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【细分】锂电隔膜
我是彪哥
2021-08-08 12:48:41

随着电动汽车的发展高能量密度高功率以及大容量的动力电池需求大增推动了锂电隔膜的技术迭代锂电隔膜是锂电池内部进行电化学反应时用来分隔正极和负极以防止两者直接反应而发生短路的一层薄膜同时也是支撑锂电池完成充放电过程的重要构件


 

隔膜分为聚丙烯pp单层膜干法隔膜聚乙烯pe单层湿法隔膜


多层隔膜干法涂覆膜。


1.湿法就是使用溶剂和可塑剂拉伸隔膜然后通过溶剂蒸发形成隔膜微孔(以便锂离子通过)的做法因为工艺过程中有溶剂蒸发故称之为湿法


2.干法则是只拉伸结晶好的薄膜形成隔膜微孔因为结晶过的薄膜是一种干燥物品故称之为干法


                          


3.多层隔膜


比如美国Celgard的pp/pe/pp三层复合膜

具有良好的抗穿刺性停机和热稳定性


在电池开始经受更高温度的情况下两个PP层提供尺寸结构和机械强度而PE层充当热熔丝 当PE层达到其熔点135度PE层熔化并关闭其孔网络这会阻塞离子通道并关闭电池同时保持隔板的完整性从而防止热失控

4.涂覆膜


图源AsahiKASEI 


直接生产出来的隔膜一般称为基膜后面还可以加一道工序涂覆让隔膜具备更加优秀的性能也就是俗称的涂覆膜涂覆膜的价格比基膜价格要高可以提高机械强度热稳定性和离子传导性涂覆隔板还提高了其润湿性容易被液体吸收从而改善了液体电解质的有效性。


 

隔膜是锂电池的重要组成部分技术壁垒较高动力锂电隔膜因其基材涂布浆料以及工艺难度较高而具有高进入壁垒其难度主要来自原料的选择和配比专业定制的制造设备以及精确控制和微调技术锂电隔膜性能和安全性来源于对孔隙率浸润性力学强度热稳定性热关闭温度和热融化温度之间的平衡和提高根据锂电隔膜的结构和组成大致可分为多孔聚合物膜无纺布隔膜和无机复合膜在性能表现上有所不同目前最为常见的是多孔聚合物膜。

 

 

1行业格局


技术迭代是必由之路在锂离子电池开发的初期主要应用在 3C 领域对能量密度和电池容量要求低无需大电流充放电因此多使用制备工艺简单的干法隔膜但随着电动汽车的发展高能量密度高功率以及大容量的电池需求量越来越大不同于 3C 锂电动力锂电在大功率快速充放电和安全性方面对隔膜的各项性能提出了更高的挑战这也使得锂电隔膜使用的主材从聚烯烃类材料向多种材料复合材料的方向发展结构上也从简单结构向复杂结构发展我们认为目前锂电隔膜行业的技术迭代路径具体表现为干法 PP 隔膜—湿法 PE 隔膜—单层/多层涂布膜—新型基材隔膜



聚烯烃膜中干法工艺在性能表现上有天花板湿法工艺是控制隔膜孔径和孔隙率的有效手段聚烯烃隔膜是目前商业化锂电池隔膜的主流分为干法和湿法两种生产工艺有着不同的成孔机理干法的孔隙源自物理作用在厚度上有天然的瓶颈而湿法的孔隙源自化学作用可以达到更大的孔隙率和更均匀的孔径


从成本均匀性和生产线的角度进行对比由于生产复杂性较低干法隔膜的成本相对低于湿法隔膜然而在精度控制上干法隔膜的均匀性比湿法更难控制干法隔膜生产线是一种更加细分的生产线涉及更精细的手动控制点相比之下湿法隔膜的生产线是更自动化连续生产的生产线有更高的生产率应用方面在动力锂电池领域湿法隔膜在性能和安全程度方面有着超越干法的显著优势更能够适应当前新能源车动力电池逐渐向高能量密度化发展的趋势。



  

 

 


湿法工艺整体工艺难度大精密程度高可以获得更高的孔隙率和更好的透气性能够生产轻薄高强度和高能量密度的隔膜更容易满足下游锂电池对于轻薄化大容量高能量密度的需求因此在下游三元材料动力电池和3C应用要求上升的趋势下湿法隔膜需求逐渐超过干法隔膜从16年的约占比40%到如今超过70%但同时湿法工艺由于采用的是聚乙烯熔点较低所以热稳定性较差这也是三元电池的通病


而通过对隔膜基膜涂覆陶瓷勃姆石硫酸钡等无机材料可以使隔膜在充放电过程中保持完整性和热稳定性很好的解决湿法工艺的上述问题根据涂覆与否我们可将隔膜分为基膜和涂覆膜普通基膜同质化低价化严重也难以适应新能源汽车动力电池高能量密度的要求因此涂覆环节的竞争将成为隔膜企业的下一战场


中国隔膜企业大多起步较晚2002年中科科技成为中国第一家进入锂电池隔膜领域的企业并在2005年成功研发出湿法锂电池隔膜2008年星源材质突破了干湿法锂电池隔膜的关键技术打破国外垄断不过总体而言在2010年以前隔膜供应主流主要在日本包括旭化成东丽宇部住友等企业中国的锂电池隔膜企业屈指可数生产技术也较为低端发展缓慢


