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文檔簡介
1、 第 頁 目錄 HYPERLINK l _bookmark0 濕法替代干法僅僅是開始,涂布材料研發(fā)是關(guān)鍵5 HYPERLINK l _bookmark1 鋰電隔膜行業(yè)充分展現(xiàn)了高技術(shù)壁壘行業(yè)的技術(shù)迭代特征5 HYPERLINK l _bookmark2 濕法替代干法趨勢已確定6 HYPERLINK l _bookmark3 新型隔膜基材的研發(fā)應(yīng)用是一個重要方向9 HYPERLINK l _bookmark4 涂布環(huán)節(jié)未來將成為鋰電隔膜的核心技術(shù)壁壘13 HYPERLINK l _bookmark5 技術(shù)的不斷迭代是海外隔膜企業(yè)發(fā)展的必由路徑18 HYPERLINK l _bookmark6 深
2、厚技術(shù)積淀鑄造國際鋰電隔膜龍頭企業(yè)18 HYPERLINK l _bookmark7 不斷迭代的新產(chǎn)品是海外隔膜企業(yè)賴以發(fā)展的重要手段20 HYPERLINK l _bookmark8 日韓隔膜企業(yè)發(fā)展歷史的借鑒意義20 HYPERLINK l _bookmark9 Asahi-Kasei(旭化成)20 HYPERLINK l _bookmark10 Toray(東麗)22 HYPERLINK l _bookmark11 W-Scope24 HYPERLINK l _bookmark12 UBE(宇部興產(chǎn))27 HYPERLINK l _bookmark13 TOYOBO (東洋紡)28 HY
3、PERLINK l _bookmark14 當(dāng)前我國鋰電隔膜龍頭企業(yè)所處階段30 HYPERLINK l _bookmark15 成本只是短期競爭力,中期還看技術(shù)升級32 HYPERLINK l _bookmark16 賬期短使得海外隔膜企業(yè)流動性高32 HYPERLINK l _bookmark17 市場化競爭使得海外隔膜企業(yè)毛利率水平更具有參考意義32 HYPERLINK l _bookmark18 成本與技術(shù)雙輪驅(qū)動才能可持續(xù)發(fā)展34 HYPERLINK l _bookmark19 投資建議35 HYPERLINK l _bookmark20 風(fēng)險提示36圖表目錄圖表 1:鋰電隔膜類型及
4、涂覆工藝5圖表 2:鋰電隔膜在鋰電池鏈條中所處位置5圖表 3:鋰電隔膜工作原理6圖表 4:鋰電隔膜技術(shù)迭代路徑6圖表 5:干法與濕法隔膜生產(chǎn)工藝差異7圖表 6:不同類型的鋰電池對隔膜性能的需求不同7圖表 7:干法、濕法隔膜全方位對比7圖表 8:不同特性隔膜的安全性測試7圖表 9:2014-2018 年我國鋰電隔膜出貨量(億m2)8圖表 10:2014-2018 年干法濕法隔膜占比變化(%)8圖表 11:國外企業(yè)無紡布型隔膜材料隔膜研發(fā)進展9圖表 12:PET 隔膜與傳統(tǒng)隔膜性能參數(shù)對比9圖表 13:PI 隔膜熱收縮測試10圖表 14:PI 隔膜倍率測試10圖表 15:PI 隔膜與傳統(tǒng)隔膜性能參
5、數(shù)對比10圖表 16:PMIA 放大 20000 倍11圖表 17:PMIA 孔徑分布圖11圖表 18:PMIA 隔膜與傳統(tǒng)隔膜性能參數(shù)對比11圖表 19:PBO 性能參數(shù)對比11圖表 20:我國高密度聚乙烯及聚丙烯進口數(shù)量及占比情況(噸)12圖表 21:我國高密度聚乙烯及聚丙烯進口數(shù)量及占比情況(元/噸)12圖表 22:涂布帶來的隔膜物理性能差別13圖表 23:日韓陶瓷涂布技術(shù)研發(fā)進展13圖表 24:勃姆石涂層放大 5000 倍14圖表 25:勃姆石涂層放大 10000 倍14圖表 26:日韓芳綸涂布技術(shù)研發(fā)進展14圖表 27:PVDF 涂覆隔膜性能參數(shù)15圖表 28:陶瓷與 PVDF 混涂
6、示意圖15圖表 29:有機-無機復(fù)合包覆示意圖15圖表 30:水性溶劑 VS 油性溶劑16圖表 31:水性/油性 PVDF 涂覆隔膜優(yōu)缺點對比16圖表 32:目前國內(nèi)鋰電隔膜設(shè)備主要供應(yīng)商16圖表 33:凸版輥涂示意圖17圖表 34:狹縫涂布示意圖17圖表 35:涂布工藝對比17圖表 36:全球鋰電隔膜競爭格局18圖表 37:2017 年全球鋰電隔膜市場占有率18圖表 38:日本主要隔膜企業(yè)戰(zhàn)略發(fā)展歷程19圖表 39:韓國主要隔膜企業(yè)戰(zhàn)略發(fā)展歷程19圖表 40:海內(nèi)外主要隔膜企業(yè)產(chǎn)品不斷升級迭代20圖表 41:Asahi-Kasei 發(fā)展歷程21圖表 42:Asahi-Kasei 業(yè)務(wù)布局21
7、圖表 43:Asahi-Kasei 旗下濕法與干法隔膜歷年營收情況(十億日元)21圖表 44:Asahi-Kasei 產(chǎn)能結(jié)構(gòu)(百萬m2/年)22圖表 45:Asahi-Kasei 資本性支出(十億日元)22 HYPERLINK l _TOC_250022 圖表 46:Asahi-Kasei 濕法基膜生產(chǎn)線代際及產(chǎn)能22 HYPERLINK l _TOC_250021 圖表 47:Toray 發(fā)展歷程23 HYPERLINK l _TOC_250020 圖表 48:Toray 業(yè)務(wù)布局23 HYPERLINK l _TOC_250019 圖表 49:Toray 鋰電隔膜營收情況及增速23圖表
8、50:Toray 鋰電隔膜產(chǎn)能(百萬m2/年)24圖表 51:Toray 資本支出情況(十億日元)24 HYPERLINK l _TOC_250018 圖表 52:Toray 濕法基膜生產(chǎn)線代際及產(chǎn)能24 HYPERLINK l _TOC_250017 圖表 53:W-Scope 發(fā)展歷程25 HYPERLINK l _TOC_250016 圖表 54:W-Scope 鋰電隔膜營收情況及增速25圖表 55:W-Scope 基膜產(chǎn)能(百萬m2/年)25圖表 56:W-Scope 資本支出情況(十億日元)25圖表 57:W-Scope 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)26圖表 58:W-Scope 銷量分布26 HYPE
