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锂电池涂覆材料行业专题:涂覆材料小而弥坚护航电池大有可为

发布时间:2022-05-26 11:18:13 来源:下载永乐最新版的 作者:f66永乐国际官网登录

  涂覆工序可改善聚乙烯基膜性能。在聚烯烃隔膜上涂覆陶瓷等纳米材 料或采用有机材料,使涂覆隔膜具备热稳定性高、热收缩低、与电解 液浸润性高的优点,涂覆工艺日益受到重视。涂覆改性通过粘接剂将 功能涂层粘附在隔膜表面,以提高其热稳定性。为勃姆石涂覆 在聚乙烯基膜上的热稳定性测试,当温度加热到 170 度,隔膜已发生 明显形变,涂覆膜几乎无收缩,涂覆工序可改善隔膜熔点低、安全性 差的不足之处。为聚乙烯基膜涂覆 PVDF 前后对比,聚乙烯基 膜呈现湿法隔膜典型的树枝状微孔结构,表面涂覆 PVDF 有机粒子后, 聚乙烯基膜上附着了一层 PVDF 涂覆层,形成大量微孔,提高电解液 保持率,有利于锂电池内阻的降低和放电功率的提高。

  极片边缘涂覆对电池的安全性和良品率具有重要意义。勃姆石等材料 亦可用在锂电池电芯的极片涂覆,以提高锂电池的安全性能及良品率。以比亚迪为例,其最新的刀片电池将采用勃姆石材料在电芯极片边缘 进行涂覆。极片涂覆可分别应用在电池的正极和负极:

  1)正极极片边缘涂覆:由于正极片一般小于负极片,极片宽边的边缘 在切割中容易出现毛刺,一旦刺穿隔膜接触到负极会引起电池短路。勃姆石表面光滑,涂覆后可填平正极边缘,使切割后的表面光滑无毛 刺。行业内由宁德时代率先使用勃姆石进行正极边缘涂覆已形成示范 效应,成功导入下游比亚迪、亿纬锂能等电池厂。

  2)负极极片边缘涂覆:负极表面粗糙,涂覆超小粒径的勃姆石后,负 极造孔变得均匀,可以改善电解液亲润性,使得锂离子在充放电过程 中更加通畅。负极边缘涂覆还未形成主流,目前有应用在 ATL 的消费 电池上。

  隔膜涂覆比例在 70%以上,已基本渗透主流电池厂。根据 GGII, 2019年我国涂覆隔膜占比为 53%,较 2015年的 37%快速提升,我们 预计该比例已提升至 70%以上。目前,三元动力电池已基本全部采用 隔膜涂覆技术,LFP 电池的涂覆比例在 60%左右,对涂覆技术的应用 逐步提升;消费电池领域,隔膜涂覆主要应用于 3C 电池等高端领域。宁德时代、LG 新能源、松下、比亚迪、亿纬锂能、中创新航等全球主 流电池企业已经普遍采用隔膜涂覆技术。

  水性涂覆具备低成本优势已占据主流市场。下游电池厂对涂覆隔膜的 需求由下述两种方式驱动:1)成本驱动:考虑性价比,一般应用于磷 酸铁锂电池、小动力电池和储能电池等,涂覆隔膜可以保证基本的耐 热性、透气性,但是粘结性、吸液性一般。由于成本驱动,具备性价 比优势的水性涂覆工艺占据了约七成的涂覆市场。2)性能驱动:主要 应用于高端三元或者消费电池,要求单位面积或者体积内能量密度高, 涂覆膜能足够保障电池安全。一般采用油性涂覆、油水混涂的方法, 能够同时保证耐热性、吸液性、透气性、隔膜轻薄性,但是相较于单 独的水性涂覆价格高昂。

  无机涂覆材料在涂覆材料的比重达 90.32%。在涂覆材料中,以勃姆石、 氧化铝为主要涂覆材料的无机涂覆较以 PVDF、芳纶为代表的有机涂 覆和有机无机混合涂覆技术更加成熟,无机涂覆隔膜的可拉伸强度和 热收缩率更好,同时成本更低,经济可行性更好。2019 年,据 EVTank,我国锂电池无机涂覆材料占涂覆材料的比重达 90.32%。

  涂覆结构种类丰富,满足不同电池要求。目前市场主流涂覆方式包含 下述六种:1)单面单层无机物涂覆,该涂覆工艺为在隔 膜的一面涂上厚度在 2um 左右的陶瓷颗粒(勃姆石、氧化铝),为目 前市场主流;2)双面单层无机物涂覆,海外涂覆膜应用 比例较高;3)双面单层有机物&无机物涂覆,有机涂覆材 料的选择有 PVDF、芳纶、PMMA,目前应用比例较大为 PVDF。由 于水会对几乎所有的正极材料造成损害,尤其是对高镍正极,锂溶出 很厉害,会导致浆料 PH 值升高和容量下降,涂覆时一般在隔膜靠近 正极的一端涂覆有机物搭配油性溶剂,在隔膜靠近负极的一端涂覆无 机物搭配水性溶剂;4)单面双层有机物&无机物涂覆,该 涂覆工艺在一面涂覆一层无机物,接着涂覆一层有机物,双层涂覆的 优点是有机物涂覆在无机物上面能防止无机物粉体脱落;5)双面双层 有机物&无机物涂覆;6)双面单层有机物&无机物混合涂 覆,该涂覆工艺将陶瓷颗粒混合在 PVDF 熔融液中。

