1. :18964530232
  2. :021-54379817

资讯中心

NEWS

锂电池隔膜行业:锂电池隔膜需求旺盛,湿法制备占比提高

2022-12-13 来源:远瞻智库 浏览数:1

一、锂电池隔膜:锂电池关键内层组件

1.1 锂电池隔膜的基本介绍

锂电池作由正极、负极、隔膜、电解液四个主要部分构成。

隔膜是一种具有微孔结构的薄膜,是锂离子电池中的关键环节,是锂离子电池产业链中最具技术壁垒的关键内层组件,成本占比约10%-20%,在锂电池进行电解反应时,锂电池隔膜可以用来分隔正极和负极防止短路现象的发生,同时允许电解质离子自由通过。

锂电池隔膜浸润在电解液中,表面上有大量允许锂离子通过的微孔,微孔的材料、数量和厚度会影响锂离子穿过隔膜的速度,进而影响电池的放电倍率、循环寿命等性能。

锂电池隔膜生产工艺复杂、技术壁垒高。

高性能锂电池需要隔膜具有厚度均匀性以及优良的力学性能(包括拉伸强度和抗穿刺强度)、透气性能、理化性能(包括润湿性、化学稳定性、热稳定性、安全性)。

隔膜的优异与否直接影响锂电池的容量、循环能力以及安全性能等特性,性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。

锂电池隔膜具有的诸多特性以及其性能指标的难以兼顾决定了其生产工艺技术壁垒高、研发难度大。

根据应用领域,锂电池隔膜可分为动力类锂电池隔膜、数码类锂电池隔膜和其他功能类隔膜。

在新能源汽车、储能电站、航天航空、医疗及电子产品等领域,锂电池隔膜的应用范围最为广泛。

聚烯烃是市场上通用的锂电池隔膜材料,可为锂电池隔膜提供良好的机械性和化学稳定性,分类为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)复合材料。

其中,聚乙烯产品主要应用于三元锂电池,聚丙烯产品主要应用于磷酸铁锂电池。

生产锂电池隔膜的技术路线有干法单向拉伸工艺、干法双向拉伸工艺和湿法工艺,由于干法 双向拉伸工艺隔膜的性能较差,只能用于中低端电池,因此干法单向拉伸工艺和湿法工艺是目前主流制备工艺。

根据物理和化学特性,锂电池隔膜可分为织造膜、非织造膜(无纺布)、微孔膜、复合膜、碾压膜等。

1.2 隔膜技术发展路径与展望

不同隔膜工艺在选材、厚度、微孔数量等性能上都有较大差异。

隔膜基膜制造根据微孔成孔机理主要分干法和湿法两种,其中干法可分为单拉、双拉两种,湿法按照拉伸取向是否同时可以分为异步、同步两种,同步法很均匀适合做消费电池,而异步法良品率高适合做动力电池。

干法隔膜通过拉伸造孔。

干法工艺将高分子聚合物、添加剂等原材料混合,制成均匀熔体挤出,在拉伸应力下,形成片晶结构,热处理后获得硬弹性的聚合物薄膜,之后在一定的温度下再次拉伸,形成微孔,热定型后制得微孔膜。

湿法隔膜通过萃取增塑剂造孔。

湿法工艺采用热致相分离原理,将增塑剂与聚烯烃树脂混合,熔融混合物降温过程中发生固液相/液液相分离,压制膜片并加热至接近熔点温度后,拉伸使分子链取向一致,保温并用易挥发溶剂(二氯甲烷/三氯乙烯)将增塑剂从薄膜中萃取出来,进而制得隔膜。

湿法隔膜目前占了主流,因其可以做得更薄,使电池能力密度更高,湿法隔膜的代表公司主要是日本旭化成、东丽东燃、韩国 SKI、上海恩捷等。

隔膜生产工艺包括原材料配方和快速配方调整、微孔制备技术、成套设备自主设计等诸多工艺。

其中,微孔制备技术是锂电池隔膜制备工艺的核心,目前商业化应用中主要是以聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)为主的微孔聚烯烃隔膜,按工艺可分为干法(基材以 PP 为主)和湿法(基材以 PE 为主)隔膜。

目前干法工艺主要包括干法单向拉伸和双向拉伸两种工艺。

相对于干法工艺,湿法工艺技术制备的隔膜微孔分布均匀性好,孔隙率高,亲液性好,内阻较低;同时闭孔温度低,双向拉伸强度高,可以制备较薄的隔膜(目前应用于动力电池的湿法隔膜普遍为 9-12um,而干法为 12-16um),契合锂电池提升能量密度的趋势。

