新型复合材料“PET 铜箔”概述 复材云集｜复合材料

一、概念：铜-高分子复合材料、多个领域崭露头角

PET铜箔是一种复合铜箔，它具有“铜-高分子-铜”复合的“三明治”结构，首先以PET（聚对苯二甲酸乙二酯）高分子膜作为基材，随后将金属铜层以先进工艺沉积于PET膜的上下两面。复合铜箔基础材料的厚度一般在3-8μm，之后在基膜两侧制作一层30-70纳米的金属层，然后通过增厚的方式将金属层增厚到1μm或以上，故复合铜箔的厚度一般在5-10μm，可以用来替代4.5-9μm的电解铜箔。PET铜箔则是以4.5μm的PET为基膜，然后在基膜两边各镀1μm的铜，进而形成6.5μm的PET铜箔。

这种“铜-高分子-铜”复合结构最早应用于覆铜板。覆铜板是一种应用于电子信息领域的复合材料，由高分子树脂、增强塑料、铜箔、填充材料等制作而成。树脂基体作为覆铜板的主要组成部分，能够显著影响覆铜板的性能。常用的树脂基体包括聚环氧树脂、聚苯醚、四氟乙烯、双马来酰亚胺、氰酸酯、环氧树脂等。PET铜箔另一项应用领域是高端电缆屏蔽层。PietroGalliani公司PET铜箔产品的厚度在63-116μm之间。PET层确保铜箔具备电绝缘性和较强的机械电阻，使得PET铜箔具有优良的屏蔽性能和抗外界电磁干扰性。该产品下游主要为高端电缆屏蔽层，为导体提供较高程度的保护。PET复合铜箔还可以应用于锂电池集流体。PET铜箔具有密度小、厚度薄、抗拉强度较高等特点，叠加其具有较好的导电性，因此具有替代传统锂电铜箔的潜力。锂电铜箔是锂电池负极材料的载体与集流体。锂电池的四大组成元素包括正极、负极、隔膜和电解液。负极是在铜箔上覆盖活性物质、粘结剂等，其功能是储存和释放能量，影响锂电池的循环性能等指标。锂电铜箔是锂电池负极的基础材料，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。锂电铜箔可将电池活性物质产生的电流汇集起来，形成较大的电流输出。

二、优势：高安全性+高比能，替代传统铜箔潜力大

PET铜箔具有高安全性、高能量密度、长寿命和强兼容性四大性能优势，可作为集流体应用于锂离子电池领域。

高安全性：复合铜箔凭借其独特的高分子材料，解决了电池因内短路易引发热失控的问题，提升了锂电池的安全性。一方面，复合铜箔导电层较薄，发生局部短路时更容易被熔断，致使局部电流被切断，降低因短路产生的热量。另一方面，复合铜箔的基膜为高分子材料，不具备导电性，且具有较大的电阻，能够减少短路电流，提高电池的安全性。

高能量密度：PET高分子材料密度显著低于铜密度。PET铜箔采用PET替代部分金属铜材，因此PET铜箔重量较轻。相较于传统铜箔，复合铜箔的厚度减少了25%-40%，给电池内的活性物质提供了更多的空间。在锂电池内，复合铜箔重量占比下降以及活性物质重量占比提升，可有效提升电池能量密度5%-10%。

长寿命：相较于金属材料，高分子材料弹性模量较低，能够在电池充放电的过程中吸收活性物质层因锂离子嵌入脱出而产生的膨胀-收缩应力，从而保证界面的完整性。

强兼容性：采用复合铜箔并不会影响电池内部的电化学反应，因此复合铜箔可以应用于不同规格、体系的动力电池，具有较强的兼容性。

提升电池能量密度是锂电铜箔的主要发展方向之一，未来PET铜箔市场渗透率有望迎来快速增长。近年来，锂电铜箔趋于极薄化，即通过压缩体积的方式提升电池的能量密度。2018年以来，6μm及以下锂电铜箔产量占比呈现上升趋势，从2018年的26%上升至2021年的64%。采用PET铜箔能显著提升动力电池的能量密度，同时兼具安全性，未来随着PET铜箔产业化进程的逐步推进，其市场渗透率有望快速增长。

