一、概念：銅-高分子復(fù)合材料、多個領(lǐng)域嶄露頭角

PET銅箔是一種復(fù)合銅箔，它具有“銅-高分子-銅”復(fù)合的“三明治”結(jié)構(gòu)，首先以PET（聚對苯二甲酸乙二酯）高分子膜作為基材，隨后將金屬銅層以先進工藝沉積于PET膜的上下兩面。復(fù)合銅箔基礎(chǔ)材料的厚度一般在3-8μm，之后在基膜兩側(cè)制作一層30-70納米的金屬層，然后通過增厚的方式將金屬層增厚到1μm或以上，故復(fù)合銅箔的厚度一般在5-10μm，可以用來替代4.5-9μm的電解銅箔。PET銅箔則是以4.5μm的PET為基膜，然后在基膜兩邊各鍍1μm的銅，進而形成6.5μm的PET銅箔。

這種“銅-高分子-銅”復(fù)合結(jié)構(gòu)最早應(yīng)用于覆銅板。覆銅板是一種應(yīng)用于電子信息領(lǐng)域的復(fù)合材料，由高分子樹脂、增強塑料、銅箔、填充材料等制作而成。樹脂基體作為覆銅板的主要組成部分，能夠顯著影響覆銅板的性能。常用的樹脂基體包括聚環(huán)氧樹脂、聚苯醚、四氟乙烯、雙馬來酰亞胺、氰酸酯、環(huán)氧樹脂等。PET銅箔另一項應(yīng)用領(lǐng)域是高端電纜屏蔽層。PietroGalliani公司PET銅箔產(chǎn)品的厚度在63-116μm之間。PET層確保銅箔具備電絕緣性和較強的機械電阻，使得PET銅箔具有優(yōu)良的屏蔽性能和抗外界電磁干擾性。該產(chǎn)品下游主要為高端電纜屏蔽層，為導(dǎo)體提供較高程度的保護。PET復(fù)合銅箔還可以應(yīng)用于鋰電池集流體。PET銅箔具有密度小、厚度薄、抗拉強度較高等特點，疊加其具有較好的導(dǎo)電性，因此具有替代傳統(tǒng)鋰電銅箔的潛力。鋰電銅箔是鋰電池負極材料的載體與集流體。鋰電池的四大組成元素包括正極、負極、隔膜和電解液。負極是在銅箔上覆蓋活性物質(zhì)、粘結(jié)劑等，其功能是儲存和釋放能量，影響鋰電池的循環(huán)性能等指標。鋰電銅箔是鋰電池負極的基礎(chǔ)材料，既是負極活性物質(zhì)的載體，又是負極電子的收集體和傳導(dǎo)體。鋰電銅箔可將電池活性物質(zhì)產(chǎn)生的電流匯集起來，形成較大的電流輸出。

二、優(yōu)勢：高安全性+高比能，替代傳統(tǒng)銅箔潛力大

PET銅箔具有高安全性、高能量密度、長壽命和強兼容性四大性能優(yōu)勢，可作為集流體應(yīng)用于鋰離子電池領(lǐng)域。

高安全性：復(fù)合銅箔憑借其獨特的高分子材料，解決了電池因內(nèi)短路易引發(fā)熱失控的問題，提升了鋰電池的安全性。一方面，復(fù)合銅箔導(dǎo)電層較薄，發(fā)生局部短路時更容易被熔斷，致使局部電流被切斷，降低因短路產(chǎn)生的熱量。另一方面，復(fù)合銅箔的基膜為高分子材料，不具備導(dǎo)電性，且具有較大的電阻，能夠減少短路電流，提高電池的安全性。

高能量密度：PET高分子材料密度顯著低于銅密度。PET銅箔采用PET替代部分金屬銅材，因此PET銅箔重量較輕。相較于傳統(tǒng)銅箔，復(fù)合銅箔的厚度減少了25%-40%，給電池內(nèi)的活性物質(zhì)提供了更多的空間。在鋰電池內(nèi)，復(fù)合銅箔重量占比下降以及活性物質(zhì)重量占比提升，可有效提升電池能量密度5%-10%。

長壽命：相較于金屬材料，高分子材料彈性模量較低，能夠在電池充放電的過程中吸收活性物質(zhì)層因鋰離子嵌入脫出而產(chǎn)生的膨脹-收縮應(yīng)力，從而保證界面的完整性。

強兼容性：采用復(fù)合銅箔并不會影響電池內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)，因此復(fù)合銅箔可以應(yīng)用于不同規(guī)格、體系的動力電池，具有較強的兼容性。

提升電池能量密度是鋰電銅箔的主要發(fā)展方向之一，未來PET銅箔市場滲透率有望迎來快速增長。近年來，鋰電銅箔趨于極薄化，即通過壓縮體積的方式提升電池的能量密度。2018年以來，6μm及以下鋰電銅箔產(chǎn)量占比呈現(xiàn)上升趨勢，從2018年的26%上升至2021年的64%。采用PET銅箔能顯著提升動力電池的能量密度，同時兼具安全性，未來隨著PET銅箔產(chǎn)業(yè)化進程的逐步推進，其市場滲透率有望快速增長。