但由于 PE 基材熔点较 PP 基材低,热收缩性较干法隔膜差,厚度较薄情况下穿刺强度较差,难以直接应用于动力电池。

从产品性能来看,湿法隔膜综合性能优于干法。

相比干法隔膜,湿法工艺在产品特性上的优势在于:具有更好的孔隙结构一致性;更强的横向拉伸强度;更优异的抗穿刺强度;厚度更薄,更好的厚度一致性。

湿法隔膜除热强度外优势明显。

湿法隔膜在厚度上可达 5-7μm,符合锂电池高能量、轻量化发展趋势。但对于高能量密度的动力电池来说,厚度太低的薄膜会带来更高的安全风险。

经涂覆后,薄膜的穿刺强度、和耐热性都有显著改善,破膜温度从 120℃提升至 160℃乃至 400℃,热收缩率从 120℃的 3.4%以上提升至 130℃的 2%乃至 150 度的 3%以内,从而缓解动力电池快充放热,隔膜热收缩造成电池正负极接触、燃烧、爆炸的安全问题。

经涂覆后完全契合三元正极锂电池。

由于聚烯烃大分子链的存在,无涂覆隔膜表面为低的表面能,对电解液亲和性差。而涂覆材料,如陶瓷,主要成分为超细氧化铝,其具有较大的比表面积,且为多孔结构,有利于与电 解液之间的亲和,能增加隔膜与电解液的接触面,吸液率从 116%增加至 190%,提升电容量,电池在反复充放电过程中保持良好电性能。

涂覆后的湿法隔膜大大提高了隔膜的穿刺强度,提高电池安全性,亦使薄膜显示出更好的电解液亲润性,吸液率从 116%提升至 190%以上,促进电池循环性能,大幅度提高了电池使用寿命。

综合来看,湿法涂覆隔膜相对于干法隔膜,具有更好的孔径均匀度、孔隙率和透气度。相对于湿法隔膜,显著提升了其热稳定性、穿刺强度和热稳定性,是综合性能与安全性的新型隔膜材料,成为三元材料电池隔膜的不二之选。

二、新能源汽车拉动隔膜出货增长,湿法渗透率快速提升

2.1 新能源汽车高速增长,下游需求旺盛

国内新能源汽车销量高速增长。2021 年国内新能源汽车销量达到 352 万辆,同比增长 157.5%,12 月份单月销量达到 53 万辆,创历史新高。

从产品结构来看,新能源乘用车占据市场主体,2021 年新能源乘用车销量 333.4 万辆,同比增长 120.6%,占新能源总销量比例接近 95%。新能源商用车销量 18.6 万辆,同比增长 54%。

2021年,我国动力电池装机量154.5GWh,同比增长142.8%。12月份装机量达到26.2GWh,创历史新高,同比增长102.4%。

从市场份额来看,宁德时代继续保持着较大的市场优势,2021年国内市场份额52.1%。

磷酸铁锂电池受益于技术革新(CTP 技术、刀片技术等)渗透率快速提升,2021年国内磷酸铁锂动力电池装机量超过三元。

2021年国内动力电池装机量154.5GWh,其中磷酸铁锂电79.8GWh,占比51.7%。

2021年国内磷酸铁锂电池装机量同比增长118.5%,三元电池装机量同比增84.7%。

随着消费者购买热情持续上升,加上部分消费者希望在2022年补贴退坡前,把握更加优惠的新能源汽车购买价格,预计2022年全年国内电动车销量有望达到530万辆,从增量结构来看,2022年的重要增量主要源于高端放量的延续以及中端价格带的崛起。

随着优质高端电动车型的爆发,凭借响应速度快、加速体验好、动力性能强等操控优势,以及智能化水平提升整体驾乘体验,将吸引越来越多的高端消费人群向电动豪华车切换,而车企更多的产品条线的布局也在不断完善,推出竞争力十足的产品。

2021年以来全球电动车市场表现抢眼,动力电池需求火爆,但随即而然带来的是原材料端的供需错位,原材料价格大幅上涨,电池厂商成本不断承压,主要电池厂商毛利率出现了一定程度的下滑。

预计2022年动力电池成本压力有望顺利向下游车企传导,电池厂商盈利能力有望得到改善。2022年国内动力电池装车量有望突破 270GWh。

2.2 隔膜出货量快速提升,湿法制备成主流

目前隔膜主要包括两大技术路线:湿法隔膜和干法隔膜。

目前,三元材料动力锂电池基本采用湿法隔膜,而同样需要不断提高能量密度的磷酸铁锂电池亦有宁德、国轩等主流厂家选用湿法隔膜。

过去数年随着能量密度相对更高的三元材料动力锂电池出货量占比的提升,湿法隔膜的出货量占比也逐年提升。

根据 GGII 统计,2021年,国内隔膜产量 79 亿平方米,同比增长112.5%,其中湿法隔膜产量60.6亿平方米,占比76.7%,同比增长132%;干法隔膜产量18.44亿平方米,占比23%,同比增长67.7%,而未来随着储能快速增长,将进一步带来湿法和干法隔膜的增量市场。