  涂覆材料关键性能指标与锂电池的安全性等息息相关。无机涂覆材料 评判标准中,纯度、磁性异物、中位粒径等为核心指标,其中磁性异 物的控制影响锂电池自放电现象发生的概率,与电池的安全性能相关 联,而中位粒径决定电池的充放电效率。有机涂覆材料评判标准中, 粒子的分子量分布、结晶度、机械性能以及磁性异物含量为核心指标。

  无机涂覆材料成本低,芳纶涂覆成本最高。我们选取主流的涂覆材料 进行成本对比,材料包括勃姆石、进口(日本)氧化铝、国产氧化铝、 电池涂覆级 PVDF、对位芳纶、PMMA。假设:1)1GWh 涂覆隔膜用 量为 0.17万平;2)涂覆膜良品率 70%;3)无机涂覆材料单层涂覆厚 度为 2um,有机涂覆材料单层涂覆厚度为 1.5um,其中 PMMA 单层涂 覆厚度为 2.5um;4)单位价格勃姆石/进口氧化铝/国产氧化铝/PVDF/ 芳纶/PMMA 分别为 2/3.5/1.9/10/20/1.85 万元/吨;5)人工、能耗、折 旧成本,勃姆石/进口氧化铝/国产氧化铝/PVDF/芳纶/PMMA 分别为 0.2/0.2/0.2/0.35/0.4/0.2 元/平。根据我们的测算,勃姆石/进口氧化铝/ 国产氧化铝/PVDF/芳 纶/PMMA 单位材料成本分别为

  涂覆材料成本分析一:涂覆材料成本可拆分为原材料成本和加工成本。其中:原材料成本包含勃姆石、氧化铝、PVDF、PMMA、芳纶等涂覆 材料,以及增稠剂、分散剂、粘合剂等添加剂的采购成本;加工成本 包含水性加工或者油性加工所涉及的人工、能耗、折旧成本,取决于 溶剂的选择。我们分别对原材料成本及加工成本进行拆分分析。

  涂覆材料成本分析二:原材料成本结构分析。我们通过对比勃姆石、 芳纶、PVDF 的原材料成本结构,得出勃姆石原材料成本中制造费用 占比最大,长期降本空间较其他材料更优。

  1)勃姆石:参考壹石通 2021 年公告《发行人及保荐机构回复意见 (二)》,勃姆石制造费用占比 35.6%,原材料/燃动力占比分别为 38.2%/26.2%,考虑到国内勃姆石制造刚起步,制造商在建工程转固 较大导致折旧费用大幅增加,加之新产线投产初期生产效能尚有待优 化,产品单位成本上升;我们认为,勃姆石制造费用中折旧及人工费用均有较大下降空间。

  2)芳纶:参考泰和新材 2020 年财报,芳纶材料原材料占比 67%,制 造费用/燃动力占比分别为 20.3%/12.7%,芳纶原材料成本占比较高, 目前国内头部公司如泰和新材通过酰氯自产、增大采购量、老旧产能 臵、以及降低投资密度等来降低原料、人工、能耗成本;预计芳纶材 料综合成本仍将保持下降。

  3)PVDF:参考东阳光 2021 年财报,PVDF 原材料占比约 62.9%, 制造费用/燃动力占比分别为 20.3%/20.5%。未来 1-2 年来看,PVDF 的价格预计保持高位,主要系 R142b 受到国家限额,能评、环评取得 难度高,22-23 年新增产能有限;同时,锂电级 PVDF 要求 20-30 多 个评估指标,普通 PVDF 仅 3-5 个左右,据上市公司口径仅 30%的 PVDF 符合电池级。但长期看,考虑到 PVDF 主要材料 R142b 中制造 费用占比超过 47%,且目前 PVDF 利润率在 60%以上(按照 15 万元/ 吨隔膜涂覆料口径),我们认为远期 PVDF 成本将下降。

  涂覆材料成本分析三:加工成本结构分析。加工成本包含水性加工 成本或者油性加工成本,取决于溶剂的选择。水性加工难度更低, 在常温下将涂覆材料掺在水里制成悬浊液,而油性加工则需要高温 下将有机物在溶剂里熔融,期间高分子发生玻璃态转换呈弹性体, 不再是刚性物质,过程较水性加工更为复杂、难控制。通过测算, 水性涂覆加工成本约 0.2 元/平,其中人工/能耗/折旧占比分别为 40%/40%/20%,各涂覆材料之间差异化不大。我们重点分析油性涂 覆加工成本,其中 PVDF 涂覆加工成本约 0.35 元/平,芳纶涂覆加 工成本约 0.4 元/平,二者差异主要体现在芳纶的人工成本更高 (0.28 元/平),占比总加工成本的 70%,PVDF 人工费用约 0.2 元/ 平,占比 57%。目前国内芳纶涂覆尚未量产,涂覆工艺常年被海外 垄断,国内芳纶涂覆对工人的技术、经验要求较高,对应人工成本 较高;随着芳纶国产化加速发展,我们认为人工成本比例将下降, 有望改善产品综合成本。