9、RLINK l _TOC_250015 圖表 59:W-Scope 濕法基膜生產(chǎn)線代際及產(chǎn)能26 HYPERLINK l _TOC_250014 圖表 60:W-Scope 濕法涂布生產(chǎn)線產(chǎn)能26 HYPERLINK l _TOC_250013 圖表 61:UBE 發(fā)展歷程27 HYPERLINK l _TOC_250012 圖表 62:UBE 整體業(yè)務(wù)布局27 HYPERLINK l _TOC_250011 圖表 63:UBE 化工品營收情況及增速27圖表 64:UBE 鋰電隔膜產(chǎn)能(百萬m2/年)28圖表 65:UBE 資本支出情況(十億日元)28 HYPERLINK l _TOC_250
10、010 圖表 66:TOYOBO 高性能隔膜發(fā)展歷程28 HYPERLINK l _TOC_250009 圖表 67:TOYOBO 業(yè)務(wù)布局29 HYPERLINK l _TOC_250008 圖表 68:TOYOBO 隔膜/功能性聚合物業(yè)務(wù)營收情況及增速29圖表 69:TOYOBO 毛利率情況(%)29圖表 70:TOYOBO 資本支出情況(十億日元)29圖表 71:國內(nèi)外鋰電隔膜產(chǎn)能(億 m2)30 HYPERLINK l _TOC_250007 圖表 72:濕法生產(chǎn)線代際及數(shù)量對比30 HYPERLINK l _TOC_250006 圖表 73:鋰電隔膜企業(yè)供應(yīng)情況30 HYPERLIN
11、K l _TOC_250005 圖表 74:上海恩捷和星源材質(zhì)單位成本拆分情況31圖表 75:各公司專利申請量對比31圖表 76:各公司隔膜專利申請趨勢31圖表 77:應(yīng)收賬款周轉(zhuǎn)天數(shù)對比32圖表 78:營業(yè)周期對比32 HYPERLINK l _TOC_250004 圖表 79:國內(nèi)鋰電隔膜廠商營收情況(百萬元)32 HYPERLINK l _TOC_250003 圖表 80:國外鋰電隔膜廠商營收情況(百萬元)33圖表 81:國內(nèi)濕法隔膜集中度變化趨勢33圖表 82:國內(nèi)干法隔膜集中度變化趨勢33圖表 83:國內(nèi)外隔膜企業(yè)毛利率對比33圖表 84:國內(nèi)外隔膜企業(yè)凈利率對比33 HYPERLI
12、NK l _TOC_250002 圖表 85:國內(nèi)外企業(yè)對比34 HYPERLINK l _TOC_250001 圖表 86:國內(nèi)外產(chǎn)量及毛利率對比(億平米、%)35 HYPERLINK l _TOC_250000 圖表 87:國內(nèi)外鋰電隔膜企業(yè)財務(wù)指標(biāo)對比36濕法替代干法僅僅是開始,涂布材料研發(fā)是關(guān)鍵隨著電動汽車的發(fā)展,高能量密度、高功率以及大容量的動力電池需求大增推動了鋰電隔膜的技術(shù)迭代。鋰電隔膜是鋰電池內(nèi)部進行電化學(xué)反應(yīng)時,用來分隔正極和負極以防止兩者直接反應(yīng)而發(fā)生短路的一層薄膜,同時也是支撐鋰電池完成充放電過程的重要構(gòu)件。傳統(tǒng)鋰電隔膜基材為 PE、PP,隨著對于鋰電池的安全性和快充的要
13、求越來越高,在濕法隔膜上使用陶瓷、芳綸等材料進行涂布以增強 PE 膜的性能參數(shù)已成為主流的技術(shù)方向。在不遠的未來,例如 PMT、PI、PMIA、PVDF、PBO 等新型隔膜基材以及隨之配套的無紡布織造技術(shù)也有可能得到快速發(fā)展。圖表 1:鋰電隔膜類型及涂覆工藝數(shù)據(jù)來源: 鋰電隔膜行業(yè)充分展現(xiàn)了高技術(shù)壁壘行業(yè)的技術(shù)迭代特征隔膜是鋰電池的重要組成部分,技術(shù)壁壘較高。動力鋰電隔膜因其基材、涂布漿料以及工藝難度較高而具有高進入壁壘。其難度主要來自原料的選擇和配比、專業(yè)定制的制造設(shè)備以及精確控制和微調(diào)技術(shù)。鋰電隔膜性能和安全性來源于對孔隙率、浸潤性、力學(xué)強度、熱穩(wěn)定性、熱關(guān)閉溫度和熱融化溫度之間的平衡和提
14、高。根據(jù)鋰電隔膜的結(jié)構(gòu)和組成,大致可分為多孔聚合物膜、無紡布隔膜和無機復(fù)合膜,在性能表現(xiàn)上有所不同,目前最為常見的是多孔聚合物膜。圖表 2:鋰電隔膜在鋰電池鏈條中所處位置數(shù)據(jù)來源: 圖表 3:鋰電隔膜工作原理數(shù)據(jù)來源:公開資料, 技術(shù)迭代是必由之路。在鋰離子電池開發(fā)的初期主要應(yīng)用在 3C 領(lǐng)域,對能量密度和電池容量要求低, 無需大電流充放電,因此多使用制備工藝簡單的干法隔膜。但隨著電動汽車的發(fā)展,高能量密度、高功率以及大容量的電池需求量越來越大。不同于 3C 鋰電,動力鋰電在大功率快速充放電和安全性方面對隔膜的各項性能提出了更高的挑戰(zhàn),這也使得鋰電隔膜使用的主材從聚烯烴類材料向多種材料、復(fù)合材
15、料的方向發(fā)展,結(jié)構(gòu)上也從簡單結(jié)構(gòu)向復(fù)雜結(jié)構(gòu)發(fā)展。我們認(rèn)為,目前鋰電隔膜行業(yè)的技術(shù)迭代路徑具體表現(xiàn)為: 干法PP 隔膜濕法PE 隔膜單層/多層涂布膜新型基材隔膜。圖表 4:鋰電隔膜技術(shù)迭代路徑數(shù)據(jù)來源: 濕法替代干法趨勢已確定聚烯烴膜中干法工藝在性能表現(xiàn)上有天花板,濕法工藝是控制隔膜孔徑和孔隙率的有效手段。聚烯烴隔膜是目前商業(yè)化鋰電池隔膜的主流,分為干法和濕法兩種生產(chǎn)工藝,有著不同的成孔機理。干法的孔隙源自物理作用,在厚度上有天然的瓶頸;而濕法的孔隙源自化學(xué)作用,可以達到更大的孔隙率和更均勻的孔徑。從成本、均勻性和生產(chǎn)線的角度進行對比,由于生產(chǎn)復(fù)雜性較低,干法隔膜的成本相對低于濕法隔膜; 然而在
