电解铜箔是指以阴极铜或铜线为主要原料,采用电化学沉积法生产的金属箔材。将铜料经溶解制成硫酸铜溶液,然后在专用电解设备中,在直流电的作用下,使硫酸铜溶液中的铜离子在阴极还原成铜而制成原箔,再对其进行表面粗化、固化、耐热层、耐腐蚀层、防氧化层等表面处理,其中锂电铜箔主要进行表面有机防氧化处理,最后经分切、检测后制成成品。
电解铜箔是现代电子行业不可替代的基础材料,被称为电子产品信号与电力传输、沟通的“神经网络”。根据应用领域的不同,电解铜箔可以分为应用于印制电路板的电子电路铜箔,以及应用于锂电池的锂电铜箔;根据铜箔厚度不同,按照通行标准可以分为极薄铜箔(≤6μm)、超薄铜箔(6-12μm)、薄铜箔(12-18μm)、常规铜箔(18-70μm)和厚铜箔(>70μm);根据表面状况不同可以分为双面光铜箔、双面毛铜箔、双面处理铜箔、单面毛铜箔和低轮廓铜箔(RTF 铜箔、VLP 铜箔、HVLP 铜箔)等。
海关进出口统计数据显示,2020 年我国电子电路铜箔的平均出口价格为9,975 美元/吨,比上年增长 4.0%;而平均进口价格为 12,243 美元/吨,比上年下降 2.6%,连续两年下降;同时,近年来贸易逆差也持续下降,这说明我国电子电路铜箔在国际市场的竞争力逐步提升。然而,我国向日本进口的电子电路铜箔产品进口平均单价为 2.38 万美元/吨,远高于总体平均进口单价 1.22 万美元/吨,说明日本铜箔企业在高端、高附加值产品上具有绝对优势。总体而言,中国电子电路铜箔进出口单价差距和贸易逆差仍然较大,高档高性能电子电路铜箔进口替代市场空间较大。
高性能电子电路铜箔按照应用领域可以划分为五类,包括高频高速电路用铜箔、IC 封装载板用极薄铜箔、高密度互连电路(HDI)用铜箔、大功率大电流电路用厚铜箔、挠性电路板用铜箔。目前,我国生产的电子电路铜箔产品仍以中低端为主,高端电子电路铜箔主要依赖进口。
在高端铜箔各品种中,应用最多、产量最大的是低轮廓铜箔,其中主要为RTF 铜箔、VLP 及 HVLP 铜箔;这主要是由于随着科技应用的发展,使用高频信号传输的领域越来越多、频率要求越来越高。低轮廓铜箔,一直是国内外铜箔企业努力抢占的技术高地,全球低轮廓铜箔 2020 年产量和市场格局如下:
从产品结构来看,近年来锂电铜箔明显呈现“轻薄化”趋势。2018 年以来 6μm 锂电铜箔开始逐渐替代 8μm 及以上锂电铜箔,早期主要是动力电池领域,而后延伸至数码领域部分头部企业。2020 年,6μm 及以下锂电铜箔占比为 50.4%,其中 4.5μm 锂电铜箔约占 2.4%左右;2021 年 1-6 月,6μm及以下铜箔进一步渗透,市场渗透率达到 55.6%,其中 4.5μm 锂电铜箔约占5.2%。目前,存在部分技术相对传统谨慎的动力电池企业仍然应用 7-8μm 锂电铜箔,以及大部分传统数码、储能、小动力、电动工具领域仍主要应用 8μm 及以上锂电铜箔。
(1)行业的技术特点
电解铜箔制造是技术、资金、人才密集的行业,电解铜箔的生产技术集电子、机械、电化学等多学科为一体,且对于生产环境要求较为严格。为生产出高品质的产品,铜箔生产企业需要具备深厚的研发技术储备、丰富的生产经验以及先进的生产设备及工艺,技术特点主要体现在如下方面:
1)添加剂及其他配方条件
添加剂在一定程度上决定了铜箔的产品性能和用途,不同添加剂在电沉积过程中发挥不同的作用,因此不同用途的铜箔需要不同的添加剂,由于添加剂种类繁多,互相之间影响关系复杂,添加剂成分、浓度等均会对产品性能产能影响,因此添加剂的选型配制难度较大,掌握和研发混合型添加剂需要以电化学、材料学研究为基础,配合有效的检测设备和科学的检测方法,具有研发周期长、投入高等技术壁垒。此外,生产过程其他配方条件还包括电流密度、电解液温度、电解液的洁净度等。通过对配方的研发和改进,才能够获得结构致密、毛面晶粒大小基本均匀且排列紧密、杂质含量极少的铜箔。
