2020年锂电隔膜行业专题报告
发布时间:2020-09-02 15:50
关键词:锂电,隔膜

1、 隔膜是锂电池关键材料,未来市场空间广阔

1.1 隔膜是动力电池的关键材料,技术高筑就行业壁垒

隔膜是锂离子电池中的关键环节。锂离子电池是现代高性能电池的代表,由正极 材料、负极材料、隔膜、电解液四个主要部分组成。隔膜是一种具有微孔结构的 薄膜,是锂离子电池产业链中最具技术壁垒的关键内层组件,在动力电池中成本 占比约为10%-20%。隔膜在锂电池中主要起到隔绝正负极防止短路并提供微通道 支持锂离子迁移的作用,对电池安全性、倍率性能和循环性能影响关键。

 

 

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 括润是性、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。

 

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。干法单拉 工艺主要在美国Celgard、日本UBE手中,发展十分成熟。干法双拉工艺由我国中 科院化学所研制,并由中科科技实现产业化,2001年化学所将双拉海外专利转让 给Celgard,使其成为干法隔膜的集大成者,2015年被日本旭化成公司收购。

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,因其可以做的更薄,使电池能力密度更高,因而被大电 池厂商如三洋、索尼、松下、万胜等采用。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。

 

干法湿法工艺并存,湿法优势凸显。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。

 

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。

目前湿法隔膜行业存在整体上的产能过剩。从供给端看,国内10家主要隔膜企业 2018年有效产能达24.2亿平方米。从需求端看,假设1Gwh对应隔膜需求1500万平 方米,母卷到装机效率60%。2018全年动力电池装机总量为56.89GWh,则隔膜总 有效产能需求约5亿平方米。海外动力电池隔膜产能需求基本一致,全球消费电 池需求也基本在该量级,则2018年全球产能需求约15亿平方米。供需对比下可发 现,目前湿法隔膜行业存在整体上的产能过剩,行业平均产能利用率仅约60%。隔膜产业发展至目前阶段,产能释放已快于需求增速,则行业产能利用率中枢将 持续下滑,并由此使得隔膜价格持续下滑。在此背景下,行业盈利能力受压明显, 并且出现了明显的两级分化,主要表现为一方面龙头企业保持较好的盈利能力, 而另一方面后续企业盈利却大幅下滑甚至出现亏损。

国内隔膜产业在发展中经历了进口依赖到自主研发,再到逐步完成国产替代的过 程。隔膜是锂电池四大关键材料中最晚实现国产的环节,到2010年,锂电池正极、 负极和电解液都实现了国产化,但隔膜一直依赖进口,受制于人,所以价格也非 常高。2011年国内开始对整个新能源汽车产业链实行力度极大的补贴政策后,隔 膜行业的投资、技术和工艺水平开始大幅提升,2015年后部分企业已掌握了核心 技术并掌握了成本优势。2018年后,隔膜国产化比例已达到90%。

 

1.2 湿法隔膜稳定性好,未来趋势确立

锂离子电池隔膜广泛应用于新能源汽车、储能电站、电动自行车、电动工具、医 涉及数码类电子产品等领域。目前,隔膜需求量主要来自于电子消费品及动力电 池两大市场,随新能源汽车周期上行,动力电池成为湿法隔膜需求的第一大驱动 力。未来储能、启停电池等新兴应用领域的崛起,也将进一步拓宽干法隔膜市场 空间。

 

湿法隔膜稳定性好,动力市场大显身手。湿法隔膜通过在基膜上涂覆,能够大幅 提高隔膜的热稳定性、降低高温收缩率、避免隔膜大幅收缩造成的极片外露,产 品性能已全面领先干法薄膜,在动力锂电池和高端电子消费品的应用领域上逐渐 成为主流市场方向。当前三元电池湿法隔膜渗透率已达95%-98%的高水平。2017 年国内隔膜产量为14.4亿平,同比增长32%。湿法隔膜产量达到7.8亿平方米,同 比增长70%,占比高达54%,市场份额首次赶超干法隔膜。我们预期,三元路线坚 定支撑湿法隔膜发展,市场占有率将进一步提升,其规模增速或将远超干法隔膜, 迎来爆发式增长。

2、 电动画浪潮下动力电池需求爆发,锂电隔膜市场广阔

2.1 全球新能源汽车市场高速发展,新一波产品周期特斯拉引领衔

全球新能源汽车高速增长,销量6年增长近11倍。从2011年以来,以特斯拉、比 亚迪等为代表的新能源汽车高速发展,全球新能源汽车销量从2013年的20.2万辆 上升至2019年的221万辆,年均复合增速达到150%。从国家来看,中国在此期间 大力发展新能源车,销量从2013年的1.7万辆提升到了2019年的120.6万辆,其中 2019年的销量占全球销量的比例达到了54.6%,已经成为全球最大的新能源汽车 市场。