16、精度控制上,干法隔膜的均勻性比濕法更難控制。干法隔膜生產(chǎn)線是一種更加細分的生產(chǎn)線,涉及更精細的手動控制點;相比之下,濕法隔膜的生產(chǎn)線是更自動化、連續(xù)生產(chǎn)的生產(chǎn)線,有更高的生產(chǎn)率。應(yīng)用方面,在動力鋰電池領(lǐng)域,濕法隔膜在性能和安全程度方面有著超越干法的顯著優(yōu)勢,更能夠適應(yīng)當(dāng)前新能源車動力電池逐漸向高能量密度化發(fā)展的趨勢。圖表 5:干法與濕法隔膜生產(chǎn)工藝差異圖表 6:不同類型的鋰電池對隔膜性能的需求不同數(shù)據(jù)來源: 收集整理數(shù)據(jù)來源:Celgard 官網(wǎng), 收集整理圖表 7:干法、濕法隔膜全方位對比干法隔膜濕法隔膜原料比較適用材料單層 PP 膜、單層 PE 膜、雙層膜、多層膜單層 PE 膜原料特性流動
17、性好,分子量低流動性差,分子量高工藝比較工藝簡單復(fù)雜工藝控制難度高難度低工藝柔性較小較大產(chǎn)品特性比較精密程度較低較高厚度偏厚偏薄拉伸強度低高孔隙率低高透氣性差好孔徑大小大小孔徑均勻性差好橫向收縮率低高穿刺強度低高安全性低高熔點165135產(chǎn)品特征比較產(chǎn)品種類單層膜、三層膜單層膜成本較低較高適用范圍小功率、低容量電池大功率、高容量電池環(huán)保程度環(huán)境友好有污染數(shù)據(jù)來源:星源材質(zhì)招股說明書, 圖表 8:不同特性隔膜的安全性測試隔膜種類基本信息過充試驗內(nèi)短路-針刺實驗外短路試驗PE12+412m的濕法 PE 隔膜單面涂覆4m的231、0.5C、電壓達到 10V 時最高溫度 107.26,未發(fā)生熱失控2、
18、1C、最高溫度 95.16,1、50%SOC 針刺,最高溫度 44,未發(fā)生熱失控; 100%SOC 針刺,最高溫度548,發(fā)生熱失控1、外電阻在 5m,最高溫度為 109,未發(fā)生熱失控2、外電阻在 15m,最高溫度為 115,發(fā)生熱收縮,發(fā)生熱失控2、通過測試;刺透 8 層,孔徑為 9閉孔PP16厚度為 16m的干法隔膜1、0.5C、電壓達到 10V 時最高溫度 102.67,未發(fā)生熱失控2、1C、最高溫度 415.37, 發(fā)生熱失控1、50%SOC 針刺,最高溫度 60,未發(fā)生熱失控; 100%SOC 針刺,最高溫度250,發(fā)生熱失控2、通過測試;刺透 22 層,孔徑為 251、外電阻在 5
19、m,最高溫度為 102,未發(fā)生熱失控2、外電阻在 15m,最高溫度為 103,未發(fā)生熱失控, 閉孔PE16厚度為 16m的濕法 PE 隔膜1、0.5C、電壓達到 10V 時最高溫度 100.08,未發(fā)生熱失控2、1C、最高溫度 95.16, 發(fā)生熱失控1、50%SOC 針刺,最高溫度 63,未發(fā)生熱失控; 100%SOC 針刺,最高溫度478,發(fā)生熱失控2、通過測試;刺透 22 層,孔徑為 341、外電阻在 5m,最高溫度為 111,未發(fā)生熱失控2、外電阻在 15m,最高溫度為分離溫度,發(fā)生熱收縮, 閉孔PE12厚度為 12m的濕法 PE 隔膜1、0.5C、電壓達到 7.5V 時最高溫度 50
20、0.05,發(fā)生熱失控2、1C、最高溫度 621.72,發(fā)生熱失控1、50%SOC 針刺,最高溫度 288,發(fā)生熱失控; 100%SOC 針刺,最高溫度600,發(fā)生熱失控未通過測試。1、外電阻在 5m,最高溫度為 793,發(fā)生熱失控2、外電阻在 15m,最高溫度為 788,發(fā)生熱失控,閉孔PE7厚度為 7m的濕法 PE 隔膜1、0.5C、電壓達到 10V 時最高溫度 74.07,未發(fā)生熱失控2、1C、最高溫度為分離溫度,發(fā)生熱失控1、50%SOC 針刺,最高溫度 320,發(fā)生熱失控; 100%SOC 針刺,最高溫度476,發(fā)生熱失控未通過測試。1、外電阻在 5m,最高溫度為 112,未發(fā)生熱失控
21、2、外電阻在 15m,最高溫度為 100,發(fā)生熱收縮,閉孔數(shù)據(jù)來源:電池材料, 整理鋰電隔膜出貨量快速增長,濕法占比快速提升。2018 年我國國內(nèi)鋰電隔膜出貨量已達 20 億2(YoY+26.05%),對應(yīng)鋰電池裝機規(guī)模接近 100GWh,近 5 年 CAGR 達 34.76%。其中濕法隔膜出貨量 13 億2(YoY+75.67%),干法隔膜出貨量 7 億2(YoY-4.76%),二者在增速上已呈現(xiàn)出明顯的反差。隨著濕法隔膜與干法隔膜價格差越發(fā)縮小以及動力鋰電對濕法隔膜的需求越來越高,其占比呈現(xiàn)快速上升趨勢,從 2014 年僅有 28.89%的占比已提升至 2018 年的 65%。我們認(rèn)為未來
22、隨著濕法隔膜價格愈發(fā)與干法隔膜接近,這一占比仍有可能進一步提升。干法隔膜最后可能保留低端 3C 等少數(shù)對產(chǎn)品性能要求不高的市場,但未來隨著動力電池對成本愈發(fā)敏感,干法隔膜可能依舊在動力鋰電的低端市場存在著一定的需求。圖表 9:2014-2018 年我國鋰電隔膜出貨量(億) 圖表 10:2014-2018 年干法濕法隔膜占比變化(%)25干法隔膜出貨量濕法隔膜出貨量201513107.84.5752.561.36.266.5573.23.96020142015201620172018干法隔膜占比濕法隔膜占比100%28.89%80%39.26% 42.20%54.36%65.00%60%40%7
23、1.11%60.74% 57.80%20%45.64% 35.00%0%20142015201620172018數(shù)據(jù)來源:GGII, 數(shù)據(jù)來源:GGII, 新型隔膜基材的研發(fā)應(yīng)用是一個重要方向除了使用涂布的方式增強隔膜的電化學(xué)性能之外,研發(fā)采用新型隔膜基材也是一個重要的發(fā)展方向。由于 PE 和 PP 的熱變形溫度比較低(PE 的熱變形溫度 8085,PP 為 100),溫度過高時隔膜會發(fā)生嚴(yán) 重的熱收縮,導(dǎo)致電池的正負電極接觸而短路,存在引起電池燃燒或爆炸的危險,嚴(yán)重威脅著使用者的生 命安全。為了提高隔膜安全性,現(xiàn)有隔膜廠商是以在基膜上涂覆PVDF 或陶瓷等材料生產(chǎn)的涂覆隔膜為主, 也有一些廠