2)生产工艺控制
电解铜箔的生产过程需要各个环节的协调配合。在制液工序中,电解液中铜、酸浓度处于动态变化,为保证将浓度控制在最佳范围内,需要在生产过程中及时监测电解液中铜、酸浓度并进行实时调整;在生箔工序中,阴极辊的转速、电流会直接影响铜箔厚度,需进行精准控制;而在表面处理工序中,为保障产品质量,需要对进入表面处理工序的原箔进行不同功能特性处理及全面检测。铜箔的各生产工序相互影响,每一生产节点都会影响最终产品品质,故对企业在生产中的工艺控制水平、现场管理的科学规范性提出了较高的要求。
3)设备管控能力
近年来因电解铜箔下游应用领域持续发展变化,核心设备及操作尚未形成统一的标准。主要设备溶铜罐、硅藻土过滤器、阴极辊及生箔机、表面处理机列、阴极辊磨床等都是非标设备,各家铜箔企业的设备结构和操作技术要点都存在差异。电解铜箔设备操作技术需要进行多年积累,在使用发展过程中,通过不断发现问题、反馈和持续改进;其中,添加剂配方、电流密度、电解液浓度等生产工艺条件需要与产线设备、操作人员水平相匹配,而且新产品、新技术、新工艺的开发与应用,都存在人机磨合、不断完善的过程。
因此,设备管控能力的高低,直接影响铜箔企业的竞争力。成熟铜箔企业可通过预先设计规划工作流程,将积累的设备使用、维护和升级的经验及时提炼出来,融入到生产线设计、设备采购标准和操作规范中,从而发挥生产线的最佳效能,使产品质量和良率达到较高水平。但若铜箔企业缺乏设备管控经验或操作人员能力不足,不仅会导致生产设备的综合效率较低,更会对高端产品的生产造成较大影响。
(2)行业的技术水平
中国大陆电解铜箔技术起步于 20 世纪 60 年代,较日韩等国家晚发展近 20年。近年来,内资电解铜箔生产企业持续进行自主研发并取得技术突破,逐步拉近了与世界先进技术水平的差距,目前中国大陆电解铜箔总出货量在全球市场占比已近 60%。
1)电子电路铜箔
从 2018 年开始,随着 5G 通讯、汽车电子、人工智能等新一代信息技术产业的发展,市场对电子电路铜箔产品的品种需求结构也有所变化,对高档高性能铜箔的需求规模有明显的增长,其中高频高速电路用铜箔、IC 封装载板极薄铜箔、大功率及大电流电路用厚铜箔、二层法挠性覆铜板(2L-FCCL)用铜箔等成为市场发展需求的主要品种。
目前,全球高端铜箔市场仍被日本、中国台湾、韩国铜箔厂家所占领,我国内资铜箔企业虽然近年来在部分高端电子电路铜箔的性能及品质方面实现了较大的提升和突破,但与外资铜箔企业相比仍存在较大差距,目前多数中国内资企业普遍不具备高品质高频高速铜箔等高端铜箔的量产能力,其市占率较国内需求而言远远不足、国产替代空间较大,这有赖于继续加强研发投入,加快电子电路铜箔技术升级的步伐。
2)锂电铜箔
近年来,锂电铜箔轻薄化趋势明显,但动力电池企业应用极薄锂电铜箔存在工艺难度,下游电池厂商的技术发展和产品需求直接决定了 6μm 及以下极薄锂电铜箔的应用,由于国际三大电池制造商松下、LG、三星此前在动力电池制造用 8μm 超薄铜箔上止步不前,目前我国已经在极薄锂电铜箔领域取得了一定的领先优势。
宁德时代率先解决极薄锂电铜箔应用的工序难题,研发设计出专门用于6μm 极薄铜箔的涂布机和全球首台 6μm 极薄铜箔高速卷绕机,并于 2018 年后开始规模化应用 6μm 铜箔,目前国内一线动力电池厂商宁德时代、比亚迪、国轩高科等已成熟应用 6μm 铜箔,其中宁德时代 6μm 铜箔渗透率超过 90%,且已开始导入 4.5μm 铜箔。