  涂覆材料成本总结:看好勃姆石拥有长期成本优势。根据上述分析, 勃姆石搭配的水性溶剂加工成本更低(0.2 元/平,油性溶剂加工成本 在 0.35-0.4 元/平),且勃姆石原材料本身仍然有较大下降空间(制造 及能耗成本在原材料成本中占比超 60%),我们认为中长期勃姆石的低 成本优势将保持。芳纶涂覆目前原材料成本、人工成本占比较大 (56%、29%),我们认为随着国产化不断推进,该项成本将持续改善。此外,芳纶厂提供给涂覆厂的芳纶溶液中所含溶剂,对下游隔膜厂环 保处理成本较高,目前泰和新材已有意向就溶剂处理与隔膜厂进行合 作,同时未来或将直接交付芳纶材料,此类费用预计将改善,芳纶性 价比将逐步体现,提升产品的价格竞争力。(报告来源:未来智库)

  无机涂覆材料里氧化铝&勃姆石应用比例高。无机涂覆较有机涂覆和有 机无机混合涂覆技术更加成熟,无机涂覆隔膜的可拉伸强度和热收缩 率更好,同时成本更低,经济可行性更好。无机涂覆材料可以提高隔 膜的绝缘性,降低锂电池的短路率,同时提高良品率及安全性,在各 类涂覆材料中占据主导地位。无机涂覆材料中,勃姆石和氧化铝占据 主要的市场,近年来勃姆石的份额不断提升,同时下游反馈部分电池 厂在和车企做原材料变更认证,将勃姆石作为涂覆材料替代氧化铝;2020 年,勃姆石在无机涂覆市场中份额 约 41%, 我 们 预 计 2022/2023/2025 年,勃姆石份额将提升至 52%/60%/79%。

  勃姆石较氧化铝在性能指标上具有绝对优势。氧化铝作为陶瓷涂覆材料, 能够显著提高聚烯烃隔膜的综合性能,但氧化铝存在如硬度大、成本高、 对设备磨损严重等问题,在一定程度上影响了其作为陶瓷涂覆材料在电池 隔膜中的应用。勃姆石作为一种新兴的陶瓷涂覆材料,具有硬度小、成本 低、含水溶性钠离子少等特性,能够弥补氧化铝作为聚烯烃隔膜涂覆材料 的不足。

  1)面密度:氧化铝的面密度为 3.9g/m2,勃姆石的面密度仅为 3.05g/m2, 勃姆石的应用将显著降低陶瓷涂层的总重量和锂电池的制造成本。

  2)比表面积&水溶性 Na+:勃姆石比表面积为 5m2 /g,低于氧化铝的 6.3m2 /g,同时勃姆石的水溶性 Na+的含量(0.002%)显著低于氧化铝 (0.036%),可减少对水分的吸收,对锂电池的电化学性能的改善起到积 极影响。

  3)莫氏硬度:氧化铝的莫氏硬度为 9,是勃姆石的 3 倍,勃姆石可降低陶 瓷涂覆材料对涂覆设备的影响,进而降低设备损耗成本。

  勃姆石涂覆膜具备更加优异的机械性能。锂电池隔膜需要有一定的机 械强度,以防止隔膜失效引起的安全问题,涂覆勃姆石后的聚乙烯隔 膜较涂覆氧化铝的聚乙烯隔膜具备更高的拉伸强度、更优的断裂伸长 性能,除此之外,涂覆勃姆石后的隔膜也具有更加优异的刺穿强度和 剥离强度,综上,对比氧化铝,勃姆石具备更加优异的机械性能。原始聚乙烯隔膜在 130 度下发生明显的热收缩,涂覆隔膜保持其原始状态,未发生变形。当温度升至 170 度时, 氧化铝涂覆隔膜也发生较大收缩,而勃姆石涂覆隔膜尺寸几乎 没有任何变化。勃姆石具备更加优异的热稳定性,主要系勃姆 石离子涂层和基体隔膜具有更好的界面结合力,使得勃姆石涂层充当 支撑骨架以抵抗高温下聚乙烯基膜的熔融收缩。

  勃姆石涂覆膜具备更好的电解液亲液性能。锂电池中,电解液是锂离 子在正负极之前迁移的载体,电解液主要储存于隔膜的微孔间,隔膜 的微孔所能储存的电解液的量称之为隔膜的吸液率。涂覆铝化合物的 PE 基膜表现出与电解液较好的亲和性,相较于氧化铝,勃姆石涂覆隔 膜的吸液率更高,达到 187%,而 PE 基膜与氧化铝涂覆膜的吸液率分 别为 126%、144%。亲水性接触角测试下,PE 隔膜与水亲和性较差, 接触角大于 177 度,勃姆石涂覆膜比氧化铝涂覆膜表现出更好的湿润 性能,与电解液的亲液性能更优。