24、商正在通過非紡織的方法將纖維進行定向或隨機排列形成纖網(wǎng)結(jié)構(gòu),然后用化學(xué)或物理的方法進行加固成膜(被稱為無紡布型隔膜材料),使其具有良好的透氣率和吸液率。這些新型基材隔膜的耐熱 性能大多顯著好于聚烯烴類隔膜,并且因其具有類似編織的結(jié)構(gòu)使得隔膜的抗刺穿性方面表現(xiàn)也十分優(yōu)異, 可有效避免因針刺造成的短路現(xiàn)象,提高保液率。目前使用聚酰亞胺(PI)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、間位芳綸(PMIA)等合成材料制備無紡布隔膜。 圖表 11:國外企業(yè)無紡布型隔膜材料隔膜研發(fā)進展企業(yè)時間發(fā)展進展美國杜邦(DuPont)2011 年全球最早做出無紡布隔膜的企業(yè),用經(jīng)典紡絲技術(shù)制備的聚酰亞胺納米吸納為隔膜,于 2
25、011 年初進行量產(chǎn)。日本特種東海制紙(TOKUSHU)2011 年開發(fā)出纖維素隔膜材料技術(shù)日本廣瀨制紙(HRS)2012 年展示以聚烯烴無紡布為基材,由 PVA 納米纖維紡絲制成的鋰電隔膜首科噴?。⊿KPB)2012 年成功實現(xiàn)聚酰亞胺納米纖維隔膜技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化,30 萬2/年納米纖維東麗鋰電池隔膜中試生產(chǎn)線建成運行。德國 Evonik (Degussa)2012 年使用由氧化鋁、氧化鋯和氧化硅組成的特殊混合物高柔性聚合物無紡布,制造出可彎曲的隔膜。日本東麗(Toray)2012 年開發(fā)出耐熱性和尺寸穩(wěn)定性俱佳的芳綸樹脂為基材的多孔芳綸隔膜。2015年已量產(chǎn)。德國 Evonik (Deguss
26、a)2013 年在 PET 無紡布上涂布陶瓷材料制造鋰電隔膜德國科德寶(Freudenberg)2014 年展示采用陶瓷涂覆 PET 無紡布隔膜的電池日本三菱制紙(Mitsubishi)2017 年將陶瓷離子涂敷在聚酯纖維構(gòu)成的無紡布隔膜上,增強電池隔膜的耐高溫性能,其可耐 470的高溫。數(shù)據(jù)來源:真鋰研究, 收集整理一、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)PET 是一種機械性能、熱力學(xué)性能、電絕緣性能均十分優(yōu)異的材料。根據(jù)相關(guān)研究, 電極表面鋰沉積會形成枝晶且會繼續(xù)生長刺穿隔膜, 從而造成電池內(nèi)部短路引起故障甚至火災(zāi)爆炸, 而 PET 隔膜所具有的三維孔結(jié)構(gòu), 可有效避免因針刺造成的短路現(xiàn)象。PET
27、 類隔膜最具代表性的產(chǎn)品是德國 Degussa 公司開發(fā)的以PET 隔膜為基底,陶瓷顆粒涂覆的復(fù)合膜,表現(xiàn)出優(yōu)異的耐熱性能,閉孔溫度高達 220。PET 無紡布隔膜性能優(yōu)異但成本過高,還未進入大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。采用靜電紡絲法制造的 PET 無紡布隔膜熔點為 255,遠高于 PE 膜;最大拉伸強度為 12Mpa、孔隙率達到 89%、吸液率達到 500%,均遠高于干法隔膜;離子電導(dǎo)率和循環(huán)性能也較干法隔膜優(yōu)異。雖然 PET 隔膜性能優(yōu)良,但從成本上來說,制造過程中需要根據(jù)隔膜的孔徑、厚度及均勻度來采用相匹配的纖維。一般來說 PET 纖維越細則成本越高, 目前納米級別直徑的PET 纖維成本在 1 萬
28、日元/kg(人民幣約 600 元/kg)以上。如果用該級別的纖維材料制備隔膜,成本將在 100 日元(人民幣約 6 元)每平米以上。相對于目前的鋰電隔膜來說PET 隔膜的成本顯著偏高,還未到在動力鋰電領(lǐng)域規(guī)模化商業(yè)應(yīng)用的階段。性能指標(biāo)PET 膜Celgard 隔膜熔點255165圖表 12:PET 隔膜與傳統(tǒng)隔膜性能參數(shù)對比孔隙率89%48.76%吸液率500%84.85%熱穩(wěn)定性(180,0.5h)良好,收縮率僅為 3.6%較差,收縮率為 86%離子導(dǎo)電率0.27mS/cm0.34mS/cm數(shù)據(jù)來源:膜鏈, 收集整理二、聚酰亞胺(PI)PI 是較 PET 更加優(yōu)秀的纖維材質(zhì),也是目前最具潛力
29、的鋰電隔膜基材之一。PI 具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、較高的孔隙率,和較好的耐高溫性能,可以在-200300下長期使用。目前用靜電紡絲法制造的 PI 無紡布隔膜其熔點可達 500,并且在 150高溫條件下也不會發(fā)生老化和熱收縮。其次由于 PI 纖維極性強,對電解液潤濕性好,使得 PI 無紡布隔膜也具有極佳的吸液率。綜合而言,PI 無紡布隔膜熔點、吸液率、孔隙率、熱收縮溫度都較傳統(tǒng) PE/PP 隔膜乃至PET 無紡布隔膜表現(xiàn)優(yōu)秀,是最具潛力的鋰電隔膜基材之一。目前市場上主流的 PI 薄膜是美國杜邦公司發(fā)明的 Kapton、日本宇部的 Upilex 和鐘淵的 Apical,主要的專利和生產(chǎn)廠家還是集中在美
30、國杜邦、日本宇部和日本東洋紡等企業(yè)手中。圖表 13:PI 隔膜熱收縮測試圖表 14:PI 隔膜倍率測試數(shù)據(jù)來源:鋰離子電池隔膜材料研究進展, 數(shù)據(jù)來源:鋰離子電池隔膜材料研究進展, 注:左圖中 Celgard、PI40m、100m 隔膜 150處理前(a,b,c);后(d,e,f)圖表 15:PI 隔膜與傳統(tǒng)隔膜性能參數(shù)對比性能指標(biāo)PI 膜PP/PE/PP 三層隔膜介電常數(shù)3.42.2緊度0.28g/20.6g/2耐壓值100-300kv/mm400v/mm透氣性140ml/2140ml/2熱收縮0-3500.08-85孔隙率90%42%溶解溫度500175穿刺強度2.5N2.5N動力電池交流