在湿法隔膜市场,恩捷股份在国内市占率高达 50.3%,中材科技和星源材质位列二、三名。

干法隔膜市场,中兴新材、星源材质和惠强新材位列前三名。

湿法隔膜是高技术壁垒、高资金投入,建设周期较长的产品。并且生产设备依赖进口,包括日本制钢所、德国布鲁克纳等。日本制钢所的设备在湿法隔膜领域更领先,但其产能有限,无法匹配全球新能源汽车大发展对隔膜需求的增量,是目前扩产中比较大的制约因素之一,2022年湿法隔膜仍然供不应求,有望继续保持高景气度。

三、重点公司介绍

恩捷股份

公司于2006年成立,2011年公司完成股改后更名为云南创新新材料股份有限公司,并于2016年 9 月在深交所挂牌上市。

2018年 7 月,公司收购同一控制人旗下的上海恩捷 90.08%的股权,上市公司正式纳入锂电隔膜业务。

2018年 8 月公司成立全资子公司无锡恩捷、11 月上海恩捷收购江西通瑞;2020年 3 月公司完成对苏州捷力 100%股权的收购,12 月完成对纽米科技 76.36%股权的收购;2020年进一步收购上海恩捷 5.14%的股权。

公司紧抓锂电池隔离膜业务的行业发展机遇,湿法隔膜的产销量持续稳定增长,2021年隔膜销量超过 30 亿平,同比增长超 130%,公司在线涂覆隔膜 2021 年占比预计达到 30%以上,产品结构进一步优化。

公司2022年产能规划达到 50 亿平以上,2022 年有望达到 75 亿平,进一步提升市场竞争力。

公司已与宁德时代签订了2022年51.78亿元的保供协议;与Ultium Cells签订了至2024 年的 2.58亿美元采购合同;与中创新航签订了 2022 年合计不超过 25 亿元的供应协议;与海外车企签订了 2022 至 2024 年合计不超过 16.5 亿平米隔膜的供应协议。

海内外优质客户的大规模订单可以保障公司新建产能的完全释放以及规模化生产的效率提升。

星源材质

公司成立于 2003 年,从事锂离子电池隔膜研发、生产及销售,是我国首家打破国外垄断的锂电池隔膜干法单拉技术的企业。

公司产品为锂离子电池隔膜,包括干法,湿法和涂覆三类,广泛应用于数码类电池和动力电池,获得了韩国 LG 化学、宁德时代、比亚迪、国轩高科、亿纬锂能、天津力神、孚能科技等国内外知名的锂离子电池厂商的供应能力。

公司 2021 年实现隔膜销量 12.2 亿平,同比增长 74.25%,销售额 18.42 亿元,同比增 长 109.71%,毛利率 37.75%,同比提升 6.47 个百分点。

子公司常州星源收入 7.05 亿元, 同比增长 78.79%,净利润 1.29 亿元,同比增长 65.36%。2021 年公司海外收入 3.95 亿 元,同比增长 71.39%,毛利率 51.37%,同比提升 8.67 个百分点。

公司年产 36000 万平方米锂离子电池湿法隔膜产能已经完成建设并开始批量供货,超级涂覆工厂部分产能完成建设并向客户大批量交货。

中材科技

公司是国内集玻纤与制品、风电叶片、锂电隔膜业务于一体的复合材料龙头。

公司是在南京玻纤研究设计院、北京玻璃钢研究设计院和苏州非金属矿工业设计研究院三所科研院所基础上改制而成的,2007 年 6 月,公司成立中材叶片子公司,正式进军风电叶片领域,2016 年 4 月,公司完成收购泰山玻纤 100%股权,切入玻纤领域,同年成立子公司 中材锂膜并正式进行产能大规模扩建。

2019年,公司子公司中材锂膜增资并购湖南中锂,锂膜市场占有率快速提升。

2021年玻纤行业整体处于高景气周期,公司销售玻纤及制品 111 万吨,泰山玻纤子公司营业收入 89.68 亿元,同比增长 29.23%,净利润 28.94 亿元。

公司玻纤资产量的扩张与技术突破值得期待。

2021年公司销售隔膜 6.8 亿平,同比增长 76%,收入 11.7 亿元,净利润 0.88 亿元。

锂电隔膜业务属于公司三大板块业务中成长爆发力最强的业务,目前处于产能高速扩张阶段,公司基膜产能超 10 亿平米,目前南京基地、内蒙二期、三期及滕州三期正在筹建中,预计新增产能 26 亿平米,海外韩国两大客户已实现批量供货,供应份额保持稳定。


 

特别声明:本站所转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。

上海联净官方微信

关注官方微信公众号

扫描关注

上海联净官方微信

随时了解最新资讯

相关产品

查看全部 >>