  勃姆石更具性价比,对氧化铝形成替代。无机物采用水性浆料,其成 本大致可拆分为浆料成本+制造成本,其中浆料包括陶瓷材料、水、粘 合剂、分散剂、增稠剂;制造费用包含人工、能耗、折旧。根据测算, 单平陶瓷涂覆材料成本中占比较大的有陶瓷、人工、能耗及折旧成本, 分别占比约 45%、18%、18%、9%。当前价格下,勃姆石、氧化铝的 单位成本差别不大:按照勃姆石、进口氧化铝、国产氧化铝的单位价 格分别为 2.0、3.5、1.9 万元/吨计算,单平成本分别为 0.37、0.55、 0.41 元/平,其中单平材料成本分别为 0.17、0.35、0.21 元/平,制造 成本均为 0.20 元/平左右,包含加工、设备折旧等费用。考虑到勃姆石 性能指标优势强于氧化铝,二者成本差异较小,我们认为勃姆石综合 性价比更高,对氧化铝形成替代。

  勃姆石制造工艺复杂,掌握核心工艺的企业屈指可数。并不是所有勃 姆石都可以做电池隔膜,真正的勃姆石是纯 γ 相的,结晶非 常规则,粒度分布均一,可以得到理想的陶瓷涂层。γ-勃姆石制造工 艺复杂、难度较大,要求精准控制生产过程工艺参数,减少磁性异物 的引入,对原材料加料量、反应参数、反应温度、反应流量等工艺深 入理解,目前全球掌握该技术的企业屈指可数。根据粉体圈,目前国 内勃姆石的生产企业有 20 多家,仅安徽壹石通材料科技股份有限公司和中国铝业郑州有色金属研究院有限公司等为数不多的企业,已经能 够产业化应用于锂电陶瓷隔膜的勃姆石产品。

  有 效 产 能 释 放 少 , 勃 姆 石 供 需 趋 紧 。根据我们的测算, 2021/2022/2023 勃姆石供需缺口(供给-需求)为-0.25/-0.18/0.29 万 吨,全球供给仅小幅超过需求;2022 年单季度供需缺口 Q1/Q2/Q3/Q4 分别为-0.02/-0.03/-0.05/-0.08 万吨,由于 2022 年全球 有效供给大部分来自于壹石通,而壹石通产能释放集中在下半年,我 们预计勃姆石将出现供不应求。

  2025 年勃姆石市场空间超 66 亿,年复合增速达 60%。具体测算过程 如下:假设 1)2022/2023/2024/2025年勃姆石在无机涂覆材料里渗透 率分别为 52%/60%/68%/79%;2)正极极片边缘涂覆材料勃姆石渗透 率为 100%(正极涂覆勃姆石始于宁德时代,此前正极极片不涂覆, 目前据产业链反馈,正极涂覆 100%为勃姆石);负极边缘涂覆未大规 模起量,暂不考虑其市场份额 。我 们 测 算 得 到 :2022/2023/2024/2025 年,全球锂电池涂覆材料勃姆石需求(包含隔 膜涂覆+极 片 涂 覆 ) 预 计 为 7.33/12.67/20.46/34.39 万吨;2022/2023/2024/2025 年 勃 姆 石 市 场 空 间 预 计 达 14.67/25.10/40.13/66.76 亿元,年复合增速在 60%以上。

  单面无机涂覆顺应主流市场需求,勃姆石最具需求弹性。随着锂电池 对能量密度要求的提高,隔膜厚度趋于轻薄化,单面无机物涂覆既可 满足涂覆膜轻薄要求又能保障电池安全性能,同时涂覆成本最低,顺 应锂电池产业链降本需求;根据我们的测算,单面无机物涂覆市场份 额预计在 60%以上。考虑到勃姆石较氧化铝在性能指标、性价比上均 存在明显优势,将对氧化铝形成替代,我们认为勃姆石是锂电池涂覆 材料中未来最具需求弹性的涂覆材料,增速预计在 60%以上。

  勃姆石粉体制浆一体化是未来的发展趋势。2016 年壹石通即主动向客 户推广浆料的方案,出于电芯对制造工艺的苛刻要求,客户希望自购 粉体来掌握制备浆料的更多生产环节,积累涂覆过程中的 know-how。近年来,勃姆石粉体发展到目前万吨级别,应用持续稳定,下游客户 提出由勃姆石供应商直接提供高浓度浆料的需求,以此减少粉体包装 物,以及减少混料工艺工序环节以降本。

  浆料一体化壁垒更高。勃姆石浆料一体化,要求浆料中磁性异物含量 同粉体达到同样水平,同时一体化系直接在液体中进行勃姆石晶体的 生长,对于勃姆石转化型貌的过程控制需要长期经验累积。此外,由 于针对下游不同客户所要求的勃姆石浆料固含量不同,需匹配不同涂 覆工艺,相较直接供应勃姆石粉体壁垒更高。