31、內(nèi)阻(m,1kz)2.13.8動力電池功率密度(w/kg)22001500數(shù)據(jù)來源:聚酰亞胺納米纖維隔膜技術(shù)進展, 三、間位芳綸(PMIA)PMIA 是一種芳香族聚酰胺,其高達 400的熱解溫度能顯著提高電池的安全性能。從圖 16 中可以看到 PMIA 薄膜是由 PMIA 纖維無規(guī)則排列而形成三維網(wǎng)絡(luò)多孔結(jié)構(gòu),這種多孔結(jié)構(gòu)有助于提高隔膜的孔隙率。此外由于羰基基團的極性相對較高使得隔膜在電解液中具有較高的潤濕性,從而提高了隔膜的吸液率。一般而言 PMIA 隔膜是通過非紡織的方法(如靜電紡絲法)來制造,但相轉(zhuǎn)化法制造的PMIA 薄膜更加具備商業(yè)化前景。目前由于靜電紡絲法的紡絲速率極慢導(dǎo)致生產(chǎn)效率低
32、下,使得其價格偏高從而不利于商業(yè)化大規(guī)模推廣。此外靜電紡絲法導(dǎo)致 PMIA 隔膜的離子電導(dǎo)率偏低,也不太適合用在高倍率充放電的鋰電池中。而相轉(zhuǎn)化法制造的PMIA 薄膜由于其通用性和可控制性,更加具備商業(yè)化的前景。圖表 16:PMIA 放大 20000 倍圖表 17:PMIA 孔徑分布圖數(shù)據(jù)來源:鋰離子電池隔膜材料研究進展, 數(shù)據(jù)來源:鋰離子電池隔膜材料研究進展, 圖表 18:PMIA 隔膜與傳統(tǒng)隔膜性能參數(shù)對比性能指標(biāo)PMIA 膜Celgard 隔膜孔隙率88.17%48.76%吸液率629.33%84.85%熱穩(wěn)定性(180,0.5h)良好,收縮率僅為 3%較差,收縮率為 86%,顏色由白色
33、變?yōu)橥该麟x子導(dǎo)電率高,0.82mS/cm低,0.34mS/cm數(shù)據(jù)來源:鋰離子電池隔膜材料研究進展, 收集整理四、聚偏氟乙烯(PVDF)PVDF 除了目前常見用于涂布中之外,還可以單獨用于生產(chǎn)隔膜。PVDF(聚偏氟乙烯)本身是半結(jié)晶性含氟聚合物,目前主要用作鋰電隔膜涂布環(huán)節(jié)的粘結(jié)劑和隔膜涂層,但一直有單獨將PVDF 作為隔膜基材的研究。以靜電紡絲法制造的 PVDF 無紡布隔膜其熔點 170、吸液率可達 150%、長期使用溫度-40 150,總體與目前主流濕法 PE 隔膜相近。我們認(rèn)為其作為隔膜基材的商業(yè)化價值不大,未來將繼續(xù)主要用于涂布的粘結(jié)劑和涂層材料使用。五、聚對苯撐苯并二唑(PBO)新型
34、高分子材料 PBO(聚對苯撐苯并二唑)是一種具有優(yōu)異力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性、阻燃性的有機纖維。其基體是一種線性鏈狀結(jié)構(gòu)聚合物,在 650以下不分解,具有超高強度和模量,是理想的耐熱和耐沖擊纖維材料。由于 PBO 纖維表面極為光滑,物理化學(xué)惰性極強,因此纖維形貌較難改變。PBO 纖維只溶于100%的濃硫酸、甲基磺酸、氟磺酸等,經(jīng)過強酸刻蝕后的 PBO 纖維上的原纖會從主干上剝離脫落的,形成分絲形貌,提高了比表面積和界面粘結(jié)強度。日本東洋紡是目前世界上唯一的一家可以進行 PBO 纖維商業(yè)化生產(chǎn)、以及擁有單體(DAR)的工業(yè)化生產(chǎn)能力的公司。雖然 PBO 隔膜性能十分優(yōu)異、也超出了 PI 隔膜,但我們認(rèn)
35、為由于技術(shù)的問題我國要規(guī)?;褂?PBO 作為隔膜基材的路途還十分遙遠。名稱拉伸強度 G/Pa拉伸模量 G/Pa密度 g /極限氧指數(shù)%耐熱性PBO5.80180.01.5468650PMIA0.6817.01.3829400圖表 19:PBO 性能參數(shù)對比PP2.21130.00.9117165PE1.97110.00.97150PI2.001.3955400PET1.1015.01.3817260PVDF2.281.7844316數(shù)據(jù)來源:公開資料, 收集整理目前我國鋰電隔膜原材料主要依賴進口,PP/HDPE 雖為石化產(chǎn)品但價格較為穩(wěn)定,不太受原油價格影響。從草根調(diào)研來看,目前我國制造鋰電
36、隔膜所使用的 HDPE 依舊主要依賴進口,主要來源有日本三井、日本旭化成、大韓日化。而 PP 則開始采用國內(nèi)產(chǎn)品,包括成都慧成等。價格上 HDPE 和 PP 的進口價格常年來均維持在 10000 元/噸附近波動,2014 年之前價格較高約在 12000 元/噸左右,2015 年之后由于國產(chǎn)化率增加價格下滑至 9000 元/噸附近。由于是目前干法/濕法隔膜的主要原材料,PP/HDPE 的價格波動對隔膜成本的影響較為剛性。但一方面 PP/HDPE 價格波動空間有限、另一方面對成本的實際邊際影響不大, 我們認(rèn)為可以不做重要因素考慮。這是由于鋰電隔膜的厚度十分薄,按照 PP 密度 0.95/3而言,一
37、噸PP 原料可生產(chǎn) 16m 厚度隔膜約 6.58 萬2,折合單位成本約 0.139 元/2;若以HDPE 密度 0.92/3而言,一噸HDPE 可生產(chǎn) 12m 厚度的濕法隔膜約 9.06 萬2,折合單位成本約 0.096 元/2。圖表 20:我國高密度聚乙烯及聚丙烯進口數(shù)量及占比情況(噸)進口數(shù)量:高密度聚乙烯(HDPE)進口數(shù)量:廣義聚丙烯(PP)進口占比進口占比8,000,0007,000,0006,000,0005,000,0004,000,0003,000,0002,000,0001,000,00002011年2012年2013年2014年2015年2016年2017年2018年201
38、9.1-480.00%70.00%60.00%50.00%40.00%30.00%20.00%10.00%0.00%數(shù)據(jù)來源:海關(guān)總署, 圖表 21:我國高密度聚乙烯及聚丙烯進口數(shù)量及占比情況(元/噸)高密度聚乙烯HDPE(膜級)聚丙烯PP(低熔共聚級,熔指0.5-2.5)14,00013,00012,00011,00010,0009,0008,0007,0002011-01-132011-04-062011-06-282011-09-162011-12-092012-03-062012-05-282012-08-162012-11-092013-01-302013-04-262013-07-