近年来随着中韩锂电企业宁德时代LG三星的发展以及政策支持和国际关系影响隔膜供应体系向中国恩捷股份星源材质及韩国W-ScopeSKI等转移



不过虽然在行业兴起之初有大量参与者涌入但因为隔膜行业的壁垒很高经过这几年的市场淘汰和产业并购新增隔膜企业已经逐渐减少2018年动力电池不景气时期甚至出现减少近十家的情况目前有能力对下游电池厂批量供货的隔膜生产厂商也是屈指可数



从全球动力电池龙头企业的供应商可以看出国内的主要隔膜供应商包括恩捷股份中材科技星源材质三家



竞争格局也确实如此2019年这三家市占率最高共约60%2020年集中度仍在快速提升一超两强的竞争格局基本形成


2企业优势对比


 

1恩捷股份湿法隔膜世界第一



恩捷股份上海恩捷近几年在进入LG化学宁德时代产业链之后销售量与市场占有率爆炸式上升2014年市占率仅为0.61%2017年市占率为26%2019年占国内湿法隔膜市场份额43%出货量8.6亿平米而在今年3月恩捷股份完成对苏州捷力的收购后市场地位强化规模扩大而增速未减一季度在国内湿法隔膜的份额迅速提高至61%不仅是使国内湿法隔膜的竞争格局呈现出一家独大的趋势放眼全球也摘得了湿法隔膜领域的桂冠




隔膜业务的盈利能力上恩捷股份毛利率这几年稳定在60%净利率稳定在40%无论是利润水平还是稳定性均大幅领先同行业竞争者其中缘由主要是领先的技术优质的客户和成本的优势


在技术方面恩捷股份技术团队实力雄厚专利约200项自主研制出了水性锂离子电池隔膜和油性锂离子电池隔膜隔膜行业相关的硕士及以上学历人才约70人研发费用呈指数型增长不断突破产品性能和设备效率



恩捷管理层也是技术出身公司董事长李晓明和副董事长李晓华均是University of Massachusetts高分子材料硕士曾任职塑料研究所红塔塑胶德新纸业等公司高管在化学材料和公司管理上经验丰富2010年二人创办上海恩捷打入湿法隔膜领域


因为发展的晚目前国内绝大多数隔膜企业是处于低端产能过剩高端技术不足的情况而重点技术涂覆工艺绝大多数都拥有专利保护尤以日韩技术最为领先去年上海恩捷宣布与日韩锂电龙头的主要涂布膜供应商日本帝人签订了专利实施许可合同日本帝人将其持有的PVDF系溶剂型涂布材料组成相关专利以及相分离法涂布生产工艺相关专利授权给上海恩捷共同开拓市场加深合作这一在涂覆领域的尖端专利之前只掌握在韩国LG和日本帝人手里预计恩捷取得该专利之后会进一步扩大在湿法隔膜行业的优势甚至有很大概率依靠价格优势扩大对海外动力电池龙头的高端供货量使其盈利能力大幅度上升


在资产壁垒上隔膜属于重资产行业在锂电池四大材料中隔膜的单位产能投资最高需要投入大量资金因此不仅是技术存在壁垒设备的采购调试安装往往就需要2-3年时间再经过长时间爬坡以保证良品率同样存在壁垒且行业的高折旧意味着工艺产能落后就很容易被市场淘汰小公司和新进入者难有生存空间已经经过长建设期具有先发优势的企业在下游客户认证上同样会累积优势因为隔膜对电池性能及安全指标影响大电池厂商的认证周期一般需要2-3年从进入隔膜领域到批量供货就需要约4-6年时间又叠加以密集资金投入和工艺的迭代先发龙头企业的优势愈发明显难以扭转


恩捷股份在2015-2016年通过收购LG生产线开始供应LG化学之后实现了迅速发展目前已经进入宁德时代LG松下等全球龙头供应体系并且占据重要供货地位还实现了对大众MEB特斯拉上海核心供应商LGC的动力锂电隔膜批量供应与车企产生联系去年抓住日韩贸易关系紧张的时机又进军三星SDI供应链抢夺了大量日本旭化成的订单一跃成为主要供应商下游客户对其认可度极高


在成本和上游供应链管理上恩捷极高的良品率形成成本优势



隔膜生产主要成本中折旧占比高达23%居四大材料之首体现了重资产属性所以生产效率和良品率大幅度影响着成本因为湿法隔膜对环境的要求极高恩捷股份的工艺领先促使产品良率保持在70%以上大大高于其他竞争者继而设备淘汰慢降低了折旧成本为盈利能力打牢了基础在占比41%的原辅材料方面恩捷通过持续改进白油二氯甲烷等辅料回收设备改进萃取系统提升辅料回收效率提高了材料的循环利用能力也在一定程度上有效降低了单位生产成本


另外恩捷股份核心生产设备自行涉及再向全球最优质的设备供应商日本制钢所JSW定制进行改良二者自2011年起进行合作JSW每年约三分之二的产能优先保证恩捷的需求剩余产能再供应日本东丽和旭化成去年又共同制定了未来三年的产线规划以满足公司新增设备的需求合作之深入不言而喻因此恩捷的设备相比国产设备拥有更好的稳定性及低能耗性这也是公司高良品率和优质产品的基石所在