Model 3 已经成为爆款电动车型,特斯拉夺 19 年销量桂冠。全球市场看,19 年 销量 TOP20 的车企占据了全球新能源车总销量的 83.5%,行业集中度明显提升。其中,自 Model 3 车型发售以来,特斯拉 2019 年总销量为 36.8 万辆,连续两年 成为全球车企销量第一;比亚迪销量为 22.95 万辆,位居全球第二;而北汽新能 原则以 16.03 万辆排名第三。从具体车型来看,特斯拉 19 年 Model 3 车型共售 出 30.01 万辆,真正意义上成为爆款电动车型,尤其在美国市场,是全美中小型 豪华车型的销量冠军,超过了宝马 2/3/4/5 系销量之和,超过奥迪 A3/4/5/6 笑 量之和,超过奔驰 C 级、CLA、CLS、E-class 销售之和,同时在国内市场,Model 3 上险数量也超过了 4600 辆,力压蔚来 ES8/6、小鹏 G3、威马 EX5 等国内造车 新势力。

 

 

国内销量节节攀升,规模效应促使 Tesla 国内建厂。Tesla 入华,整车销量不断 攀升,占全球的比重也逐步提升,预测今年中国的市场份额占全球的 20%以上。对应公司在在国内的营收也是逐步增加,营收中有相当一部分就是物流和整车进 口关税,预估国产化后能节省物流及关税费用约 45%(根据此部分比例进行测算)。规模体量小的时候,影响很小,可以沿用全进口模式,但是规模销量大的时候, 就必须要考虑在当地投资建厂,对比全球一线整车,比如奔驰,宝马,奥迪等车 型,在国内车型销量达到一定规模,超过 10 万以上,考虑经济性,体积大,运 输成本高的商品就需要考虑经济性了;从另一方面,中国有完整的新能车产业链, 经过多年的发展,从 2014 年-2019 年整个电动车的制造成本五连降,所以 Tesla 国产化是必然趋势。工厂一期建成建筑面积 15.7 万平方米,规划产能 25 万辆, Model3 一月份产量 1000 辆/周,正在进行产能爬坡,2020 年 5 月有望攀升至 3000 辆/周;下半年 Model Y 正式导入,10 月份达到周产量 1000 辆/月,年底有望升 至 2000 辆/月。

 

欧盟碳排放使车企电动化进程加速,电动化即将大规模上演。为实现碳减排目标, 欧盟汽车排放发布最新规定,到 2021 年汽车制造商必须将平均每辆车每公里碳 排放量从 118.5 克降至 95 克,不达标部分将面临每辆车每克 95 欧元的罚款,到 2030 年将该标准进一步收紧到每公里 75 克碳排放。碳排放对欧盟各个国家的汽 车行业带来巨大的经营压力,所以车企不得不推动技术变革来满足政府要求,电 动画浪潮即将上演。从全球来看,不仅仅是欧洲的车企,全球主流车企都陆续制 定了电动化规划,2020-2022 年将迎来第一波车型投放周期。

 

2.2 动力电池装机增长态势稳定,行业需求爆发

受益全球新能源汽车市场的高速增长,全球动力电池出货量5年增长近9倍。随从 下游新能源汽车市场的快速发展,动力电池也进入爆发期,全球动力电池出货量 从2013年的13.8GWh上升至2019年的116.6GWh。国内市场也迎来了大爆发,2019 年装机量达到了62.38GWh。从规划来看,欧洲已纷纷制定了燃油车禁售计划,同 时还有严格的碳排放标准;中国要求2025年新能源汽车占汽车产销达到25%,并且制定了双积分等政策,预计未来发展新能源汽车将是全球各国的首要选择。随 从今年开始国产特斯拉的放量,以及欧洲主流车企第一波电动新产品的投放,全 球新能源汽车市场将迎来真正的爆发期。根据Marklines预测,未来5年全球动力 电池行业将持续高速增长,2025年全球装机量可达850GWh、对应市场空间可达 6000亿元。

国内动力电池市场发展迅速。2019年中国动力电池出货量为71GWh,较2018年增 长9.2%;装机量为62.4GWh,较2018年增长9.5%。2019年出货量和装机量增速放 缓,主要是受中国新能源汽车产量和销量下降影响。GGII预计,到2025年,中国 动力电池出货量将达到385.2GWh,较2019年的年均复合增长率为35%。

 