39、182013-10-122013-12-312014-04-012014-06-262014-09-172014-12-112015-03-092015-05-292015-08-192015-11-132016-02-032016-04-292016-07-212016-10-142017-01-042017-03-302017-06-222017-09-112017-12-052018-03-012018-05-232018-08-132018-11-062019-01-252019-04-236,000數(shù)據(jù)來源:金聯(lián)創(chuàng), 涂布環(huán)節(jié)未來將成為鋰電隔膜的核心技術(shù)壁壘涂布材料一、無機涂布:無機
40、涂布目前以陶瓷材料涂布為主,還有勃姆石涂布材料等處于研發(fā)中。陶瓷材料在隔膜表面涂覆無機陶瓷材料能有效改善隔膜性能。首先,無機材料特別是陶瓷材料熱阻大,可以防止高溫時熱失控的擴大從而提高電池的熱穩(wěn)定性;其次,陶瓷顆粒表面的-OH 等基團親液性較強,從而提高隔膜對于電解液的浸潤性。陶瓷涂布材料由Al2O3、SiO2、Mg(OH)2 或其他耐熱性優(yōu)良的無機物陶瓷顆粒 組成,其涂布在隔膜表面后可以提高隔膜的耐高溫性能、耐熱收縮性能和穿刺強度,防止電池脹氣,從而提高電池的安全性。早在 2010 年前,日本、韓國已經(jīng)開始普及和推廣陶瓷涂布隔膜的應(yīng)用,目前已經(jīng)開始往復(fù)合膜方向發(fā)展,不再停留涂布材料研究層面。
41、國內(nèi)從 2013 年開始從日本采購設(shè)備開始陶瓷涂布隔膜的生產(chǎn)并進行研發(fā),但相關(guān)的研究和產(chǎn)業(yè)化主要集中在單面復(fù)合和雙面復(fù)合工藝,即以現(xiàn)有聚烯烴微孔膜為基膜的陶瓷涂覆技術(shù)。圖表 22:涂布帶來的隔膜物理性能差別數(shù)據(jù)來源:公開資料, 圖表 23:日韓陶瓷涂布技術(shù)研發(fā)進展企業(yè)時間發(fā)展進展UBE2009 年研發(fā)一種陶瓷薄膜復(fù)合材料或與基材和材料的粘合性優(yōu)異的顆粒分散型陶瓷涂層材料。SK-Innovation2011 年通過將納米陶瓷顆粒涂覆在基膜上,2011 年開始量產(chǎn)陶瓷涂層隔膜。Toray2014 年通過收購 LG 化學(xué)的涂覆工廠,獲得生產(chǎn) SRS 涂層的能力Asahi-Kasei2016 年研發(fā)一
42、種在多孔基材的至少一個表面上進行多孔涂層的方法。涂層可以由涂料漿料形成,所述涂料漿料包括水,納米陶瓷顆粒,一種或多種水不溶性聚合物或粘合劑的混合物。數(shù)據(jù)來源:世界專利索引, 收集整理勃姆石材料勃姆石材料是繼陶瓷材料之后的新興無機涂布材料。勃姆石又稱軟水鋁石,分子式為 AIOOH,顆粒形貌為均勻的立方體,具有耐熱溫度高,硬度低,與有機物相容性好的特點。勃姆石微觀結(jié)構(gòu)為板狀結(jié)構(gòu), 涂覆后有縫隙,不影響鋰離子的穿透和隔膜的透氣性。此外勃姆石涂覆隔膜能夠保證隔膜的完整性,即使在基底膜融化的情況下,也能保持隔膜完整性、隔開正負極,從而防止進一步短路的發(fā)生。隔膜制造企業(yè)通過在涂布中采用勃姆石涂層,能夠在較
43、低的涂層厚度的前提下顯著的提升隔膜的熱穩(wěn)定性,從而提升鋰離子電池的安全性并改善電池的倍率性能和循環(huán)性能。同時勃姆石涂層較薄的厚度還有助于提升鋰離子電池的體積能量密度和重量能量密度。圖表 24:勃姆石涂層放大 5000 倍圖表 25:勃姆石涂層放大 10000 倍數(shù)據(jù)來源:粉體圈, 數(shù)據(jù)來源:粉體圈, 二、聚合物涂層芳綸涂布材料:芳綸涂布目前應(yīng)用較廣,在松下供給特斯拉的 NCA 電池上已全面使用。雖然陶瓷涂布技術(shù)能提高 PE 材料的耐高溫性,但其也體現(xiàn)出浸潤性差、質(zhì)量大的特點。芳綸涂布則可以有效解決這些問題。芳綸涂布膜具有更優(yōu)的吸液、保液性能和離子電導(dǎo)率,可在不影響安全性的前提下制造出更輕薄小巧
44、的微型高容量電池。涂覆使用高耐熱性芳綸樹脂進行復(fù)合處理而得到的涂層,一方面能使隔膜耐熱性能大幅提升,實現(xiàn)閉孔特性和耐熱性能的全面兼?zhèn)洌涣硪环矫娣季]樹脂對電解液具有高親和性,使隔膜具有良好的浸潤和吸液保液的能力,而這種優(yōu)秀的高浸潤性可以延長電池的循環(huán)壽命。此外,芳綸樹脂加上填充物,可以提高隔膜的抗氧化性,進而實現(xiàn)高電位化,從而提高能量密度。其主要技術(shù)瓶頸是芳綸材料的合成儲運、芳綸涂層成膜造孔技術(shù)。目前特斯拉 Model S 系列裝載的鋰電池已全面使用芳綸涂布隔膜。圖表 26:日韓芳綸涂布技術(shù)研發(fā)進展企業(yè)時間發(fā)展進展Teijin2012 年是全球首家將芳綸、氟系化合物涂覆于聚乙烯基材上的企業(yè),自主
45、開發(fā)出了具有革命性的隔膜“LIELSORT”,實現(xiàn)了兩面同時涂布及相當(dāng)于原來 5 倍以上的高速涂布,實現(xiàn)了更高效化的生產(chǎn);在耐熱性、電極間的粘合性等方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。涂布芳綸產(chǎn)品“CONEX”,使隔膜在 250高溫下仍可以保持原來的形狀,在點加熱試驗中,即使在 400高溫下,隔膜也沒有出現(xiàn)破損,可防止鋰電池恒久性的異常導(dǎo)致發(fā)熱現(xiàn)象,從而能夠制造出具有高安全性的動力用鋰電池。Toray2012 年開發(fā)出多孔質(zhì)薄膜“微多孔芳綸薄膜”。該產(chǎn)品是通過添加防止芳綸樹脂凝聚的相分離控制劑,形成微細且均勻的多孔質(zhì)膜,其特點是彈性模量較高,具有高耐熱性、難燃性, 并具有均一的孔構(gòu)造,空孔率高,即使在 20
46、0的高溫下形狀也不會發(fā)生變化。2015 年已量產(chǎn)。Sumitomo2013 年在聚烯烴樹脂薄膜上涂敷芳綸及陶瓷,提高了耐熱性,便可加大電池容量,從而延長 EV的續(xù)航距離。數(shù)據(jù)來源:鋰電網(wǎng), PVDF 涂布材料PVDF 涂覆隔膜具有低內(nèi)阻、高(厚度/空隙率)均一性、力學(xué)性能好、化學(xué)與電化學(xué)穩(wěn)定性好等特點。PVDF 即聚偏氟乙烯,是一種白色粉末狀結(jié)晶性聚合物,熔點 170,熱分解溫度 316以上,長期使用溫度-40150,具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性、耐高溫色變性、耐氧化性、耐磨性、柔韌性以及很高的耐沖擊性強度。目前根據(jù)溶劑不同,分為水性 PVDF 涂覆隔膜與油性 PVDF 涂覆隔膜。由于納米纖維涂層的