产能上恩捷2019年产能23亿平今年底可达33亿平远远高于其他国际隔膜厂商巨头规模优势也逐渐扩大行业龙头地位实难撼动


2中材科技大公司的隔膜战略布局


中材科技主营业务是风电叶片和玻璃制品2016年设立中材锂膜进军锂电池隔膜市场去年又增资9.97亿元收购湖南中锂60%股权但锂电池隔膜业务目前仅占其营业收入的约3%还处在初步培育阶段


股权方面中国建材股份有限公司是中材科技大股东占比60.24%根基非常稳定不缺现金流因此产能规划也相对充裕在目前产能已经达到9.6亿平米德基础上2021年公司隔膜总产能有望达到年产18.48亿平米在全球将仅次于恩捷与东丽规模效应会凸显

收购湖南中锂之后中材旗下的两家隔膜公司分别采用的是湿法工艺中的同步拉伸和异步拉伸补足了原来工艺的不足可以应对不同需求且在中国建材这颗参天大树下又有着主营业务风电叶片和玻璃制品可能带来的关系网中材的客户资源已经非常强大包括国内的宁德时代比亚迪亿纬锂能国外的LG化学三星SDISKI松下且在供货量还较小的情况下随着产能放量客户联系加深对这些龙头厂商的供货比例有机会大幅度提升


3星源材质干法隔膜龙头

星源材质是干法隔膜领域的龙头企业且是LG化学干法隔膜唯一供应商2008年生产出中国第一卷锂电池干法隔膜打破了日韩企业的垄断随后跟随消费类电池和动力电池的发展大势快速成长2012-2016年依靠政策扶持和优秀的成本控制星源毛利率一直维持在60%以上近几年受到隔膜价格下降和政策补贴退坡的影响毛利率维持在50%左右2019年星源材质干法隔膜市占率为28%登顶国内第一湿法隔膜市占率8%仅次于恩捷股份中材科技


星源材质客户众多国内营业额为三分之二包括宁德时代比亚迪国轩高科亿纬锂能欣旺达天津力神孚能科技等等几乎涵盖所有一流的国内动力电池企业在国外以LG为主也进入到了Northvolt的供应商之列


在国内宁德时代的供应不多占宁德隔膜供应商的5%而对比亚迪的合作中星源今年6月9号在全景网回复投资者提问时表示公司是比亚迪刀片电池的主要供应商考虑到比亚迪刀片电池在磷酸铁锂电池能量密度上的突破已经在与众多品牌车企进行洽谈合作市场将会十分火爆可能会给星源材质未来几年的业绩带来大幅度的积极影响


在与大众绑定较深的国轩高科进行的合作中星源与国轩高科子公司合肥国轩成立了合资公司合肥星源向国轩高科供应湿法隔膜产品产能虽然虽然还不大但若以此形成与国轩的绑定借机进入大众供应链参与其在中国的新能源汽车扩张则会大力拓宽星源的市场空间



在国外自从星源2013年打败美国celgard成为LG化学干法隔膜的独家供应商至今LG一直是星源材质的第一大客户对星源的收入起着至关重要的作用而通过LG星源也间接进入了特斯拉供应链对于能否凭借LG化学干法的渠道实现向LG批量供应湿法隔膜主要还是看未来星源技术的发展如果LG能够持有星源的股份或许会更愿意帮助其进步


除了LG今年3月17日星源材质公告称与Northvolt签订战略合作协议拟在欧洲建设锂离子电池隔膜工厂配套Northvolt锂离子电池生产



这主要得益于星源给出的优惠价格和优先的服务如果生产的隔膜能够满足Northvolt在供应需求和规格数量商用欧洲本地化质量可持续等方面的要求Northvolt拟将星源材质列为锂电池隔膜的优先供应商因为欧洲车企扶持本土产业链是大概率事件大众和宝马集团也均持有Northvolt股权所以欧洲本土动力电池企业Northvolt的前景确定性很高Northvolt自身的目标也是到2030年达到150GW的产能可以满足欧洲市场1/4的需求星源材质目前已经一只脚踏进了Northvolt的大门市值也才仅仅80亿非常有机会在欧洲车企大力支持本土动力电池龙头企业的风口上快速发展


发展路线上星源材质也是顺势而为在稳住干法隔膜产能的基础上扩张湿法隔膜产能2017年星源的干法就有16条产线产能5.8亿平随着湿法工艺的崛起之后星源也就没有意愿再扩充干法的产能了


而近两年在湿法和涂覆产能上却是不断扩建2018年公司拥有湿法隔膜产能约 1.1 亿平主要在合肥和深圳2019年底星源材质新增的常州一期和二期共3.6亿平方米湿法隔膜项目完成安装并投入生产主攻海外客户除了老伙伴LG还参与到松下三星等头部电池厂商的湿法隔膜认证中同样在19年底星源还耗资30亿在江苏的星源超级涂覆工厂项目中投产建设50条高性能涂覆隔膜年加工能力将会达到10亿平方米低价一直是星源材质的最大竞争力湿法隔膜上也是如此从产线投资成本看公司建设的湿法隔膜项目投资额为2.5元/平方米单位产能理论投资额已经降至行业最低水平成本控制相当优秀在星源稳干法增湿法的发展路线下湿法隔膜的份额上升几乎板上钉钉