2.3 锂电隔膜出货量快速增长,湿法隔膜占比不断提升

受益全球新能源汽车市场的高速增长,锂电隔膜出货量快速增长。2019 年中国 锂电隔膜出货量为 27.4 亿平米,同比增长 35.6%。隔膜出货量继续呈现较大幅 度增长主要原因有:一是 2019 年中国动力电池出货量 71GWh,同比增长 9.4%, 带动国内隔膜需求增长;二是受特斯拉等车企出货量增加带动,LG 化学、松下 等海外电池企业出货量增量明显,国内隔膜企业出口量进一步提升,出口拉动力 增强;三是国内隔膜生产企业具备更强的规模化效应以及成本优势,成本较国外 隔膜企业低 50%-80%,部分超过 100%,较低的成本有助于国内企业抢占更多全球 市场份额。

锂电隔膜出货量快速增长,湿法隔膜占比快速提升。从隔膜产品结构看,2019 年湿法隔膜出货量 19.9 亿平米,同比增长 51.2%,占比隔膜总出货量 72.6%,增 加 7.5 个百分点。湿法隔膜出货量占比提升主要原因为市场对动力电池高能量密 度等性能要求进一步提升,加之中高端数码电池应用占比提升,对湿法隔膜需求 上升,进而促进湿法隔膜出货量增加。干法隔膜出货量 7.5 亿平米,同比增长 6.4%,增速远小于湿法。主要原因为动力电池往高能量密度方向发展,更薄的是 法隔膜相比干法隔膜优势明显;另外湿法隔膜近 2 年成本大幅下滑,与干法单拉 隔膜成本差距逐渐减小,加之涂覆隔膜低成本化与高性能优势明显,一定程度上 抢占了干法膜市场。目前动力市场用湿法隔膜产品主要集中在 9μm、12μm 以及 16μm 领域,数码市场主要集中在 5μm、7μm 领域,相比 2018 年,隔膜向薄层 化以及功能化方向发展加快。

 

锂电隔膜行业集中度持续提升,湿法龙头强者恒强。从 2019 年锂电隔膜行业出 货量来看,国内湿法隔膜龙头上海恩捷出货量达到 86,500 万平,市场份额达到 32%,国内干法隔膜龙头星源材质出货量达到 36,500 万平,市场份额达到 13%。从行业趋势来看,湿法隔膜在隔膜行业的占比在持续提升;另外,单看湿法隔膜 领域,行业前 4 厂商的集中度也在显著提升,湿法隔膜行业 CR4 从 2016 年的 68% 提升到了 2019 年的 86%。

 

3、 隔膜价格进入稳定区间,原材料成本有望继续下降

3.1 隔膜行业壁垒高:技术工艺难、资金投入大、认证周期长

锂电池隔膜行业壁垒高,主要有三大壁垒:(1)技术壁垒高,生产工艺复杂,设 备建设和调试时间长;(2)资金壁垒高,设备投入大;(3)销售壁垒高,客户认 证周期长。

锂电隔膜行业属技术密集型产业,技术壁垒高。锂电隔膜行业涉及高分子材料学、 材料加工、纳米技术、电化学、表面和界面学、机械设计与自动化控制技术、成 套设备设计等多个学科领域。锂离子电池隔膜企业需要保证隔膜的稳定性、一致 性、安全性等多种特性达标,要求企业在技术合作、生产专利技术、原材料配方 工艺和生产线设备搭建等多方面的长期积累。

资金壁垒高,设备投入大。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。国内电信客户认证 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。

3.2 隔膜价格已进入稳定区间,未来降幅变小

隔膜价格进入小幅降价区间,预计 2020 年降幅在 15%-20%左右。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。

 

3.3 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。

4、 湿法隔膜产能快速提升,全球动力类隔膜需求向好

4.1 湿法隔膜格局确立,行业产能快速提升

湿法隔膜格局基本确立,行业产能快速提升。从目前隔膜行业趋势看,动力领域 湿法隔膜将成为主流技术类型,格局已基本确立。另外,我们从目前主要的隔膜 企业的扩产情况看,湿法技术的产能规划也已成为主流。我们预计到 2020 年底, 主流隔膜企业的产能合计将达到 68 亿平,其中湿法隔膜将达到 61.6 亿平。

 

4.2 欧洲市场有望迎来爆发,全球动力类隔膜需求向好

放眼全球,新能源汽车市场发展呈加速之势,欧洲市场将持续贡献重要增量。综 合 EV sales 和中汽协统计数据,我们测算,2019 年全球新能源汽车市场合计销 量为 222.9 万辆;我们预计 2020 年有望达到 348 万辆,同比增长 56.12%,其中 海外市场销量 204 万辆,同比增长 1.01 倍。新能源汽车向好发展有望带动动力 电池隔膜需求增长,我们测算 2020-2022 年动力电池隔膜需求有望达到 27.47、 39.75、50.92 亿平方米,同比增长 50.12%、44.68%、28.10%。

 

来源:财通证券

稿件来源: 财通证券
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