47、存在, 該新型隔膜對鋰電池電極具有比普通電池隔膜更好的兼容性和粘合性,能大幅度提高電池的耐高溫性能和安全性。此外,該新型隔膜對液體電解質(zhì)的吸收性好,具有良好的浸潤和吸液保液的能力,延長電池循環(huán)壽命,增加電池的大倍率放電性能,使電池的輸出能力提升 20%,特別適用于高端儲能電池、汽車動力電池。圖表 27:PVDF 涂覆隔膜性能參數(shù)指標(biāo)行業(yè)通用指標(biāo)PVDF 涂覆隔膜指標(biāo)厚度/m20-4020-50電解質(zhì)容納量/(mg/)0.6-1.51.2-1.5透氣度/(s/100mL)100-1000800-1000穿刺強度(鋼針直徑 1mm)/gf45020500斷裂長度/%3030孔隙率/%30-5050
48、-60拉伸強度/Mpa縱向150160橫向120130熱收縮率(180,2h)/%縱向51橫向50.5數(shù)據(jù)來源:公開資料, 收集整理三、復(fù)合涂層復(fù)合涂層是在聚合物涂層漿料中分散進入無機粒子,混合均勻后涂覆在隔膜基材上。目前多以實驗室研究為主,尚未進入大規(guī)模應(yīng)用。陶瓷與 PVDF 混涂:將陶瓷顆粒與 PVDF 顆粒混合分散均勻,均勻涂覆在隔膜基材上,一次加工成型,以同時使隔膜兼?zhèn)錈岱€(wěn)定性與粘接力。有機-無機復(fù)合包覆:制備方法是將陶瓷顆粒涂覆在 PE 膜兩側(cè)表面,再用浸漬法將聚多巴胺(PDA) 引入,PDA 能包裹在陶瓷和 PE 外表面形成一個整體覆蓋的自支撐膜,從而影響了復(fù)合隔膜的成膜特性, 特
49、別是在 230高溫條件下此復(fù)合膜依然沒有熱收縮,同時,經(jīng)過聚多巴胺處理后的隔膜對電解液潤濕性更好,該復(fù)合隔膜表現(xiàn)出優(yōu)于 PE 膜和陶瓷復(fù)合隔膜的循環(huán)性能和倍率性能。圖表 28:陶瓷與 PVDF 混涂示意圖圖表 29:有機-無機復(fù)合包覆示意圖數(shù)據(jù)來源:網(wǎng)絡(luò)資料, 數(shù)據(jù)來源:網(wǎng)絡(luò)資料, 涂布溶劑涂布過程中可使用的溶劑范圍比較廣泛,總體而言可以分為水性和油性兩種。水性溶劑包括水、乙醇、丙三醇和其他極性有機溶劑,油性溶劑包括丙酮、NMP 和其他非極性溶劑。在實際配方中,溶劑的使用并不限于一種,不同種類和比例的溶劑組合會對產(chǎn)品性能產(chǎn)生不同的影響。水性溶劑成本便宜,但粘附性較差,一般用于低端隔膜產(chǎn)品。水性
50、涂覆的漿料溶劑可以使用去離子水、乙醇、丙三醇等極性溶劑,使用后無需回收,環(huán)境污染小。但由于隔膜本身存在親油性,會導(dǎo)致產(chǎn)品的均勻性和粘附性下降,產(chǎn)品可能出現(xiàn)透光點(涂覆厚度太薄)和暗點(涂覆厚度太厚),水性涂覆隔膜價格和產(chǎn)品定位相對較低。油性溶劑價格較水性溶劑稍貴,但其均勻性和粘附性均較好,一般用于高端隔膜產(chǎn)品。油性涂覆的漿料使用油性溶劑,如丙酮、NMP。該工藝中溶劑與粘結(jié)劑和隔膜本身親和性好,產(chǎn)品的均勻性和粘附性較水性涂覆隔膜優(yōu)秀,也更能減少透光點和暗點的發(fā)生,但油性溶劑價格高,污染較大,需要回收,成本較高,因此油性涂覆隔膜通常定位中高端。對于一些特殊要求的隔膜在涂布環(huán)節(jié)會采用油性溶劑和水性溶
51、劑混合應(yīng)用的方式。例如一些涂覆隔膜對孔隙率有一定要求,廠家就可能通過造孔工藝來滿足需求。先使用油性溶劑涂覆,然后在漿料中按一定小比例添加造孔劑如水、乙醇、正丁醇、PVP 等極性材料。這些造孔劑不溶于油性溶劑,分布相對集中, 在涂覆完成后可以通過水洗溶解去除從而留下孔道。使用造孔劑造孔能極大提升涂覆隔膜的離子遷移率, 改善導(dǎo)電性能,但會降低其力學(xué)性能和機械性能。在上述的幾種極性材料中,使用 PVP 造孔后的隔膜抗拉伸能力最強,乙醇、正丁醇造孔隔膜次之,水造孔隔膜力學(xué)性能最差。我們認(rèn)為,對水性和油性涂覆的使用取決于下游電池廠商的需求和應(yīng)用場景,一定時期內(nèi)兩種技術(shù)將并行發(fā)展。圖表 30:水性溶劑 V
52、S 油性溶劑溶劑均勻性粘附性成本環(huán)保程度水性溶劑較差較差低,成本在 1-1.5 元/,無需回收環(huán)境污染小油性溶劑良好良好高,成本在 2 元/左右,需要回收環(huán)境污染大數(shù)據(jù)來源:滄州明珠濕法隔膜及涂布技術(shù)的最新進展, 圖表 31:水性/油性 PVDF 涂覆隔膜優(yōu)缺點對比指標(biāo)優(yōu)點缺點水性1、 環(huán)保2、 涂覆成本相對較低粘接性有所降低油性丙酮1、 設(shè)備投資小2、 工藝簡單3、 與極片的粘接性好1、 丙酮為限制性材料2、 單臺設(shè)備速度慢、產(chǎn)能小3、 污染環(huán)境NMP/DMAC速度快、產(chǎn)能大溶劑可回收利用工藝簡單、粘接性好1、 設(shè)備投入大2、 配套設(shè)施要求高數(shù)據(jù)來源:滄州明珠濕法隔膜及涂布技術(shù)的最新進展,
53、涂覆工藝隔膜制造環(huán)節(jié)相對具備一定工藝壁壘,尤其是濕法隔膜。目前我國基本完全掌握了干法(單拉/雙拉) 隔膜的制造工藝,生產(chǎn)設(shè)備也可以自主制造。但濕法隔膜的制造工藝依舊相對復(fù)雜,核心設(shè)備基本主要由國外采購。圖表 32:目前國內(nèi)鋰電隔膜設(shè)備主要供應(yīng)商隔膜類型主要設(shè)備供應(yīng)商干法隔膜日本東芝,桂林電科所、濟南機械裝備總廠濕法隔膜日本制鋼所、德國布魯克納、日本東麗、韓國韓承、韓國 MASTER,青島中科華聯(lián)無紡布隔膜(靜電紡絲法)美國 DuPont、捷克 Elmarco、日本 MECC 株式會社、和韓國 Top Tech、北京永康樂業(yè)、長春吉納數(shù)據(jù)來源: 收集整理相對于制造環(huán)節(jié),隔膜涂布在技術(shù)上難度不高,