3未来发展


1隔膜价格下降趋势趋稳


在新能源汽车价格下降的市场需求和动力电池龙头厂商话语权加重的情况下隔膜价格近年来不可避免地出现了大幅下跌的趋势不过因为隔膜对电池性能的影响大且壁垒高因此在2018年出现断崖式下跌之后这两年降速趋缓趋稳未来预计海外的占比提升对隔膜价格的稳定和隔膜企业的盈利水平也会有较大促进作用



从隔膜行业历 年均价来看由于开始实现进口替代和技术进步2018 年以前行业价格整体降 幅较大2018 年以来行业价格进入每年窄幅下降的通道中2019 年隔膜降价 25-30%目前湿法基膜半成品价格 1.4-1.6 元/平由于行业新产能释放2020 年隔膜降价幅度预计为 10-15%而龙头恩捷成本 0.7-0.8 元/平毛利率仍有 40% 以上



聚乙烯价格持续下降原材料成本端有望受益


隔膜成本构成清晰原材料成本占比较大隔膜厂商的营业成本构成原材料 制造费用折旧及能源成本为主占比较大分别达到 30%-40%40%-50%人 工成本占比在 10%-20%但随着产能释放和产量增长将会被摊薄


聚乙烯占原材料比重高行业整体价格呈现波动下行趋势隔膜生产所需原材料 包括聚乙烯聚丙烯石蜡油二氯甲烷等其中以聚乙烯PE为主占原材 料比重相对较大2017 年开始生产隔膜所需的主要原材料聚乙烯价格呈现波动 且下降趋势高密度聚乙烯的进口平均单价由 2015 年的 1,263.61 美元/吨下降 到目前的 833.31 美元/吨行业整体价格下降幅度较大



上游原油价格下行价格波动向下传导聚乙烯的上游原料为原油原油价格的 不稳定性导致聚乙烯价格的波动受国际形势影响2020 年以来原油价格骤降 并进入低价格区间震荡受此影响下游聚乙烯价格有望继续下行。



2湿法工艺和涂覆工艺会持续加强主流地位


大势不可违在消费者存在车辆续航延长的要求下更适合制造高能量密度锂电池的湿法+涂覆工艺成为主流的趋势较长时间内不会改变


受能量密度与补贴倾向影响使用湿法隔膜的三元电池在乘用车领域加速崛起渗透率已经达到70%以上预计还会稳中有进需求量将进一步扩大不过在价格导向的中低端乘用车和对能量密度要求不高的商用车方面成本比湿法涂覆隔膜低50%以上的干法隔膜优势依然明显依然会有相当大空间只是增速难以加快


涂覆工艺是隔膜厂商未来的核心竞争力可以明显改善湿法隔膜电池的热稳定性和循环性能大的锂电企业如宁德时代LGSKI等自身都具备部分涂覆产能但建设速度较慢还是以外包出去加工为主国内企业的涂覆技术相较日韩依然比较落后不过恩捷股份璞泰来已经有了很大发展也是目前国内的主要涂覆商其中恩捷与日本帝人的合作预计会在未来几年完成对日韩的赶超比亚迪则是全部依靠自己进行涂覆另外涂覆目前以陶瓷勃姆石硫酸钡等无机材料为主而芳纶涂覆在改善热稳定的基础上还能够大幅提升湿法隔膜的性能更加适应高端的锂电池需求极有可能成为未来全球电池隔膜技术的发展主流方向






涂覆工艺


相对于制造环节隔膜涂布在技术上难度不高设备基本也可以国产解决主要来说可使用凹版辊涂浸涂窄涂或喷涂等方式国内主流基膜厂商和大量代工厂都能够实现目前隔膜涂覆厂商大多采用凹版辊涂方法原因是此工艺的加工速度精度均较高工艺成熟同时维护相对简单成本较低当然在隔膜涂布环节光固化法具有固化速度快生产效率高涂层性能优异节约资源的优点未来应用前景广阔但光固化法目前我国国内企业基本未有大规模应用的案例



涂布材料


无机涂布无机涂布目前以陶瓷材料涂布为主还有勃姆石涂布材料等处于研发中


1陶瓷材料


在隔膜表面涂覆无机陶瓷材料能有效改善隔膜性能首先无机材料特别是陶瓷材料热阻大可以防止高温时热失控的扩大从而提高电池的热稳定性其次陶瓷颗粒表面的-OH 等基团亲液性较强从而提高隔膜对于电解液的浸润性陶瓷涂布材料由 Al2O3SiO2Mg(OH)2或其他耐热性优良的无机物陶瓷颗粒组成其涂布在隔膜表面后可以提高隔膜的耐高温性能耐热收缩性能和穿刺强度防止电池胀气从而提高电池的安全性早在 2010 年前日本韩国已经开始普及和推广陶瓷涂布隔膜的应用目前已经开始往复合膜方向发展不再停留涂布材料研究层面国内从 2013 年开始从日本采购设备开始陶瓷涂布隔膜的生产并进行研发但相关的研究和产业化主要集中在单面复合和双面复合工艺即以现有聚烯烃微孔膜为基膜的陶瓷涂覆技术



