一、PET铜箔：降低电池成本，解决热失控，提升电池安全性

铜箔占锂电池总重量约13%，仅次于正极材料、负极材料和电解液，是影响电池质量能量密度的关键原料；铜箔占NCM811锂电池总成本约9%，仅次于正极材料，是影响电池成本的关键原材料之一。

铜箔厚度、均匀性、抗拉强度等是决定锂电池能量密度、电池容量、循环寿命的重要指标。铜箔变薄可使相同电芯体积容纳更多活性材料，6μm和4.5μm铜箔相比8μm铜箔能量密度分别提升5%和9%；铜箔越薄，电池成本越低、受铜价影响越小；PET复合铜箔可有效解决电池热失控问题，提升电池安全性。

PET复合铜箔是新型锂电池负极集流体材料，相比传统电解铜箔，具有低成本、高安全和高能量密度的优势。复合铜膜是传统铜箔厚度的3/4，同样重量更轻。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。同时相比传统制箔流程工艺，污染排放更小。

复合集流体导电层较薄，局部短路易熔断，电池安全性有效提高。传统金属集流体，其金属材料更厚、不易熔化，当短路现象发生时，集流体尚未熔化、无法阻挡电流传递，亦无法阻止热失控现象的发生。由于复合集流体导电层较薄，短路时如保险丝般更易被熔断，局部电流被切断后短路电流大幅减小，温度升高幅度小，电池损坏仅局限于刺穿位点形成“点断路”，快速融化从而不进一步传导电流，最终阻止电芯燃烧。

图：复合铜箔缓冲应力避免毛刺刺穿隔膜

图片来源：重庆金美公司官网，《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》（马新平），九方智投、中信证券研究部注：橙色色块为铜层，灰色色块为PET等高分子基材

毛刺较小，高分子材料层熔点低快速切断失效电路传统集流体穿刺时会产生大尺寸毛刺，造成内短路，而复合集流体在受到穿刺时产生的毛刺尺寸小，并且因为高分子材料层发生断路效应，可控制断路电流不增大，可以有效控制电池热失控乃至爆炸起火高分子有机材料熔点较低，局部受热时受热部位能够迅速收缩坍塌，因此有机支撑层在放热时可以快速切断失效电路。

电池中电离迁移的锂离子数量超过负极石墨可嵌入数量会产生锂枝晶。锂枝晶继续增大会出现穿透隔膜使得正负极短路，电池将出现热失效等安全问题。而国内目前的复合集流体的受热断路时已经可以有效防止锂枝晶导致的热失效问题，这大大提升锂电池寿命和安全性。

PET复合铜箔采用“三明治”结构，具有厚度较薄、用铜量较少、高安全性等特征。

1）PET铜箔彻底解决了电池因内短路易引发热失控的行业难题，同时使得电池能量密度提升5%-10%、循环寿命提升5%，并具备兼容性；

2）设备是推动PET铜箔产业发展的重要因素，传统铜箔的原材料成本占比约83%，原材料环节难以降本；而PET铜箔原材料成本占比约31%，受产业化初期影响设备成本占比高达50%，PET铜箔生产通过规模效应降低成本的空间更大，主要降本路径为通过提高生产效率与良率摊薄单位固定成本。

PET复合铜箔中间一层4.5μmPET膜，膜两侧各有1μm厚金属铜的高端新材料，可以替代传统铜箔用作锂电池的负极集流体。与传统铜箔相比，PET复合铜箔具有成本低、安全性高、寿命长等诸多优势，有望大规模应用，相关企业加速布局，目前大都处于研发验证阶段。

PET复合铜箔在厚度3~8微米的PET或者PP等塑料薄膜表面先采用真空沉积铜的方式，制作一层约30-70纳米的金属层，将薄膜金属化，然后采用水介质电镀的方式，将铜层加厚到1微米，PET复合铜箔整体的厚度在5～8微米之间，来代替传统的电解铜箔。

采用PET镀铜膜对传统6微米铜箔进行替代可以减少82%的原料成本，理想情况下，整体成本下降约13%。

二、PET铜箔：工艺困难，先发厂商有优势

1.生产工序：磁控溅射设备+真空镀膜设备+电镀设备为主，工艺难点需要长期技术积累奠定先发优势厂商高技术壁垒。

1）将PET离子生成4.5μmPET膜；采用磁控溅射设备，使非金属材料PET膜（或PP膜）金属化，作为电镀前的金属打底层。PET等高分子材料的结晶度大、极性小、表面能低，会影响镀层与基材之间的黏合力，且高分子材料大多为不导电的绝缘体，因此无法直接进行电镀，需要先对高分子材料进行表面处理、活化等，使其表面沉积一层导电的金属膜，再进行电镀。

磁控溅射镀膜，可以对PET等非金属材料的表面进行金属化处理，实现材料导电，并保证膜层的致密度和结合力。磁控溅射工艺应用于复合铜箔材料时，多以纯度为99.999％的铜作为靶材，在PET基膜上进行真空纳米级涂层，通过一次或多次溅射，轰击铜靶材，使其沉积在PET基膜表面，形成厚度约为20nm-70nm的金属铜膜。

