO4+1/2O2 ↑

• 表面处理及分切：将铜箔在铜缓蚀剂溶液中浸泡，铜缓蚀剂可以吸附在金属表面形成一层很薄的膜，保护铜免受大气及有害介质的腐蚀。铜箔经表面处理使用纯水清洗。铜箔表面残留的水分通过表面处理机生产线上配备的电烘干机将铜箔上残留水分烘干，再利用收卷机将铜箔卷成卷状。将产出的原箔按订单需求的来分切、检验、包装、出货。

2.3 复合铜箔：多数厂商选择两步法，主要步骤为磁控溅射+水介质电镀

目前多数厂商选择使用两步法生产复合铜箔：首先采用磁控溅射真空镀膜技术对基础材料表面进行金属化处理，确保材料导电以及膜层的致密度和结合力达到一定要求，之后通过水电镀将铜层增厚。

1）磁控溅射：利用稀有气体产生的等离子体在电场和磁场的作用下对阴极铜靶材表面进行轰击，进而把靶材表面的分子、原子、离子及电子等溅射出来，被溅射出来的粒子沿一定方向射向基膜表面，进而基膜表面形成镀层，实现基膜非金属材料金属化。

2）水介质电镀：高分子材料薄膜通过磁控溅射附着金属层后，在外电流的作用下，用水介质电镀的方式将铜层增厚至1μm。

优势：1）溅射原子能量高，薄膜与基底的附着力强；2）通过控制靶电流来控制膜厚，可控性和重复性好；3）不会混入坩埚加热器的材料成分，金属膜层纯度高质量好。

难点：1）溅射为点对点碰撞，成膜速度慢；2）高真空、高电压，装置结构较复杂；3）溅射原子热量高，均匀度差、缺陷密度高。

复合铜箔：两步法详解—以重庆金美为例

具体步骤：真空磁控溅射活化-真空磁控溅射镀铜-分切-酸性离子置换-水洗-防氧化处理-烘干-分切-打包储存-出货

1）真空磁控溅射活化及真空磁控溅射镀铜：采用4.5μm厚度的PET作为基膜，在真空磁控溅射设备中进行镀膜。通过 PVD（Physical vapor deposition）方式，将设备本体真空、工艺真空控制在一定参数，通入纯净的氩气。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，并以高能量轰击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基膜上形成薄膜，厚度一般为 5-20nm。以此薄膜为基膜，以同样的方式进行镀膜，形成的薄膜厚度一般为 10-40nm。

2）酸性离子置换（水介质电镀）：采用磷铜球作为阳极，将磷铜球放置于钛蓝制作的阳极袋中，然后整个阳极袋都浸入酸性药剂（酸性硫酸溶液：硫酸90~170g/L、铜离子50~160g/L、氯离子30~60ppm）中，以膜面金属层为阴极，膜面在穿过药剂槽液下辊之间穿行，膜面浸入在药剂中，进行离子迁移置换，膜面上得到电子后将形成铜层，铜堆积层厚度为900nm，膜通过的速度为3~5m/min。为增加铜堆积层表面致密性和强度，通常还需要在酸性药剂体系中加入酸性添加剂、盐酸等作为辅助剂。

3）防氧化处理：采用阻隔空气的方法对铜堆积层进行抗氧化，即使复合薄膜经过抗氧化池，在抗氧化池中添加抗氧化剂 QT-3，含芳香烃化合物，可防止铜及其合金腐蚀变色，能在表面形成透明半渗透性薄膜，其厚度约为 30-60nm。

复合铜箔：三步法—在两步法的基础上加入真空蒸镀

生产步骤--磁控溅射、真空蒸镀、水电镀。

• 真空蒸镀：是一种物理相沉积（PVD）方法，把金属熔化成液态，形成金属蒸汽开始挥发，然后把蒸汽中铜原子冷凝在高分子材料表面沉积和成长。在磁控溅射后增加真空蒸镀环节，目的是提高沉积速度，真空蒸镀的沉积速度是磁控溅射的3-4倍，可以快速补足铜膜到适合电镀的厚度。

• 优势：1）加热熔化，成膜速率快、效率高；2）蒸发附着无需高压电场，设备比较简单、操作容易；3）真空加热蒸发原子动量低，薄膜厚度均匀。

• 难点：1）仅为附着原理，薄膜与基底的附着力弱；2）金属蒸汽可达1000℃以上，基底易被烫坏；3）受熔点限制，高熔点能耗高，靶材选择范围窄。

复合铜箔：少数厂商选择一步法，主要包括全湿法和全干法

• 全干法（仅真空磁控溅射法或真空蒸镀法）：使用纯磁控溅射工艺或开发磁控溅射和真空蒸镀一体机镀铜，通过反复磁控溅射或反复蒸镀，并利用多靶材、多腔体提高效率，最终将镀铜层沉积至1微米。

• 全湿法（化学沉积法）：是利用化学还原的方法，使原来不导电的塑料表面沉积一层导电的铜层。全湿法的详细步骤以专利《一种塑料用化学镀铜液及其制备方法》为例：1）预处理：将塑料置于预处理液（为王水和苯并三氮唑的混合溶液）中进行超声处理，之后用去离子水清洗；清洗之后放入预处理液中（次氯酸钠、HCl 和 H2O2 的水溶液）进行超声处理，处理完成后用去离子水清洗，干燥后得到预处理塑料。

2）化学镀铜：将预处理塑料置入化学沉积铜溶液中，用氢氧化钠调 pH 值，常温下超声沉积，静置后过滤、洗涤、干燥 ，得到表面镀铜塑料。化学沉积铜溶液为硫酸铜、甲醛、乙二胺四乙酸二钠和柠檬酸钠的水溶液。

优势：1）生产步骤减少，利于提升产品良率。2）通过化学反应沉积或纯真空镀铜，可以省去水电镀环节，解决边缘效应，从而提升均匀性，使得幅宽做得更宽。3）不需要夹杂有机添加剂，沉积为纯铜，纯度更高。

难点：1）污水处理成本高；2）连续的磁控溅射会减弱复合铜箔的物理性能，而真空蒸镀技术实际实施起来难度很大。

总体工艺目前尚处于实验室研发阶段且无实质应用和市场进展，发展速度较慢，生产成本较高。

资料来源：《一种塑料用化学镀铜液及其制备方法》、光润真空官网、太平洋研究院整理

复合铝箔：工艺流程相对简单，但成本较高

传统铝箔的生产工艺主要为压延法。指将铝锭熔炼后，通过多道次不同形状的轧辊和热处理来实现横向弯曲，再经过表面处理，最终形成目标的截面形状。主要生产工序顺序为：铝锭熔炼、铸轧、箔扎、分切等。

复合铝箔生产工艺主要为真空蒸镀法。首先在原材料原膜上使用化学气相沉积方式（Chemical Vapor Deposition）的方法沉积铝的氧化层，再使用镀膜氧化铝的物料作为基膜，使用物理气相沉积方式（Physical Vapor Deposition）形成具备特殊性能的金属铝薄膜。

复合铝箔VS传统铝箔:

1）优势：工艺流程大大缩短、 避免了原有压延工艺尘埃大、油污多等的问题。

2）难点：用电量大、生产制造成本高、产品的连续性较差、设备依赖于进口等。

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