2勃姆石材料


勃姆石材料是继陶瓷材料之后的新兴无机涂布材料勃姆石又称软水铝石分子式为 AIOOH颗粒形貌为均匀的立方体具有耐热温度高硬度低与有机物相容性好的特点勃姆石微观结构为板状结构涂覆后有缝隙不影响锂离子的穿透和隔膜的透气性此外勃姆石涂覆隔膜能够保证隔膜的完整性即使在基底膜融化的情况下也能保持隔膜完整性隔开正负极从而防止进一步短路的发生隔膜制造企业通过在涂布中采用勃姆石涂层能够在较低的涂层厚度的前提下显著的提升隔膜的热稳定性从而提升锂离子电池的安全性并改善电池的倍率性能和循环性能同时勃姆石涂层较薄的厚度还有助于提升锂离子电池的体积能量密度和重量能量密度



聚合物涂层


1芳纶涂布材料


芳纶涂布目前应用较广松下供给特斯拉的 NCA 电池上已全面使用虽然陶瓷涂布技术能提高 PE材料的耐高温性但其也体现出浸润性差质量大的特点芳纶涂布则可以有效解决这些问题芳纶涂布膜具有更优的吸液保液性能和离子电导率可在不影响安全性的前提下制造出更轻薄小巧的微型高容量电池涂覆使用高耐热性芳纶树脂进行复合处理而得到的涂层一方面能使隔膜耐热性能大幅提升实现闭孔特性和耐热性能的全面兼备另一方面芳纶树脂对电解液具有高亲和性使隔膜具有良好的浸润和吸液保液的能力而这种优秀的高浸润性可以延长电池的循环寿命此外芳纶树脂加上填充物可以提高隔膜的抗氧化性进而实现高电位化从而提高能量密度其主要技术瓶颈是芳纶材料的合成储运芳纶涂层成膜造孔技术目前特斯拉 Model S 系列装载的锂电池已全面使用芳纶涂布隔膜



2PVDF 涂布材料


PVDF 涂覆隔膜具有低内阻厚度/空隙率均一性力学性能好化学与电化学稳定性好等特点PVDF 即聚偏氟乙烯是一种白色粉末状结晶性聚合物熔点 170℃热分解温度 316℃以上长期使用温度-40~150℃具有优良的耐化学腐蚀性耐高温色变性耐氧化性耐磨性柔韧性以及很高的耐冲击性强度目前根据溶剂不同分为水性 PVDF 涂覆隔膜与油性 PVDF 涂覆隔膜由于纳米纤维涂层的存在该新型隔膜对锂电池电极具有比普通电池隔膜更好的兼容性和粘合性能大幅度提高电池的耐高温性能和安全性此外该新型隔膜对液体电解质的吸收性好具有良好的浸润和吸液保液的能力延长电池循环 寿命增加电池的大倍率放电性能使电池的输出能力提升 20%特别适用于高端储能电池汽车动力电池




复合涂层


复合涂层是在聚合物涂层浆料中分散进入无机粒子混合均匀后涂覆在隔膜基材上目前多以实验室研究为主尚未进入大规模应用


1陶瓷与 PVDF 混涂将陶瓷颗粒与 PVDF 颗粒混合分散均匀均匀涂覆在隔膜基材上一次加工成型以同时使隔膜兼备热稳定性与粘接力


2有机-无机复合包覆制备方法是将陶瓷颗粒涂覆在 PE 膜两侧表面再用浸渍法将聚多巴胺PDA引入PDA 能包裹在陶瓷和 PE 外表面形成一个整体覆盖的自支撑膜从而影响了复合隔膜的成膜特性特别是在 230℃高温条件下此复合膜依然没有热收缩同时经过聚多巴胺处理后的隔膜对电解液润湿性更好该复合隔膜表现出优于 PE 膜和陶瓷复合隔膜的循环性能和倍率性能



涂布溶剂


涂布过程中可使用的溶剂范围比较广泛总体而言可以分为水性和油性两种水性溶剂包括水乙醇丙三醇和其他极性有机溶剂油性溶剂包括丙酮NMP 和其他非极性溶剂在实际配方中溶剂的使用并不限于一种不同种类和比例的溶剂组合会对产品性能产生不同的影响

水性溶剂成本便宜但粘附性较差一般用于低端隔膜产品水性涂覆的浆料溶剂可以使用去离子水乙醇丙三醇等极性溶剂使用后无需回收环境污染小但由于隔膜本身存在亲油性会导致产品的均匀性和粘附性下降产品可能出现透光点(涂覆厚度太薄)和暗点(涂覆厚度太厚)水性涂覆隔膜价格和产品定位相对较低


油性溶剂价格较水性溶剂稍贵但其均匀性和粘附性均较好一般用于高端隔膜产品油性涂覆的浆料使用油性溶剂如丙酮NMP该工艺中溶剂与粘结剂和隔膜本身亲和性好产品的均匀性和粘附性较水性涂覆隔膜优秀也更能减少透光点和暗点的发生但油性溶剂价格高污染较大需要回收成本较高因此油性涂覆隔膜通常定位中高端