  浆料一体化降本提效,节省产业链能耗冗余。浆料一体化可改善勃姆 石生产商的制造成本,过程中无需将液态的勃姆石浆料重新烘干制成勃姆石粉体,以节省大量的能源消耗。此外,由于浆料一体化售出产 品为液态,可节省外包装物如塑料袋、托盘等,同时免去下游客户人 工搬运费用、分拆及清理包装物费用等。据壹石通,勃姆石浆料推出 为节省产业链成本,提升产品竞争力,我们预计下游客户将充分受益 浆料一体化的推出,同时浆料的渗透率将持续提升。

  勃姆石份额第一,超昔日全球龙头。2019 年壹石通同德国 Nabaltec AG 合计市占率超 70%,分别占比 36%/37%;2021 年壹石通成为全 球勃姆石龙头。

  1)壹石通:据 GGII,2021 公司勃姆石全球份额超 50%,位居全球第 一,产品主要应用于动力锂电池。

  2)德国 Nabaltec AG:公司于 1994年成立,主要产品以氢氧化铝和 氧化铝为主,2019 年全球份额为 37%(壹石通 36%),为昔日勃姆石 龙头。

  3)中铝郑州研究院:公司为国内主要勃姆石生产商,其产品主要应用 于催化剂和阻燃剂领域,少量应用于动力锂电池隔膜涂覆;2018 年公 司勃姆石份额为 5%,2019 年略有下滑至 2%。

  核心布局勃姆石,收入利润稳增长。壹石通主营业务包括锂电池涂覆 材料、电子通信功能填充材料、低烟无卤阻燃材料,2021 年收入占比 分别为 78.27%/15.71%/6.02%,其中锂电池涂覆材料主要为勃姆石。21 年壹石通锂电池涂覆材料产品毛利率为 42.67%,据壹石通招股说 明书,2021 年上半年公司净利润大幅增长且增幅大于营业收入增幅, 主要是公司产销规模提升的同时规模效应进一步显现,加之公司持续 推进降本管理,综合毛利率较上年同期提升。我们预计随着公司产品 规模稳固提升,毛利率有望持续改善。

  壹石通勃姆石在技术指标上性能表现突出。与德国 Nabaltec 的 APYRAL 系列勃姆石,和中铝郑州研究院的 HBO 勃姆石产品对比,壹 石通 BG 系列勃姆石产品在技术指标上表现更加突出。据壹石通招股 说明书,公司勃姆石产品磁性异物可达5 个/kg 的水平,得到行业优 质客户的普遍认可,宁德时代对其评价,“壹石通的磁性异物控制的很 好,每公斤勃姆石可以实现个位数的水平,壹石通的磁性异物控制技 术国际领先。”

  壹石通为宁德时代勃姆石核心供应商。壹石通为宁德时代的勃姆石产 品核心供应商,2019 年,宁德时代占壹石通锂电涂覆材料最终下游客 户收入比例的 42.45%。此外,公司进入新能源科技(ATL)、国轩高 科、天津力神、欣旺达等多家国内外领先的锂电池制造企业的供应商体系,公司与锂电池隔膜厂商如璞泰来、星源材质、恩捷股份等建立 了长期合作关系。在国际市场中,三星 SDI、W-Scope 等海外客户已 明确表示将增加对壹石通勃姆石的采购,此外,壹石通也正在于韩国 SKI等客户进行对接。

  布局核心专利,筑工艺护城河。壹石通拥有多项勃姆石制造相关专利, 涉及粉体粒径控制、形貌控制、氧化铝软化、磁性异物检测、超细离子清洗技术、超细粉体表面纳米涂覆技术、流化床气流磨无铁粉碎技 术等。截至 2020 年 12 月 31日,公司已获得包括勃姆石的制备技术、 记忆体封装用 Low-a 高纯英、Low-a 高纯氧化铝的制备技术、流化床 气流磨无铁粉碎技术、轻质球形二氧化硅制备技术、超细花状硼酸钙 阻燃剂的水浴-水热联动合成等 11项发明专利与其他 9 项实用新型专 利。同时,由于公司掌握大量关于材料的技术诀窍,这类技术诀窍在 短时间内不适合申请专利,公司将积累的生产工艺、配方等经验作为 核心技术应用于产品生产中。(报告来源:未来智库)

  电池能量密度迭代驱动有机涂覆需求。涂覆材料的选择是在牢固性&透 气性、耐热性&吸液性间综合选择:

  1)牢固性 vs 透气性:陶瓷类无机物透气性好,但本身没有粘结性, 需要用胶把无机物粘在隔膜上,若产品质量不好可能出现脱粉情况, 导致涂覆不均匀,在电池中造成安全隐患。有机物质地软,粘结性好, PMMA、PVDF 等本身就是胶,可以有效解决牢固性的问题,但是相 应的透气性差,所以一般采用和无机物混涂的方式,兼顾牢固性和透 气性。

  2)耐热性 vs 吸液性:陶瓷类无机物的耐热性高于有机物,但其吸液性性能弱于有机物,有机物具备优异的电解液相容性。有机物熔融在 油性溶剂里,涂层可以很薄在 1µm 左右,同时有机物具备较好的电解液相容性,提升电池能量密度,随着三元、高镍等追求高能量密度的 高端电池产能进一步释放,我们预计有机涂覆材料需求将持续增长。