在傳統(tǒng)鋰電銅箔中，直接材料成本占鋰電銅箔總成本的比例較大，達83%，因此傳統(tǒng)鋰電銅箔的總成本對陰極銅價格變動的敏感性較高。目前PET銅箔處于產(chǎn)業(yè)化階段，其生產(chǎn)工序中所需的磁控濺射設(shè)備及水電鍍設(shè)備成本較高，在總成本中占據(jù)較大的比例。未來隨著設(shè)備良率提升，有利于降低復(fù)合銅箔總成本。此外，由于PET價格遠低于陰極銅價格，在PET銅箔實現(xiàn)量產(chǎn)后，其原材料成本優(yōu)勢將逐漸顯現(xiàn)。

成本結(jié)構(gòu)比較

三、制備：傳統(tǒng)銅箔以電解法為主，市場規(guī)模增速快；PET 銅箔工藝難度高，鍍銅為關(guān)鍵環(huán)節(jié)

（一）傳統(tǒng)銅箔

傳統(tǒng)銅箔的制作工藝包括電解銅箔和壓延銅箔。

電解銅箔生產(chǎn)工序主要包括4道工序：溶銅、生箔、后處理和分切。首先，在特種造液槽罐內(nèi)，采用硫酸、去離子水將銅料制成硫酸銅電解液，并通過循環(huán)過濾產(chǎn)出符合生箔工序工藝標準的電解液。其次，在生箔機電解槽中，電解液在直流電作用下致使銅離子獲得電子，并于陰極輥表面電沉積制成原箔。然后進入后處理工序，對原箔的表面進行處理，包括酸洗、有機防氧化等，提高產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)指標。最后進行分切工序，分切、檢驗、包裝銅箔使其滿足客戶要求。壓延銅箔生產(chǎn)工藝是反復(fù)輥軋銅板，進行一定溫度的退火，疊加反復(fù)酸洗軋制而成。

相較于電解銅箔，壓延銅箔對工藝控制及設(shè)備的要求更高，因此只有少量應(yīng)用于鋰電池，鋰電銅箔的生產(chǎn)工藝以電解銅箔為主。2016-2021年中國電解銅箔產(chǎn)能占傳統(tǒng)銅箔產(chǎn)能的比例維持在97%-99%，是我國銅箔的主要生產(chǎn)工藝。

按照應(yīng)用領(lǐng)域的不同，電解銅箔可劃分為電子電路銅箔和鋰電銅箔，其中2021年鋰電銅箔產(chǎn)能占比達48.6%。據(jù)高工鋰電數(shù)據(jù)，2018-2021年，我國電解銅箔出貨量從36.16萬噸增長到65.6萬噸，年均復(fù)合增長率為21.96%。2018-2021年，我國鋰電銅箔出貨量從9.4萬噸增長到28.05萬噸，年均復(fù)合增長率高達43.97%，高于電解銅箔增速。此外鋰電銅箔極薄化方向明確，2021年動力電池企業(yè)明顯加快對6μm銅箔的導(dǎo)入，各大銅箔企業(yè)6μm銅箔出貨量也普遍占到企業(yè)銅箔產(chǎn)品出貨量80%以上，為輕薄的PET銅箔帶來了機遇。

（二）PET 銅箔

PET銅箔生產(chǎn)工藝基本原理是采用真空沉積的方式將PET金屬化，然后采用水電鍍的方式加厚銅層。由于PET表面光滑的特性，增強銅層與PET薄膜的結(jié)合力以及使得采用水電鍍加厚的銅層具有均勻性和平整性是其技術(shù)難點。此外PET薄膜較薄，容易在真空沉積環(huán)節(jié)被穿透。

目前PET銅箔制作過程主要包括兩步法和三步法。

復(fù)合銅箔兩步法生產(chǎn)步驟包括磁控濺射和水電鍍。首先，采用磁控濺射真空鍍膜技術(shù)對基礎(chǔ)材料表面進行金屬化處理，確保材料導(dǎo)電以及膜層的致密度和結(jié)合力，之后通過水電鍍將銅層增厚。第一步磁控濺射工藝是指稀有氣體異常輝光放電產(chǎn)生的等離子體在電場和磁場的作用下對陰極銅靶材表面進行轟擊，進而把靶材表面的分子、原子、離子及電子等濺射出來，被濺射出來的粒子沿一定方向射向PET基體表面，進而在PET基體表面形成鍍層，實現(xiàn)PET非金屬材料金屬化。磁控濺射工藝具有鍍膜穩(wěn)定性好、均勻度好、重復(fù)性高、結(jié)合力好、膜層致密高等優(yōu)點，適合大面積鍍膜。第二步采用水電鍍工藝，實現(xiàn)集流體導(dǎo)電需求。水電鍍工藝是指高分子材料薄膜通過磁控濺射附著金屬層后，采用水介質(zhì)電鍍增厚的方式將銅層增厚至1μm左右，實現(xiàn)集流體導(dǎo)電需求。

復(fù)合銅箔三步法生產(chǎn)步驟包括磁控濺射、真空鍍膜和水電鍍。第一步仍是采用磁控濺射技術(shù)，以銅作為靶材，在PET基膜上進行納米涂層，使PET基膜表面沉積銅層。但相較于兩步法，三步法磁控濺射環(huán)節(jié)要求的銅膜厚度更低，因此其線速度會相應(yīng)提高。第二步是采用真空蒸鍍技術(shù)，對應(yīng)的設(shè)備為蒸鍍機。蒸鍍機器內(nèi)包括蒸鍍室和卷取室，在高真空下加熱金屬，使其均勻地蒸發(fā)鍍在薄膜表面。第三步是采用電鍍增厚銅層至1μm左右，實現(xiàn)集流體導(dǎo)電需求。

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