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锂电铜箔新技术蓄势待发-4.5μm PET、PP 基膜镀1μm 厚的铜膜

Time：2022-10-04Number：1981

锂电铜箔目前作为锂电池的负极集流体，因锂电铜箔用铜量较高，材料成本受到铜价影响较大，电池安全性和能量密度存在瓶颈等原因，动力电池厂商出于成本、安全性和能量密度等方面考虑，有动力和需求寻找新型替代材料。PET 铜箔基于原材料成本节省约2/3、安全性和能量密度更高等特性，契合下游发展规律，有望在一定程度上替代传统铜箔，实现从0到1 的过程。

    1、什么是复合铜箔？复合铜箔是一种形状类似“三明治”的电池集流体材料，其中中间层为4.5μm 厚的PET、PP 基膜，外层各镀1μm 厚的铜。因此，从结构来看，相比于目前传统6μm 的锂电铜箔，PET 铜箔是将造价较低的PET 基膜替代金属铜，从而实现用铜量减少2/3，达到降低原材料成本的目标。

    2、为什么复合铜箔受到市场关注？复合铜箔具备四大优势，有望替代传统铜箔。

    1）安全性高：电池自燃是由于发热失控导致的内短路。传统铜箔，受压后易断裂，断裂后易刺穿隔膜，造成内短路引起发热失控。而PET 材料由于中间有个隔膜，高分子不容易断裂，有阻燃的效果。即使发生了断裂情况，1μm 的镀铜也无法达到刺穿隔膜的强度标准，从而规避内短路的风险，提高电池安全性。

    2）提升能量密度：PET 材料相较金属铜轻，所以复合铜箔整体质量较小，可以有效减轻电池重量，提升电池能量密度。

    3）寿命长：在电池充放电的过程中，相较于金属，高分子材料的膨胀率更低，表面更为均匀，寿命较传统铜箔延长5%。

    3、目前PET 铜箔的壁垒？我们从PET 铜箔的生产流程着手，探寻目前行业遇到的困难及壁垒。我们根据重庆金美的环评报告，可以将制造流程归为以下3 大步骤。我们以二步法为例：

    1）原材料及设备采购：PET 铜箔主要是采购厚度为4.5μm 的PET 基膜、铜靶材、辅材等原材料。目前，行业中生产PET 铜箔的主要设备为磁控溅射设备/电子束蒸镀设备、水电镀等。其中磁控溅射部分的设备多采用进口设备、水镀设备多采用进口的设备。

    2）PVD 方法镀膜：目前在基膜上金属化，主要采用磁控溅射以及蒸发镀膜等方式。在真空环境下，利用磁控溅射设备在基膜上先镀50nm 左右的铜膜。具体的原理为，电子在真空的条件下，在飞跃过程中与氩原子发生碰撞（期间会通入纯净的氩气），使其电离产生出Ar+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，而Ar+在电场作用下加速飞向Cu 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厚度为50nm 左右的薄膜。在此过程中，铜靶材的利用率较低，为32.12%。

    3）离子置换工艺/水电镀：通过离子置换机进行金属置换金属层增厚。将膜面金属层作为阴极，膜面在穿过药剂槽液下辊之间穿行，膜面在药剂中，发生离子迁移置换反应，膜面上得到电子后，在膜面上形成铜层，铜层堆积厚度为1μm 左右。

    在此过程中，铜球和无氧铜角的利用率为80%左右。

    综上，我们认为目前PET 铜箔的壁垒主要体现在工艺和设备方面。

    1）工艺壁垒：磁控溅射方法是工艺环节中难度较高的环节，即在极薄的基膜上，如何将铜镀的均匀且贴合紧密。这就需要对溅射路径、溅射力度进行不断试错，否则会出现溅射不均匀、击穿基膜/掉粉等问题。后续进行的增厚镀铜工艺，实则来源于PCB 的电镀工艺。与PCB 电镀工艺不同的是，在基膜金属化后，由于附着在基膜上的铜更薄（PET 铜膜厚度在50nm 左右，PCB 的铜膜厚度在μm 级别），因此对张力控制、均匀性的要求更高。

    2）设备壁垒：真空磁控溅射的设备主要采用海外设备为主，水镀增厚设备以东威科技等设备厂商为主。由于PET 铜箔为新兴产品，设备或需进行新的研发和改造。主要难点体现在膜较薄后，设备如何能够满足PET 铜箔的基材或膜材均匀度好、不变形、不穿孔等需求。

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Our main products include flexible substrate coating, shielding materials, absorbing materials, precious metal slurries, and more!

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锂电铜箔新技术蓄势待发-4.5μm PET、PP 基膜镀1μm 厚的铜膜

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