对于一些特殊要求的隔膜在涂布环节会采用油性溶剂和水性溶剂混合应用的方式例如一些涂覆隔膜对孔隙率有一定要求厂家就可能通过造孔工艺来满足需求先使用油性溶剂涂覆然后在浆料中按一定小比例添加造孔剂如水乙醇正丁醇PVP 等极性材料这些造孔剂不溶于油性溶剂分布相对集中在涂覆完成后可以通过水洗溶解去除从而留下孔道使用造孔剂造孔能极大提升涂覆隔膜的离子迁移率改善导电性能但会降低其力学性能和机械性能在上述的几种极性材料中使用 PVP 造孔后的隔膜抗拉伸能力最强乙醇正丁醇造孔隔膜次之水造孔隔膜力学性能最差我们认为对水性和油性涂覆的使用取决于下游电池厂商的需求和应用场景一定时期内两种技术将并行发展。


除了使用涂布的方式增强隔膜的电化学性能之外

研发采用新型隔膜基材也是一个重要的发展方向由于 PE 和 PP 的热变形温度比较低PE 的热变形温度 80~85℃PP 为 100℃温度过高时隔膜会发生严重的热收缩导致电池的正负电极接触而短路存在引起电池燃烧或爆炸的危险严重威胁着使用者的生命安全为了提高隔膜安全性现有隔膜厂商是以在基膜上涂覆PVDF或陶瓷等材料生产的涂覆隔膜为主也有一些厂商正在通过非纺织的方法将纤维进行定向或随机排列形成纤网结构然后用化学或物理的方法进行加固成膜被称为无纺布型隔膜材料使其具有良好的透气率和吸液率这些新型基材隔膜的耐热性能大多显著好于聚烯烃类隔膜并且因其具有类似编织的结构使得隔膜的抗刺穿性方面表现也十分优异可有效避免因针刺造成的短路现象提高保液率目前使用聚酰亚胺PI聚对苯二甲酸乙二酯PET间位芳纶PMIA等合成材料制备无纺布隔膜



聚对苯二甲酸乙二酯PET


PET 是一种机械性能热力学性能电绝缘性能均十分优异的材料根据相关研究, 电极表面锂沉积会形成枝晶且会继续生长刺穿隔膜, 从而造成电池内部短路引起故障甚至火灾爆炸, 而 PET 隔膜所具有的三维孔结构, 可有效避免因针刺造成的短路现象PET 类隔膜最具代表性的产品是德国 Degussa 公司开发的以 PET 隔膜为基底陶瓷颗粒涂覆的复合膜表现出优异的耐热性能闭孔温度高达 220℃


PET 无纺布隔膜性能优异但成本过高还未进入大规模商业化应用采用静电纺丝法制造的 PET 无纺布隔膜熔点为 255℃,远高于 PE 膜最大拉伸强度为 12Mpa孔隙率达到 89%吸液率达到 500%均远高于干法隔膜离子电导率和循环性能也较干法隔膜优异虽然 PET 隔膜性能优良但从成本上来说制造过程中需要根据隔膜的孔径厚度及均匀度来采用相匹配的纤维一般来说 PET 纤维越细则成本越高目前纳米级别直径的 PET 纤维成本在 1 万日元/kg人民币约 600 元/kg以上如果用该级别的纤维材料制备隔膜成本将在 100 日元人民币约 6 元每平米以上相对于目前的锂电隔膜来说 PET 隔膜的成本显著偏高还未到在动力锂电领域规模化商业应用的阶段



聚酰亚胺PI


PI 是较 PET 更加优秀的纤维材质也是目前最具潜力的锂电隔膜基材之一PI 具有优异的热稳定性较高的孔隙率和较好的耐高温性能可以在-200~300℃下长期使用目前用静电纺丝法制造的 PI 无纺布隔膜其熔点可达 500℃并且在 150℃高温条件下也不会发生老化和热收缩其次由于 PI 纤维极性强对电解液润湿性好使得 PI 无纺布隔膜也具有极佳的吸液率综合而言PI 无纺布隔膜熔点吸液率孔隙率热收缩温度都较传统 PE/PP 隔膜乃至 PET 无纺布隔膜表现优秀是最具潜力的锂电隔膜基材之一目前市场上主流的 PI 薄膜是美国杜邦公司发明的 Kapton日本宇部的 Upilex 和钟渊的 Apical主要的专利和生产厂家还是集中在美国杜邦日本宇部和日本东洋纺等企业手中




间位芳纶PMIA


PMIA 是一种芳香族聚酰胺其高达 400℃的热解温度能显著提高电池的安全性能从图 16中可以看到 PMIA 薄膜是由 PMIA 纤维无规则排列而形成三维网络多孔结构这种多孔结构有助于 提高隔膜的孔隙率此外由于羰基基团的极性相对较高使得隔膜在电解液中具有较高的润湿性从而提高了隔膜的吸液率


一般而言 PMIA 隔膜是通过非纺织的方法如静电纺丝法来制造但相转化法制造的 PMIA 薄膜更加具备商业化前景目前由于静电纺丝法的纺丝速率极慢导致生产效率低下使得其价格偏高从而不利于商业化大规模推广此外静电纺丝法导致 PMIA 隔膜的离子电导率偏低也不太适合用在高倍率充放电的锂电池中而相转化法制造的 PMIA 薄膜由于其通用性和可控制性更加具备商业化的前景