(1)国家产业政策支持电子电路铜箔转型升级
电子电路铜箔为电子信息产业的基础材料之一,近年来国家对相关产业出台了多项支持性政策,尤其是目前对于应用于 5G、工业互联网和数据中心市场的特种印制电路板,包括高频高速、高层高密度印制电路板、集成电路封装基板、特种印制电路板等均列入重点高端产品,相应的应用于该等高端 PCB 产品的电子电路铜箔成为重点需要突破的关键材料技术。
《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》(2016 版)将高密度互连印制电路板、柔性多层印制电路板和特种印制电路板纳入鼓励发展的战略性新型元器件;《产业结构调整指导目录(2019 年本)》将高密度印制电路板、柔性电路板、高频微波印制电路板、高速通信电路板纳入国家重点鼓励项目;2021年发布的《基础电子元器件产业发展行动计划(2021-2023 年)》将高端印制电路板材列为需要突破的关键材料技术。
受下游产业升级的影响,实现高性能电子电路铜箔国产化替代已成为行业重要发展方向之一,国家政策在此领域的重视及支持将促进我国电子电路铜箔制造产业的转型升级。
(2)5G、大数据、人工智能等拉动高性能铜箔需求
自 2020 年起,我国已经开始有序推进 5G 网络规模化的建设及应用,加快主要城市 5G 覆盖,已新建 5G 基站 60 万个以上;5G 建设作为“新基建”重要工程之一,预计未来产业规模将实现快速增长。同时,5G 网络的持续建设,将支撑工业 4.0、可穿戴设备等规模化应用以及数据中心等设施的部署升级,大数据、云计算、人工智能、物联网等行业亦将实现快速发展。在这些终端需求的带动下,对高速高频、超精细电路等高性能铜箔的需求将进一步提升。
目前,我国电子电路铜箔产能仍主要集中于中低端产品,高端产品主要依赖进口的局面尚未得到实质性的改善,随着国内高端铜箔产品需求的快速提升以及内资铜箔企业持续研发投入,国产替代空间较为广阔。
(3)“双碳”目标下,新能源产业加快高质量发展
锂电铜箔应用于锂电池的制造,下游主要面向新能源汽车、3C 数码产品以及储能系统等市场,其中新能源汽车产业是锂电池下游最为重要的应用,而储能系统是未来成长性最高的下游应用之一。
宏观环境方面,随着全球气候变化形势的日益严峻,越来越多的国家将“碳中和”上升为国家战略,提出了无碳未来的愿景。自我国提出“碳达峰、碳中和“目标以来,“双碳”目标已经上升为国家战略,并提出构建以新能源为主体的新型电力系统;锂电池作为新能源电力产业链重要载体,预期在未来将持续高速发展的趋势。
发展新能源汽车作为国家战略,被肯定为我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路。2020 年 4 月,财政部将新能源汽车推广应用财政补贴政策实施期限延长至 2022 年底,平缓补贴退坡节奏;2020 年 6 月,“双积分”政策修订落地,进一步通过市场机制引导整车企业发展新能源汽车;2020 年 11 月,我国印发的《新能源汽车产业发展规划(2021-2035)》提出,到2025年新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的 20%左右,到 2035 年纯电动汽车成为新销售车辆的主流,推动我国新能源汽车进入加速发展阶段。2021 年 1-6 月,我国新能源汽车销量达到 120.6 万辆,同比增长 201.50%,新能源汽车渗透率一路攀升,至 6 月已经达到 12.7%的历史新高。