磁控溅射环节的工艺难点：

a.PET基膜比较薄，收放卷时容易起皱变形，控制材料不变形是工艺难点；

b.镀膜过程中温度升高，需要散热；

c.张力控制问题，幅宽较宽材料容易拉扯变形；

d.磁控溅射过程需要高压放电，可能存在膜穿孔现象；

e.设备技术经验积累和开发能力。

2）真空蒸镀，蒸发冷凝。磁控溅射后再加入真空蒸镀环节，蒸镀机器内分为卷取室和蒸镀室，在高周波诱导加热方式中需要在蒸镀室内使用圆形的坩埚，大约加热到1400-1500度左右，在高真空下金属被加热，均匀地蒸发镀在薄膜的表面上。将蒸发的金属冷凝在PET膜上后，能够均匀生产，效率也比较高。除此之外另外两种加热方式分别是通电加热以及电子束方式。

3）采用电镀设备，在金属化后的PET膜打底层两边镀铜，使各边厚度增厚至1μm，最终形成6.5μm的PET镀铜膜。水电镀方式增厚铜层：在磁控溅射完成了打底层后，通过水介质电镀增厚的办法将铜层增厚至1um左右，就可以实现集流体的导电需求。

相比PCB电镀，复合铜箔电镀需做出更难的工艺改进。尽管PCB电镀设备市场竞争者相对更多，由PCB电镀迁移至复合铜箔电镀，在更薄且更易变形的膜上镀铜，需要更高难度的工艺改进。复合铜箔电镀设备速度、幅宽、良率的提升对厂商要求更高，需要长时间的试验磨合，积累技术参数等，迭代改进传动等零部件设计，因此具有先发优势的厂商有望构筑较高的技术壁垒。

两步法和三步法是下游企业工艺路线的选择不同，但对最后一步的电镀设备的要求都是一样的。虽然三步法线速度相比两步法会大大提升，但技术的难度在于金属蒸发温度很高，而PET膜的耐温性大概在180多度，温差不当就会烫穿，形成多个孔洞，影响良率。目前大多数厂家还是采用两步法的工艺。

PET复合铜箔产业浪潮中，设备商有望受益于设备技术进步需求和下游资本开支驱动。通过PET替换金属铜，其特点为厚度较薄、用铜量较小、有效提升电池的安全性与能量密度。产业刚刚开始放量。

2.PET复合铜箔为新型电池负极集流体材料，产业化进程处于成长阶段，从PET基材、镀铜工艺、产业合作三个方面对目前技术发展方向进行分析,基础材料升级，薄膜厂家将受益。

1）关键难点：控制材料形变程度。复合铜箔中高分子薄膜厚度仅为4-4.5μm，在幅宽越高的情况下，材料张力控制越困难。在经过拉伸之后要进行收卷工序，《BOPET光学薄膜收卷凹陷的原因分析及解决方法》（陈晓峰等）中称对于23-125μm薄膜，收卷长度在6000-12000米左右，随着收卷卷径增加，若工艺控制不到位，边缘偏厚处薄膜累加，两端出现凸起较高的现象，收卷时造成母卷中间出现凹陷情况。

同时收卷张力和压力参数需要严格控制，过大会使得薄膜出现条纹，过小会使得卷入空气现象。

2）关键难点：控制材料热收缩。真空蒸镀会使基材受到热影响，如蒸发源或者靶材的热辐射、高能铜原子撞击动能和铜原子的内聚能都会使聚酯薄膜衬底温度升高，因此一方面需要控制工艺精度，将衬底温度控制在允许范围之内，另一方面需要对材料的热收缩率进行精密控制，通过调节工艺保持材料为较低的热收缩率。

《双向拉伸聚酯薄膜生产设备及工艺的探索》（钟永均）中表示，为了保证产品具备低收缩高模量性能，采用松弛热定型和张力热定型的组合方式进行处理，在张力热定型处理后，结晶度增加，热收缩性能降低。

3.关键难点：表面处理对于后续加工比较关键。以PET聚酯薄膜为例，聚酯薄膜表面能低，再加工困难，常用的表面处理方法为电晕、火线处理、在线涂布、机械打磨、蚀刻、共挤复合等。

若不对聚酯薄膜进行表面处理，金属镀层厚度较低，厚度增加会使得剥离强度急剧下降。通过电晕、清洗等提高表面张力，增加铜层和基体之间的粘附力，提升铜层厚度，改善真空镀膜性能。

参考资料：

20220723-天风证券-复合集流体：PET铜箔加速发展，激活锂电成长新曲线

20220614-中航证券-新材料行业PET铜箔：蓄势待发，设备先行

20220729-中信证券-塑料复合铜箔行业专题，塑料复合铜箔技术迭代，产业发展空间广阔

本报告由研究助理协助资料整理，由投资顾问撰写。投资顾问：王德慧（登记编号：A0740621120003）