聚偏氟乙烯PVDF


PVDF 除了目前常见用于涂布中之外还可以单独用于生产隔膜PVDF聚偏氟乙烯本身是半结晶性含氟聚合物目前主要用作锂电隔膜涂布环节的粘结剂和隔膜涂层但一直有单独将 PVDF 作为隔膜基材的研究以静电纺丝法制造的 PVDF 无纺布隔膜其熔点 170℃吸液率可达 150%长期使用温度-40~150℃总体与目前主流湿法 PE 隔膜相近我们认为其作为隔膜基材的商业化价值不大未来将继续主要用于涂布的粘结剂和涂层材料使用


聚对苯撑苯并二唑PBO


新型高分子材料 PBO(聚对苯撑苯并二唑)是一种具有优异力学性能热稳定性阻燃性的有机纤维其基体是一种线性链状结构聚合物在 650℃以下不分解具有超高强度和模量是理想的耐热和耐冲击纤维材料由于 PBO 纤维表面极为光滑物理化学惰性极强因此纤维形貌较难改变PBO 纤维只溶于100%的浓硫酸甲基磺酸氟磺酸等经过强酸刻蚀后的 PBO 纤维上的原纤会从主干上剥离脱落的形成分丝形貌提高了比表面积和界面粘结强度日本东洋纺是目前世界上唯一的一家可以进行 PBO 纤维商业化生产以及拥有单体(DAR)的工业化生产能力的公司虽然 PBO 隔膜性能十分优异也超出了 PI隔膜但我们认为由于技术的问题我国要规模化使用 PBO 作为隔膜基材的路途还十分遥远



目前我国锂电隔膜原材料主要依赖进口PP/HDPE 虽为石化产品但价格较为稳定不太受原油价格影响从草根调研来看目前我国制造锂电隔膜所使用的 HDPE 依旧主要依赖进口主要来源有日本三井日本旭化成大韩日化而 PP 则开始采用国内产品包括成都慧成等价格上 HDPE 和 PP 的进口价格常年来均维持在 10000 元/吨附近波动2014 年之前价格较高约在 12000 元/吨左右2015 年之后由于国产化率增加价格下滑至 9000 元/吨附近由于是目前干法/湿法隔膜的主要原材料PP/HDPE 的价格波动对隔膜成本的影响较为刚性但一方面 PP/HDPE 价格波动空间有限另一方面对成本的实际边际影响不大


我们认为可以不做重要因素考虑这是由于锂电隔膜的厚度十分薄按照 PP 密度 0.95g/m³而言一吨PP 原料可生产 16µm 厚度隔膜约 6.58 万㎡折合单位成本约 0.139 元/㎡若以 HDPE 密度 0.92g/m³而言一吨 HDPE 可生产 12µm 厚度的湿法隔膜约 9.06 万㎡折合单位成本约 0.096 元/㎡





3国内厂商还有很大发展空间


在锂电池四大材料中国内厂商目前在隔膜领域市占率最低约40%正极材料扩张到近5成而电解液和负极材料已经占据全球7成处在主导地位


造成这一情况的主要原因还是隔膜的技术壁垒最高但也恰恰反映了隔膜领域国内的厂商有更大的替代增长空间在朝着全面国产化的道路上一旦技术赶上国内隔膜企业很有可能会出现大规模暴涨


除了国产替代在向海外动力电池厂商供货的潜力上中国企业也有自己的优势首先是低人工和制造成本带来的价格优势湿法基膜和涂覆膜较日韩隔膜

产品便宜约30%-50%难以让海外巨头拒绝其次是产能优势1Gwh动力电池需要大约2000万平米的隔膜国内的企业扩张效率更高决策更快大批量供货能力更加稳定最后是目前的短板技术工艺恩捷在湿法上的巨大进步已经使得国内外差距缩小且对海外高端隔膜的供货比例不断上升干法上技术壁垒不高星源材质早就和全球所有企业掰腕子的能力


所以目前来看恩捷股份的技术积累和关键性合作在国产供应链替代和进军海外的趋势中最可能稳定受利而星源材质目前才80亿的市值不足恩捷十分之一若是参考另外三个行业的格局榜眼企业的市占率和状元应该会缩小到一倍以内这就意味着在不考虑整体行业增长的情况下星源就已经有望实现4-5倍的成长


4技术和设备壁垒很高恩捷股份龙头地位难以撼动


锂电隔膜是典型的技术密集型重资产型产业温度控制湿法涂覆等核心工艺壁垒高决定了良品率从而影响公司利润率设备也需要大量投资和长期认证新进入者几乎发展不起来



锂电干法隔膜设备相对比较简单成本投入较低国 外设备厂家有奥地利 SML 兰精机械国内设备厂家以北京自动化研究所桂林电 科所和济南机械装备总厂锂电池湿法隔膜生产设备复杂主要依赖进口世界 上主要设备供应商有德国布鲁克纳日本制刚所日本东丽韩国韩承韩国 MASTER国内供应商主要有青岛中科华联隔膜生产设备昂贵一条干法隔膜生产线设备投入在 4000 万左右一条产能合计 1 亿平米/年的湿法隔膜生产线设备 投入在 1.5-3.3 亿元