在储能系统方面,在“碳达峰、碳中和”的背景下,预期我国未来将进行深刻的能源结构调整,光伏、风能等新能源的比重加速提升;储能电池作为动态供需平衡系统,对于电网储能具有重要意义。2021 年 7 月,国家发改委、国家能源局发布的《关于加快推动新型储能发展的指导意见》指出,坚持储能技术多元化,推动锂离子电池等相对成熟新型储能技术成本持续下降和商业化规模应用。公开数据显示,2020 年国内锂电储能出货量为 16.2GWh,同比增长70.53%,远高于锂电池行业整体增速。
综上,在“双碳”目标以及新能源汽车产业、电化学储能等发展规划的推动下,锂电铜箔将极大地受益于锂电池产业链的高质量发展趋势,具备核心竞争力的铜箔企业也将得以实现快速发展。
(1)中低档铜箔产品的同质化竞争日趋激烈
我国铜箔市场,尤其是电子电路铜箔现有产能仍主要集中于中低端传统产品,存在部分企业仍盲目扩建低端产能,高端产品市场渗透率总体较低。若我国高端电解铜箔品种不能得到发展,违反市场发展规律、无序盲目上马的投资扩产行为不能被有效引导,国内铜箔行业中低档产品的同质化竞争将进一步加剧,贸易逆差将持续存在并延续。
(2)工业金属铜价格大幅波动
铜箔的生产成本主要构成为原材料铜,如果短期内上游原材料铜价出现大幅波动,而成本压力受多种因素影响未能及时向下游产业链传导,或将导致企业盈利能力受到较大冲击。目前全球新冠疫情仍未结束,宏观经济形势较为复杂,大宗商品价格持续波动,如果未来铜价持续剧烈波动导致生产成本压力持续上行,将对行业长远发展构成不利影响。
(1)电子电路铜箔行业未来发展趋势
1)电子产品集成化、自动化、小型化、轻量化、低能耗趋势,推动电子电路铜箔产业技术升级
随着世界电子电路行业技术迅速发展,元器件的片式化和集成化应用日益广泛,电子产品将持续向集成化、自动化、小型化、轻量化、低能耗等方向发展。与此同时,电子产品的技术发展将促进 PCB 持续向高密度、高集成、高频高速、高散热、轻薄化、小型化等方向发展,未来多层板、刚挠结合板、HDI板、IC 载板等高端 PCB 产品的需求量将日益显著增长。下游技术变化趋势将推动电子电路铜箔产品向超薄化、低轮廓度、细微粗化等方向发展,持续推动电子电路铜箔产业技术升级。
2)电子电路铜箔市场走向“多元化”与“细分化”
由于电子产业的突飞猛进,PCB 产业终端的应用市场呈现多元化趋势,产品的运用范围也大幅扩增。因此各铜箔制造厂商逐渐转变为以下游客户用途来进行产品分类、设计与品质的管控,市场走向“细分化”。
铜箔应用领域的扩大,带来性能要求的个性化、差异化演变,形成了铜箔在品种与性能上的“多元化”。仅高档高性能铜箔按照应用领域就可划分为高频高速电路用铜箔、IC 封装载板用极薄铜箔、HDI 铜箔、大功率大电流电路用厚铜箔、挠性电路板用铜箔,在此基础上各铜箔品种自身还存在多个衍生品种和性能参数的不同需求。
3)高端电子电路铜箔需求持续增长、国产替代速度加快
受益于 5G 通信产业的快速发展,高频高速铜箔需求量持续增长。由于 5G通信需要更快的传输率、更宽的网络频谱及更高的通信质量,5G 通信设备对高频通信材料的性能要求将会更加严苛;随着 5G 商业化进一步推进,高频材料在天线端及 5G终端产品的渗透率将逐步提升,GGII预计到 2023年,天线端及 5G终端产品对于高频基材需求达到顶峰,需求规模将达 114.7 亿元,2019-2023 年复合增长率为 82.3%。此外,随着半导体市场的持续增长,预计 IC 封装载板用极薄铜箔、HDI 铜箔需求量亦将攀升。
