锂电产业链上,每一个新工艺、新材料的出现都会引发一阵躁动。在日益增长的传统铜箔市场上,复合铜箔凭借安全性、低成本等优势打开了一个缺口。

近年来,新能源汽车、储能等新兴行业景气高企,锂电池产量呈现爆发式增长,电池厂、整车厂对锂电池材料的高能量密度、高安全性及提质增效等提出更严苛要求。而复合集流体以兼顾能量密度、循环导命、安全性及电池成本的优势成为电池能量密度提高的最佳解决方案之一。其中,以新工艺复合铜箔为典型代表。

复合铜箔是以PET(PP)等高分子材料为基材,上下两面沉淀金属铜,其结构类似于“三明治”,主要由“铜-高分子-铜”复合而成。相对传统铜箔,复合铜箔优势在于安全性好、质量轻有助于能量密度提升、量产预期成本低。

传统铜箔的“最佳替代方案”:复合铜箔的百亿蓝海市场将打开

复合铜箔在磷酸铁锂电池、三元锂电池、钠离子电池中都可以使用,有效提升安全性和能量密度。锂电铜箔研发的方向和目的是轻薄化、低成本,复合铜箔是重要的研发方向之一,其作为电池负极集流体具有安全性高、成本低、提升电池质量能量密度等优点,未来将逐步替代传统铜箔。

根据测算,2025年复合铜箔需求量预计达到39.3亿m2,合计196亿元;复合铜箔设备约143亿元,包括69 亿元磁控溅射设备以及74亿元水电镀设备,可以说,复合铜箔即将开启百亿蓝海市场,发展潜力巨大。今天,请跟随《中国科技信息》一起来了解复合铜箔这项新的工艺及其相关产业链发展趋势。

什么是“复合铜箔”?

复合铜箔为“铜-高分子材料-铜”三明治结构,以高分子绝缘树脂 PET/PP/PI 等材料作为“夹心”层,上下两面沉积金属铝或金属铜。常见的厚度规格为4.5μm(微米), 在基膜两侧分别镀有铜层,常见规格为1μm(微米)。

 

由于具备良好的导电性、柔韧性、机械加工性能、成熟的加工技术、低廉的加工成本,铜箔是锂电池负极材料载体和集流体的首选,起到传导、汇集锂电池电流以产生最大输出电流的作用。

在锂电池的制作中,负极活性物质由约90%的负极活性物质碳材料、4%-5%的乙炔黑导电剂、6%-7%的粘合剂均匀混合后,涂覆于铜箔集流体表面,经干燥、辊压、分切等工序,即可制得负极电极,因此除负极活性物质之外,铜箔的性能对于锂电池的性能也有很大影响。

可以说,复合铜箔作为一种新型锂电池负极集流体材料,具备高安全、高比能、长寿命、低成本、强兼容等优势,有望替代传统铜箔成为主流技术路线。

我国锂电铜箔潜力不断增长

而从锂电铜箔产能增量看,2022至2023年的主要增量将主要来自中国大陆地区和其他一些亚洲国家。总的来看,2022年的锂电铜箔产能增量为18.34万吨,其中中国大陆地区占比88%;2023年的锂电铜箔产能增量为19.75万吨,全部来自中国大陆地区。

锂电铜箔是锂电池负极的关键基础材料,在锂离子电池中既是负极活性物质的载体,又是负极电子的收集体和传导体。负极所采用的传统铜箔厚度通常为6um-12um,占电池质量比例约9%,占成本比例约8%-10%。而除了降低铜箔厚度,复合铜箔是另一种对传统铜箔的替代方案。

庞大的需求推动我国复合铜箔已形成完整产业链,上游为原材料+设备厂商,中游为铜箔制造厂商,下游包括动力、消费、储能电池厂。而其中,上游的设备和基膜均具有较大的国产替代潜力。

具体来看,复合铜箔基膜主要采用PET基膜,水电镀工艺引入后PP基膜渗透率将有所提高。国内PET基材主要厂商包括双星新材、康辉新材、东材科技等;布局 PP 基膜的公司包括东材科技等。

而复合铜箔核心生产设备则包括磁控溅射设备+水电镀设备+超声波滚焊设备。其中,电镀设备龙头东威科技是目前国内唯一能批量生产用于复合铜箔制备的卷式水平镀膜设备厂商,单机设备良品率达90%,其双边夹卷式设备放量在即,首台磁控溅射设备有望快速交付;腾胜科技也已经从第1代设备升级到 目前最新的2.5代设备,在性能、产能与及良品率上得到很大的提升。

布局企业增多产业化加快

从趋势上来看,我国复合铜箔产业近年来布局企业增多,产业化加快。例如,2021年国内锂电铜箔产能达31.6万吨,同比增长37.99%,占比从2017年30%的提升至43.8%。除诺德股份、嘉元科技等头部企业加速扩产外,海亮股份、白银有色、江西铜业等铜企逐步布局 ,宁德时代、亿纬锂能、比亚迪、厦门海辰等动力/储能电池厂商 持续加码,积极研发并申请复合集流体相关专利,并推进复合集流体验证。

在全球数据中,截至2021年底,国内龙电华鑫、诺德股份、德福科技、嘉元科技的锂电铜箔产能排名全球前列。

根据测算,2025年复合铜箔需求量预计达到39.3亿m2,合计196亿元;复合铜箔设备约143亿元,包括69 亿元磁控溅射设备以及74亿元水电镀设备。在这个趋势下,假设2025年复合铜箔渗透率提升至20%,中国复合铜箔规模将从2021年0.2亿平方米增长至2025年39.2亿平方米,同时由0.9亿元增长至196.1亿元。随着工艺进步和成本下降,复合铜箔单价逐年略降,从2021年6元每平方米降至2025年为5元每平方米。

伴随着我国复合铜箔产业加速发展,完整产业链已基本形成,渗透率的提升、产能的提升、成本价格的降低,意味着我国复合铜箔即将开启百亿蓝海市场,发展潜力巨大。

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