(报告出品方/作者:国金证券,陈传红)
一、市场概述:电池安全日益受到重视,催生锂电涂覆高成长赛道
1.1涂覆材料小而弥坚,护航电池大有可为
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。
1.2电池厂涂覆膜渗透率提升,水性涂覆具备低成本优势
隔膜涂覆比例在70%以上,已基本渗透主流电池厂。根据GGII,年我国涂覆隔膜占比为53%,较年的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。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%。
1.3涂覆种类结构丰富,性能关乎电池安全
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。
1.4涂覆材料市场空间测算:年超亿元
涂覆材料市场空间年预计超亿。考虑到不同涂覆结构类型在市场中占比不同,假设年,双面单层涂覆(无机物)/双面单层或单面双层涂覆(有机物无机物)/单面单层涂覆(无机物)/其他涂覆(有机物无机物)分别占比为9%/19%/67%/5%。假设///年全球锂电池合计需求为///GWh,在70%涂覆膜良品率下,对应全球涂覆隔膜需求分别为///亿平,年复合增速在40%以上,对应隔膜用无机涂覆材料需求分别为11.66/17.32/24.17/35.20万吨,对应隔膜用有机涂覆材料需求分别为1.64/2.62/4.34/7.46万吨;假设极片边缘涂覆单GWh用量为50吨,极片边缘涂覆渗透率分别为51%/58%/67%/77%,对应极片边缘涂覆材料需求为1.76/3.14/5.12/8.59万吨。假设无机涂覆材料平均价格在1.9-2万元/吨,有机涂覆材料平均价格在7-9万元/吨,极片边缘涂覆材料价格在1.9-2万元/吨,根据我们的测算///年,涂覆材料市场空间分别为39.04/59.52/88.84/.92万吨,年复合增速在50%以上。
1.5涂覆材料成本测算:看好勃姆石拥有长期成本优势
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0.17/0.35/0.21/0.38/0.62/0.20元/平,单GWh总成本分别为/////万元/GWh,勃姆石具有最低的单平涂覆材料成本和单GWh涂覆成本。
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Rb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Rb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)
二、无机涂覆市场:渗透率不断攀升,勃姆石后来居上
2.1无机涂覆好处多,勃姆石份额崛起
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;年,勃姆石在无机涂覆市场中份额约41%,我们预计//年,勃姆石份额将提升至52%/60%/79%。
2.2勃姆石性价比优异,对氧化铝形成替代
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.%)显著低于氧化铝(0.%),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%,而PE基膜与氧化铝涂覆膜的吸液率分别为%、%。亲水性接触角测试下,PE隔膜与水亲和性较差,接触角大于度,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。
2.3勃姆石有效产能有限,市场出现小幅供不应求
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,//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;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。
2.4勃姆石市场空间测算:年超66亿
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)///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%(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%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:///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;///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。
2.5勃姆石产品更新迭代,高浓度浆料有望导入市场
勃姆石粉体制浆一体化是未来的发展趋势。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。
2.6壹石通:全球勃姆石领*企业,深度绑定宁德时代
勃姆石份额第一,超昔日全球龙头。年壹石通同德国NabaltecAG合计市占率超70%,分别占比36%/37%;年壹石通成为全球勃姆石龙头。
1)壹石通:据GGII,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NabaltecAG:公司于年成立,主要产品以氢氧化铝和氧化铝为主,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;年公司勃姆石份额为5%,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,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,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。
壹石通勃姆石产能年底有望达5-6万吨。//年,公司锂电涂覆材料(主要为勃姆石)产能为//吨;年公司产能近吨,预计年底产能建成达5-6万吨。壹石通年仍有积极扩产勃姆石计划,我们预计23/24年勃姆石产能分别为000/000吨,遥遥领先全球其他勃姆石生产企业。
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,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)
三、有机涂覆市场:PVDF价格高企,替代逻辑清晰
3.1电池能量密度迭代高,催生有机物涂覆需求
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1m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。
3.2有机涂覆材料市场空间测算:年近70亿
年有机涂覆材料市场空间预计近70亿。考虑到有机材料中芳纶与PVDF为替代关系,假设:1)///年,PVDF在有机涂覆中应用占比分别为57%/52%/48%/44%,PMMA占比分别为36%/37%/37%/35%,芳纶占比分别为7%/10%/15%/21%;原因系考虑到PVDF价格居高不下,PMMA短期将会对PVDF形成替代,但因PMMA本身物理性能欠佳,后期份额预计下滑;同时,考虑到芳纶各项性能优于PVDF,且价格差距已拉小,预计芳纶份额长期提升;2)有机涂覆材料平均价格分别为7.46/7.24/7.24/7.49,价格为PVDF、芳纶、PMMA的价格加权平均数。我们预计,///年,全球有机涂覆材料市场空间分别为12.85/21.05/36.62/68.64亿元,年复合增速在60%以上。
3.3PVDF价格居高不下,芳纶PMMA形成替代
PVDFPMMA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*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