  有机物在耐高温和机械强度等方面存在局限性。单独涂敷有机物对隔 膜的热稳定性改善不明显,无法较好的保障电池安全性,一般将有机 物与无机物混合涂覆,或者和无机物材料涂层组合涂覆。相比于 PE 基 膜、氧化铝/勃姆石涂覆膜,PVDF 涂覆膜的接触角更低,表现出更好 的电解液亲和性,同时,PVDF 涂覆膜的孔隙率为 61.4%,优于无机物涂覆膜,主要系 PVDF 有机涂层可为电解液提供额外的孔隙通道, 显著提高隔膜的吸液率。此外,PVDF 涂层的互连和多空表面形态提 高了涂覆膜的离子电导率,此项指标均高于无机物涂覆膜。单 PVDF 涂覆膜也有不足之处,其拉伸强度、断裂伸张率均未及陶瓷涂覆膜, 主要是因为有机聚合物的机械强度受结晶度影响,PVDF 的半结晶 (55.93%)性质导致其拉伸强度无法得到显著提高。

  通过有机物与无机物组合涂覆可形成功能互补。有机涂覆材料包括 PVDF、PMMA、芳纶等,具有高粘结性、吸液及保液能力,能够有效 降低隔膜内阻,提高电化学性能。由于 PVDF、PMMA 自身耐热性、透气性等存在局限性,有机物一般与无机物相结合,常见的组合形式 包括双面多层涂覆、单面多层涂覆、单面混和涂覆。

  PVDF&PMMA 为当前主流有机涂覆材料。目前,PVDF、PMMA 占据 主要有机涂覆材料市场,预计分别占比约 62%/33%,芳纶占比 5%左 右。考虑到 PVDF 市场价格进一步上涨,且芳纶材料各项性能表现出 明显优势、PMMA 表现出明显性价比,我们预计 PVDF 比例将持续下 降;随着芳纶材料国产化进程进一步突破,国内已有部分厂商实现规 模化量产,我们预计芳纶材料市占率将持续上升;由于 PMMA 本身物 理属性造成其耐热性能较差,我们预计短期内 PMMA 将替换部分 PVDF 用量,但其长期在隔膜涂覆中的应用上行空间受限。

  PVDF 价格居高不下,芳纶&PMMA 替代逻辑清晰。PVDF 是传统的 有机物涂覆材料,具有低内阻、高(厚度/孔隙率)均一性、力学性能 好、化学与电化学性能好等特点。由于下游锂电和光伏的双重需求带 动,叠加双控政策限制,PVDF 从 20q4 以来供应缺口不断扩大,产品 价格持续上涨。根据卓创资讯,当前电池级 PVDF 价格已经从此前的9 万元/吨左右,上涨到 40 万元/吨左右水平,其中隔膜涂覆级 PVDF 价格在 10-20 万元/吨。我们认为电池级 PVDF 中期价格不见回调态势, 相较于芳纶、PMMA 等材料失去性价比,未来存在被替代趋势。

  芳纶为目前唯一可以单独涂覆的有机材料。由于芳纶的一致性好且无 颗粒,涂层很薄在 1μm-2μm 之间,而 PVDF 混涂通常在 2μm 以上 (PVDF+陶瓷),芳纶的轻质性是目前其他材料不具备的。此外,据蓝 科途官网介绍,芳纶耐热温度达 400 度,180度下热收缩不到 5%,不 易燃易爆,满足高端电池需求,是目前唯一可以不搭配无机材料而单 独涂覆能保持高性能的有机材料。

  PVDF 涨价趋势下,芳纶性价比凸显。芳纶作为涂覆材料性能优于 PVDF。芳纶纤维具有较低的重量,且密度仅为 1.44g/cm3 左右,涂 层可以很轻薄;同时,PVDF/PMMA 由于耐热性存在局限性需要与无 机物配合涂覆,涂层厚度在 2mu 以上,芳纶热阻在 400 度,单独涂敷 即可保障电池的安全性能,因此涂覆厚度可以控制在 1um-2um 左右。按照 PVDF/芳纶:1.单吨价格分别为 10 万元/20 万元;2.涂层厚度分 别为 1.5um/1.5um 进行测算,PVDF/芳纶单平成本分别为 0.73/1.02元/平。根据敏感性测试结果,当隔膜级 PVDF 价格上涨到 20 万元/吨, 保持当前涂层厚度,其成本将超过芳纶。

  国产化芳纶替代领军者,双重壁垒筑产业护城河。全球芳纶行业的市 场容量超过 12 万吨,其中间位芳纶和对位芳纶均可在锂电隔膜中使用。据泰和新材,目前间位芳纶国产化替代已基本完成,对位芳纶正在进 行中。泰和新材是全球三大芳纶生产企业之一,在国内率先实现间位 芳纶和对位芳纶产业化,现有产能分别是 7000 吨和 4500 吨,产量最 大且长期居于国内龙头地位。芳纶具备较高的壁垒:1. 技术壁垒:研 发周期长、生产工艺要求高、投资金额大;2. 市场壁垒:认证周期长、 推广周期长、盈利周期长。泰和新材 2008 年实现芳纶中试,2011 年 完成产业化,2017 年实现盈利。