目前,我国高端电子电路铜箔仍主要依靠对日本等国家地区的进口,我国内资铜箔企业市场占有率与国内市场对高端电子电路铜箔的需求量并不匹配。
近年来,国内主要铜箔企业已加快对高端电子电路铜箔的研发投入,高端电子电路铜箔的国产替代步伐加快。
(2)锂电铜箔行业未来发展趋势
1)下游需求不断推动锂电铜箔产业技术升级
随着新能源汽车产业的逐步成熟,相关补贴技术标准亦逐步提升,对行业的技术创新提出了更高的要求。2020 年 4 月颁布的《关于完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》(财建〔2020〕86 号)规定,新能源乘用车(非公共领域)的补贴门槛进一步提升到续航 300 公里;针对近年来新能源汽车频繁出现的安全问题,亦进一步强化了生产企业产品质量主体责任。
为适应新能源汽车市场由政策驱动向市场驱动转型,产业链技术协同升级成为关键,高强度、轻量化、高安全、低成本、长寿命是动力电池未来重要的发展趋势。在锂电池不断提高能量密度的驱动下,锂电铜箔向着更“轻薄”方向发展,铜箔厚度越薄,质量减轻,单位质量电池容量越大,能量密度也就越高;同时,铜箔的厚度均匀性、抗拉强度、延伸率、表面粗糙度等物理特性以及抗氧化性、耐腐蚀性等化学特性直接影响着锂电池的负极良品率、安全性和寿命等性能,从而不断推动着锂电铜箔产品技术的持续创新。
2)极薄锂电铜箔市场替代进程加速
为契合动力电池高能量密度和降低成本的需求,近年来锂电铜箔轻薄化趋势明显,且 6μm 极薄锂电铜箔的渗透速度愈发加快。2018 年,宁德时代率先开始 6μm 锂电铜箔切换,当前已经实现 90%以上渗透率;此后,比亚迪、国轩高科、中航锂电、欣旺达等国内主流电池厂也在积极引入 6μm 锂电铜箔;逐步推动 6μm 锂电铜箔成为主流。公开数据显示,2020 年≤6μm 极薄铜箔国内渗透率达到 50.4%,较 2019 年增长 11.85 个百分点。2021 年 1-6 月,≤6μm 铜箔进一步渗透,市场渗透率达到 55.65%,其中 4.5μm 锂电铜箔约占 5.22%,随着市场替代进程加速,渗透率将进一步提升。
为进一步提高锂电池能量密度,更薄的 4.5μm 铜箔目前正成为国内头部锂电铜箔企业布局的重心,少数企业已掌握批量生产能力,目前仅少数头部锂电池企业开始小批量使用 4.5μm 铜箔,其规模化应用预计还需要时间。
3)锂电池企业与上游材料供应链进一步深度绑定
近年来,下游车企端的供应链竞争和上游锂电池材料的供应紧缺对锂电池企业带来了双重压力,锂电池企业纷纷向上游材料甚至矿产资源进行布局,从而加强产品协同技术创新、降低生产成本以及保障原材料稳定供应。以宁德时代、比亚迪、LG 化学、国轩高科等为代表的锂电池头部企业,通过签署战略合作、股权投资、合资建厂等多种方式,与上游具备技术与产能优势的供应商加深产业链合作。
在锂电铜箔产业,与其他关键材料产业趋势一致,同样显现出头部锂电池企业与上游核心供应商加深绑定的趋势。随着极薄铜箔的推广和应用,不断促使铜箔企业技术进步和产品工艺创新,锂电铜箔产品越来越定制化的开发需求以及越来越高的技术壁垒,推动上下游企业紧密合作,同时高品质锂电铜箔供应不断紧缺也促使绑定程度明显加深。
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文章来源:普华有策
编辑:云朵匠 | 数商云(微信ID:shushangyun_com)
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