54、設(shè)備基本也可以國產(chǎn)解決。主要來說可使用凹版輥涂、浸涂、窄涂或噴涂等方式,國內(nèi)主流基膜廠商和大量代工廠都能夠?qū)崿F(xiàn)。目前隔膜涂覆廠商大多采用凹版輥涂方法,原因是此工藝的加工速度、精度均較高,工藝成熟,同時維護相對簡單,成本較低。當(dāng)然,在隔膜涂布環(huán)節(jié),光固化法具有固化速度快、生產(chǎn)效率高、涂層性能優(yōu)異、節(jié)約資源的優(yōu)點,未來應(yīng)用前景廣闊。但光固化法目前我國國內(nèi)企業(yè)基本未有大規(guī)模應(yīng)用的案例。圖表 33:凸版輥涂示意圖圖表 34:狹縫涂布示意圖數(shù)據(jù)來源:涂布工藝應(yīng)用與發(fā)展, 數(shù)據(jù)來源:涂布工藝應(yīng)用與發(fā)展, 圖表 35:涂布工藝對比涂布工藝具體工藝優(yōu)點缺點凹版輥涂目前常用的涂覆方法,微凹版輥將漿料從漿料盒中帶
55、出,由定厚刮刀刮下多余涂料,然后在壓力下涂覆到隔膜上。此方法原理比較簡單,凹版輥凹槽容量容易控制, 產(chǎn)品精度較好網(wǎng)紋輥容易磨損,會導(dǎo)致連續(xù)涂覆過程中涂層逐漸變薄,需要更換新輥;涂覆目標(biāo)厚度改變時就需要更換輥,不能靈活調(diào)節(jié)窄縫擠壓涂窄縫擠壓涂覆,簡稱窄涂,是通過一定壓力將漿料從擠壓嘴擠出涂覆到隔膜上的工藝,涂層厚度由擠壓嘴縫寬和計量泵控制適用粘度范圍廣,產(chǎn)品精度好,可涂覆薄層,涂覆速度高擠壓嘴的維修相對困難浸涂浸涂基本原理為將隔膜浸泡到一定濃度的漿料中一定時間,取出后晾干或烘干,在隔膜表面得到一定厚度的涂層技術(shù)原理和操作簡單厚度控制較為困難靜電紡絲靜電紡絲法是通過電場力將漿料噴涂到隔膜上的工藝,
56、給漿料帶上電荷,在電場力作用下漿料突破表面張力,形成納米絲噴射向隔膜適用材料范圍廣,操作方便,比表面積大,孔隙率高,纖維絲均一性好,產(chǎn)率高等結(jié)晶度、取向度小,機械性能、力學(xué)性能差光固化法光固化法是一種采用光照射以固化涂覆材料的方法。光固化法使用光引發(fā)劑和光固化樹脂, 當(dāng)光固化材料吸收一定波長的能量后,使光引發(fā)劑生成自由基,并與光固化樹脂發(fā)生交聯(lián)、聚合等化學(xué)反應(yīng),以形成增長鏈,從而使光固化材料從液態(tài)轉(zhuǎn)為固態(tài),因而使光固化材料在很短的時間內(nèi)形成固態(tài)膜層固化速度快,節(jié)能,生產(chǎn)效率高,涂層耐酸堿,耐溶劑,耐高溫等方面性能指標(biāo)均很高;光固化法不會堵塞和腐蝕設(shè)備,涂裝工具和管路清洗方便;設(shè)備投資成本低光固
57、化反映的同時,空氣中氧氣活性高會導(dǎo)致材料不易固化,破壞了形成固態(tài)膜層的穩(wěn)定性數(shù)據(jù)來源:電池中國, 技術(shù)的不斷迭代是海外隔膜企業(yè)發(fā)展的必由路徑深厚技術(shù)積淀鑄造國際鋰電隔膜龍頭企業(yè)從全球鋰電隔膜競爭格局來看,日本、韓國鋰電隔膜行業(yè)從上世紀(jì) 80 年代開始發(fā)展,以先進技術(shù)和先發(fā)優(yōu)勢占據(jù)著海外高端市場。在梳理海外龍頭企業(yè)發(fā)展歷程過程中發(fā)現(xiàn)他們的共同特點是,這些企業(yè)基本都從紡織纖維行業(yè)起家,在鋰電快速發(fā)展的過程中抓住機遇開展精細化工業(yè)務(wù),依賴自身對成膜技術(shù)的積淀和精細化工涂布材料的研發(fā)逐步成長成為鋰電隔膜巨頭。國內(nèi)鋰電隔膜企業(yè)在特殊政策窗口下快速成長。在早期鋰電池主要應(yīng)用領(lǐng)域還是 3C 產(chǎn)品的年代,當(dāng)時
58、 3C 產(chǎn)品主要都是由海外廠商供應(yīng)以及存在著其對供應(yīng)鏈的約束,國內(nèi)鋰電隔膜長期處于進口產(chǎn)品占據(jù)主流的格局。在國內(nèi) 2009 年開始大力發(fā)展新能源汽車之后,鋰電隔膜需求尤其是動力鋰電隔膜需求短期快速增長,且由于國內(nèi)補貼政策影響海外電池廠商基本進入不了國內(nèi)車企供應(yīng)鏈。在這一特殊的政策環(huán)境和時間窗口下,以上海恩捷、星源材質(zhì)、湖南中鋰等為代表的一批國內(nèi)企業(yè)開始加大了鋰電隔膜產(chǎn)能的投資力度。上海恩捷和星源材質(zhì)與海外龍頭相比,二者僅專注于鋰電隔膜的研發(fā)和生產(chǎn),前期并沒有其他纖維、化工或其他成膜領(lǐng)域的制造經(jīng)驗。圖表 36:全球鋰電隔膜競爭格局圖表 37:2017 年全球鋰電隔膜市場占有率旭化成W-Scope
59、 蘇州捷力其他東麗上海恩捷紐米科技SK Innovation星源材質(zhì)遼源鴻圖21.0%26.3%1.3%14.0%0.9%4.7%5.1%8.9%4.7% 13.0%數(shù)據(jù)來源:公開資料, 收集整理數(shù)據(jù)來源:公開資料, 收集整理日本鋰電隔膜企業(yè)歷史悠久,具有復(fù)雜的產(chǎn)業(yè)背景和深厚的技術(shù)研發(fā)實力,以 Asahi-Kasei(旭化成)、Toray(東麗)和 UBE(宇部興產(chǎn))為代表。Asahi-Kasei 和 Toray 歷史悠久,均從紡織工業(yè)起家。Asahi-Kasei(旭化成)成立于 1922 年、原名“旭絹織株式會社”;Toray(東麗)成立于 1926 年、原名“東洋人造絲株式會社”。二者均成
60、立于第二次世界大戰(zhàn)期間,均以粘膠人造絲業(yè)務(wù)起家,都經(jīng)歷了從人造絲到纖維到 聚酯的產(chǎn)品進化升級,目前屬于綜合性的新材料產(chǎn)業(yè)集團,所生產(chǎn)的產(chǎn)品覆蓋了醫(yī)療、電子、紡織、建材等各個領(lǐng)域,在化學(xué)工業(yè)擁有深厚的技術(shù)積淀。Asahi-Kasei 目前擁有隔膜品牌 HI-PORE(鋰電濕法隔膜)、 Celgard(鋰電干法隔膜)、戴瑞米克(鉛蓄電池隔膜);Toray 目前擁有隔膜品牌 SETELA(鋰電濕法隔膜)。UBE(宇部)創(chuàng)辦于 1897 年,從煤炭業(yè)務(wù)起家,現(xiàn)在是一家業(yè)務(wù)范圍遍及化學(xué)品、建筑材料、醫(yī)藥、能源、機械等多元化的制造商。其開始生產(chǎn)鋰電隔膜始于 1994 年,主要使用干法單向拉伸技術(shù)工藝,該技
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