 




 



销售壁垒高客户认证周期长锂离子电池隔膜的销售对象为国内锂离子电池生 产企业由于锂离子电池产品主要用于 3C 消费类产品电动交通工具工业储 能领域对于产品的质量和稳定性要求较高因此锂离子电池生产企业对于上游 产品供应商的要求也很高对其上游供应商都要进行严格检测认证认证流程与 周期较长产品认证过程一般包括试验测试小试中试国内电芯客户认证 周期在 1 年左右对于有过合作关系的供应商新线产品认证周期在 3-6 月左右 国际客户认证周期较长需要 2 年左右时间



而在这方面恩捷股份作为全球龙头有长期的技术积累和成本优势生产线全年无休保证产能稳步发展形成规模效应优质客户的复杂认证形成的天然壁垒都保护了恩捷的市场地位这也是为什么近几年恩捷盈利能力稳定优于其他对手的原因而在取得帝人的专利之后或许是恩捷业务的又一个拐点有望突破海外份额拓展海外供货能力实现对海外锂电池企业的批量高端涂布膜供应


5中材科技大树底下好乘凉


前文也提过中材科技作为资金不愁产能充足股东强大的公司将做大电池隔膜视为战略方向的情况下迅速发展还是不难的尤其是隔膜业务仅为主业零头的当下并且已经开始对宁德时代LG比亚迪等下游企业逐步进行批量供货还有很诱人的一点就是中材的最近四季度市盈率仅为20左右恩捷股份约100星源材质超200而中材科技主业风电叶片和玻璃制品每年净利润稳定增长百分之十几相当于有一个业绩的保底再加上隔膜可能出现的发展还是有一定投资价值的


6星源材质弹性大设备技术待进步


因为市值较小业绩也不是很稳定湿法隔膜又有待放量造就了星源材质的高弹性如果星源设备的产能利用率和产品良品率能到发展到与行业头部企业接近的水平则有望实现行业最低成本和最强的盈利能力只靠自身的话非常艰难但是在国内湿法隔膜恩捷一家独大的情况下LG和宁德时代还是有可能给与星源莫大的帮助的


4宁德时代的布局


宁德时代的隔膜供应商已经率先全部更换为国产供应商其供应商分别为恩捷股份包括上海恩捷和苏州捷力中材科技中兴新材星源材质等上市公司为恩捷股份中材科技星源材质其中恩捷股份对宁德时代的占比超过了75%话语权较重因此隔膜也是宁德时代议价能力相对较弱的领域干法龙头星源材质占比仅为5%还在培养当中相对恩捷的话语权比弱很多在宁德时代分散供货商扶持自身产业链的基础上恩捷作为最重要的隔膜合作伙伴又掌握核心技术宁德时代有可能会对其进行投资加深合作加强自身的行业地位也有很大概率会对星源材质这一相对小市值公司进行大力扶持弱化恩捷对自己和LG对星源的影响力这主要要看星源材质能否突破技术工艺的束缚和设备的限制另外在今年8月11日宁德时代发布公告称将以证券投资方式对境内外产业链上下游优质上市公司进行不超过190.67亿元的投资之后短期涨幅最高的属沧州明珠连续六连板虽然有市场炒作概念的原因但底层原因还是今年2月12号沧州明珠在互动平台声称公司已经对宁德时代进行隔膜供应因此同样作为小市值公司且发展很不明了造成了弹性大的特点此前沧州明珠也是比亚迪的隔膜供货商之一不过目前发展的并不好不仅18年和19年毛利率均为负值也从2.8亿的年收入下降到1.57亿2020中报其锂离子电池隔膜业务收入仅为4676万毛利率-71.85%


此外在湿法隔膜涂覆方面宁德时代自2016 年起在恩捷中材等隔膜供应商处购买的基膜半成品大多委托璞泰来涂覆加工一方面因为璞泰来的子公司东莞卓高和东莞卓越在隔膜涂覆上属于国内领先而宁德自身技术和产能不足另一方面是璞泰来与ATL紧密的关系促成了宁德时代和璞泰来在隔膜涂覆上深入的合作通过深度绑定宁德时代璞泰来也成为国内最大的独立涂覆隔膜代工商在国内涂覆市场市占率超过40%。




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金冠电气
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沧州明珠
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  • 🐍天柚圻才🐣
    春风吹又生的萌新
    只看TA
    2021-08-08 13:21
    磷酸铁锂电池使用干法隔膜,星源材质干法隔膜龙头
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  • 只看TA
    2021-09-27 16:31
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  • 只看TA
    2021-08-22 10:28
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    2021-08-10 13:02
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  • 只看TA
    2021-08-10 12:55
    感谢分享,长知识了,点赞收藏转发,老师辛苦了!
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  • 龙七
    超短低吸的老股民
    只看TA
    2021-08-09 08:34
    第一的课代表总结到位
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  • 巖.
    中线波段
    只看TA
    2021-08-09 00:09
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  • 缺啥补啥
    超短追板的散户
    只看TA
    2021-08-08 23:29
    感谢感谢
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  • 只看TA
    2021-08-08 21:10
    隔膜
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  • 只看TA
    2021-08-08 21:10
    辛苦了
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