在传统锂电铜箔中，直接材料成本占锂电铜箔总成本的比例较大，达83%，因此传统锂电铜箔的总成本对阴极铜价格变动的敏感性较高。目前PET铜箔处于产业化阶段，其生产工序中所需的磁控溅射设备及水电镀设备成本较高，在总成本中占据较大的比例。未来随着设备良率提升，有利于降低复合铜箔总成本。此外，由于PET价格远低于阴极铜价格，在PET铜箔实现量产后，其原材料成本优势将逐渐显现。

成本结构比较

三、制备：传统铜箔以电解法为主，市场规模增速快；PET 铜箔工艺难度高，镀铜为关键环节

（一）传统铜箔

传统铜箔的制作工艺包括电解铜箔和压延铜箔。

电解铜箔生产工序主要包括4道工序：溶铜、生箔、后处理和分切。首先，在特种造液槽罐内，采用硫酸、去离子水将铜料制成硫酸铜电解液，并通过循环过滤产出符合生箔工序工艺标准的电解液。其次，在生箔机电解槽中，电解液在直流电作用下致使铜离子获得电子，并于阴极辊表面电沉积制成原箔。然后进入后处理工序，对原箔的表面进行处理，包括酸洗、有机防氧化等，提高产品质量技术指标。最后进行分切工序，分切、检验、包装铜箔使其满足客户要求。压延铜箔生产工艺是反复辊轧铜板，进行一定温度的退火，叠加反复酸洗轧制而成。

相较于电解铜箔，压延铜箔对工艺控制及设备的要求更高，因此只有少量应用于锂电池，锂电铜箔的生产工艺以电解铜箔为主。2016-2021年中国电解铜箔产能占传统铜箔产能的比例维持在97%-99%，是我国铜箔的主要生产工艺。

按照应用领域的不同，电解铜箔可划分为电子电路铜箔和锂电铜箔，其中2021年锂电铜箔产能占比达48.6%。据高工锂电数据，2018-2021年，我国电解铜箔出货量从36.16万吨增长到65.6万吨，年均复合增长率为21.96%。2018-2021年，我国锂电铜箔出货量从9.4万吨增长到28.05万吨，年均复合增长率高达43.97%，高于电解铜箔增速。此外锂电铜箔极薄化方向明确，2021年动力电池企业明显加快对6μm铜箔的导入，各大铜箔企业6μm铜箔出货量也普遍占到企业铜箔产品出货量80%以上，为轻薄的PET铜箔带来了机遇。

（二）PET 铜箔

PET铜箔生产工艺基本原理是采用真空沉积的方式将PET金属化，然后采用水电镀的方式加厚铜层。由于PET表面光滑的特性，增强铜层与PET薄膜的结合力以及使得采用水电镀加厚的铜层具有均匀性和平整性是其技术难点。此外PET薄膜较薄，容易在真空沉积环节被穿透。

目前PET铜箔制作过程主要包括两步法和三步法。

复合铜箔两步法生产步骤包括磁控溅射和水电镀。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，之后通过水电镀将铜层增厚。第一步磁控溅射工艺是指稀有气体异常辉光放电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PET基体表面，进而在PET基体表面形成镀层，实现PET非金属材料金属化。磁控溅射工艺具有镀膜稳定性好、均匀度好、重复性高、结合力好、膜层致密高等优点，适合大面积镀膜。第二步采用水电镀工艺，实现集流体导电需求。水电镀工艺是指高分子材料薄膜通过磁控溅射附着金属层后，采用水介质电镀增厚的方式将铜层增厚至1μm左右，实现集流体导电需求。

复合铜箔三步法生产步骤包括磁控溅射、真空镀膜和水电镀。第一步仍是采用磁控溅射技术，以铜作为靶材，在PET基膜上进行纳米涂层，使PET基膜表面沉积铜层。但相较于两步法，三步法磁控溅射环节要求的铜膜厚度更低，因此其线速度会相应提高。第二步是采用真空蒸镀技术，对应的设备为蒸镀机。蒸镀机器内包括蒸镀室和卷取室，在高真空下加热金属，使其均匀地蒸发镀在薄膜表面。第三步是采用电镀增厚铜层至1μm左右，实现集流体导电需求。

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