  主营业务结构纯粹,盈利能力改善明显。泰和新材专业从事氨纶、芳 纶等高性能纤维的研发生产及销售,主导产品为纽士达氨纶、泰美达 间位芳纶、泰普龙对位芳纶及其上下游制品;1H21,公司氨纶/芳纶占 比分别为 63%/36%。2021 年上半年,公司芳纶产品收入 7.67 亿元, yoy+82%,毛利率为 42.02%,同比+7.14pct;公司产品需求旺盛,产 销量较去年同期大幅增长,利润同比增幅较大。

  打破国际垄断,加码芳纶产能。芳纶行业有着极高的生产工艺和技术 壁垒,泰和新材分别于 2004 年以及 2011 年实现间位芳纶和对位芳纶 的产业化投产,打破国际垄断,目前已有芳纶产能合计 11500 吨/年, 位居全球第三。2021 年 10 月,公司公告继续加码对位芳纶和间位芳 纶的建设,预计 2024年公司对位芳纶、间位芳纶产能将双双超过 2万 吨,合计总产能超过 4 万吨,从目前全球芳纶制造商产能规划来看, 泰和新材已超过日本帝人,远期产能位居全球第二。

  PMMA有望替代 PVDF 在水性涂覆里的应用。PMMA 俗称有机玻璃, 由 MMA 单体聚合而成,全球主流的 PMMA 生产企业均采用本体法生 产技术,可应用于汽车、电子电器、医药、导光板等高端领域。其中, 光学级 PMMA 工艺技术难度较大且成本较高,此前国内产能不多,随 着 PMMA 国产化进程加速,且头部企业改进了制造工艺解决 PMMA 涂覆膜内阻高等问题。据产业链调研,国内已有头部隔膜厂将 PMMA 作为 PVDF 的替代品在水性涂覆里应用,此前涂覆 PMMA 导致电池内 阻提升等问题在基膜环节得到解决,下游反馈良好。

  高端 PMMA 仍以进口为主,国产企业兴起积极扩产。高端光学级 PMMA 产品市场需求大,目前市场份额和产能主要由几家国际化工巨 头所掌控,我国仍需每年大量进口(双象股份《年产 30 万吨光学级 PMMAMS 新材料投资协议》)。据新思界产业研究中心,我国现阶段能 实现光学级 PMMA 量产的企业有双象股份、万华化学等,目前规模在 10 万吨/年以下,其中万象股份在 21 年 3 月份公告将投资 18 亿元建设 30 万吨光学级 PMMA/MS 项目。

  业务纯粹只做 PMMA,营业收入保持高增长。双象股份是我国光学级 PMMA 行业中的龙头企业。2019-1H21 年,双象股份 PMMA 收入分 别为 6.46/7.21/3.40 亿元,同比分别变化-5%/12%/-3.97%,营收有所 波动主要系疫情影响。2020 年公司归母净利润为 4089.97 万元,同比 +35.06%,主要系光学级 PMMA 产业链产品营业收入和净利润增长。PMMA 占比公司总营收约 50%的份额,公司主营业务纯粹,有望充分 受益 PMMA 增长带来的业绩弹性。

  本体聚合法制高端 PMMA,产能扩张幅度全球领先。PMMA 生产技术 主要有悬浮聚合、溶液聚合及本体聚合三种工艺,目前只有本体聚合 法能生产高端 PMMA 产品,国内仅双象股份和万华化学具备本体法工艺,合计产能 16 万吨/年,其中双象股份已公告扩产 30 万吨/年的 PMMA/MS 项目,我们预计 2023年公司光学级 PMMA 产能有望达 38 万吨/年,位居全球前列。溶液聚合法和裂解生产的 PMMA 只能应用于 低端市场,目前国内低端产品过剩。

  隔膜涂覆厂已覆盖主流涂覆材料&工艺。目前,各涂覆膜制造商对主流 的涂覆材料均已覆盖,包括勃姆石、氧化铝、PVDF 等,部分隔膜厂 也拥有 PMMA 自制&涂覆能力。尽管涂覆膜厂已拥有芳纶涂覆技术, 芳纶材料至今仍未大规模应用在电池上。据产业链反馈,芳纶涂覆涉 及使用专利,目前国内仅有少数隔膜厂拥有芳纶涂覆专利,是限制其 发展的原因之一。未来随着芳纶材料国产化进程加速,同时海外杜邦、 帝人等专利陆续到期,芳纶在锂电涂覆的渗透率有望持续攀升。

  隔膜产业链向国内转移,增益本地涂覆材料商。从近年来电池厂采购 隔膜情况来看,国内电池厂几乎全部配套本地隔膜,海外电池厂涂覆 膜采购日本东丽、旭化成等明显降低,整体隔膜产业链往国内转移。为节省交通运输成本以及涂覆材料在运输过程中发生形变、变质等而 产生的额外损耗,产业链倾向于采购本地涂覆材料,有望增益我国涂 覆材料供应商。目前我国涂覆材料供应商情况如下:

  1)勃姆石:壹石通、中铝郑州研究院为国内勃姆石主要供应商,其中 壹石通在宁德时代、亿纬锂能、国轩高科勃姆石份额预计超 70%;国 内其他勃姆石生产商包括极盾新材料、国瓷材料,目前规模较小。

  2)PVDF:国内隔膜级 PVDF 供应商有东阳光、三爱富、孚诺林、中 化蓝天、璞泰来等,正极 PVDF 供应商有孚诺林、东岳集团、中化蓝 天等,其中东阳光为宁德时代 PVDF 供应商。

  3)芳纶:国内锂电涂覆用芳纶还未大规模起量,目前国内芳纶供应商 为泰和新材,公司已成立芳纶涂覆研究组,与恩捷、星源等共同推进。

  原材料国产化,成本逐年改善。勃姆石上游为氢氧化铝,含量占 比99%,辅料为纯水(去离子水、软水),勃姆石原材料为普通化工 品,已完全国产化。2018-2020 年,氢氧化铝价格呈小幅震荡下降态 势,直至 2021 年中旬,价格开始不断攀升至 2000 元/吨附近,主要系 上游铝价持续走高。就具体公司来看,壹石通 2018-2020 年氢氧化铝 颗粒(氢氧化铝加工品)采购价格分别为 3917/3946/3436 元/吨,2019 年采购单价小幅上升主要系供应商改进了产品性能定价而小幅提 升,壹石通氢氧化铝颗粒供应商为中铝新材料和洛阳中超新材料。

  勃姆石下游应用主要系锂电池隔膜和极片涂覆。勃姆石下游主要应用 于动力锂电池隔膜和极片涂覆,下游应用主要为新能源汽车。根据我 们的测算,2021 年勃姆石下游需求锂电池隔膜涂覆/正极极片边缘涂覆 /负极极片边缘涂覆分别为 93.5%/6.4%/0.1%,目前勃姆石在锂电池隔 膜涂覆应用占比最大。根据我们的测算,2022/2023/2024/2025 年, 正极极片边缘涂覆材料需求为 1.76/3.14/5.12/8.59 万吨,该领域勃姆 石渗透率为 100%。我们预计 2025 年勃姆石下游需求锂电池隔膜涂覆/ 正极极片边缘涂覆/负极极片边缘涂覆变化至 87.6%/9.9%/2.5%,极片 边缘涂覆需求占比将提升。

  增强隔膜安全性能的同时轻薄化是未来隔膜的发展方向。我们认为, 未来隔膜将往更加轻薄化发展,同时热稳定性、磁性异物控制安全性 能提高:

  1)隔膜轻薄化:隔膜厚度越薄,电池内阻越小,可以留出更多的空间 给正极、负极材料,并且能降低加工过程中发生构件错位的概率。同 时厚度更薄的隔膜也更适用于更轻薄、更小巧的高端数码产品。隔膜 轻薄化复合锂电池能量密度提高、高端数码电池应用越来越广的行业 发展方向,且在目前的技术水平下,降低隔膜厚度是最能有效提高锂 电池能量密度的方式之一。

  2)热稳定性提高:双面涂覆能够有效增强锂电池隔膜的抗刺穿强度, 并提高锂电池隔膜的耐热性,使涂层耐热温度由 130 度提升至 150 度 有效提高了隔膜的安全性。

  3)磁性异物含量降低:磁性异物含量能够直接影响电池的安全性,磁 性异物控制成为行业的主要技术壁垒,是勃姆石质量进一步提升的重 要研究方向。

  壹石通下一代隔膜材料研发方向为纳米勃姆石。根据壹石通公告,公 司下一代勃姆石产品定位于纳米级尺寸,此类产品可将现有 2-3µm 的 涂层厚度进一步降低至 1µm 及以下,可用于超薄隔膜涂覆,材料尺寸 显著小于当前勃姆石材料,且在降低涂层厚度的情况下可保持隔膜的 抗拉强度以及抗刺穿能力。

  芳纶兼顾安全及轻薄,未来或将成为主流。芳纶的一致性好且无颗粒, 涂层很薄在 1μm-2μm 之间,是目前唯一可以不搭配无机材料而单独涂 覆能保持高性能的有机材料,其轻质性是目前其他材料不具备的,我 们认为是目前性能最优异的隔膜涂覆材料。然而,根据我们的测算, 当下芳纶涂覆单平成本约 1.02 元/平,对应单 GWh 成本约 1049 万元, 勃姆石仅 0.37 元/平,对应单 GWh 成本约 296万元,目前勃姆石性能 已足够满足锂电隔膜基本要求,芳纶在此价格下不具备性价比,目前 仅装配于少部分追求高能量密度的高端电池上。我们判断,若未来随 着芳纶国产化进程加速,芳纶价格降至 5 万元/吨以下,且涂层厚度在 1μm 以内,或将成为主流涂覆材料。

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