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證券研究報(bào)告電新行業(yè)研究報(bào)告2025年4月13日新型水性粘結(jié)劑革故鼎新,賦能新藍(lán)?!娦滦袠I(yè)深度報(bào)告報(bào)告要點(diǎn)
新型硅碳負(fù)極取得質(zhì)的突破,規(guī)?;慨a(chǎn)在即隨著我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,追求長續(xù)航和充電效率一直是行業(yè)發(fā)展的焦點(diǎn)。相比傳統(tǒng)石墨負(fù)極,硅碳負(fù)極憑借超高理論比容量(約4200
mAh/g)、較高的能量密度以及快速充放電能力,成為產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。近年來,產(chǎn)業(yè)通過CVD法制備新型硅碳在納米結(jié)構(gòu)調(diào)控、碳包覆優(yōu)化、粘結(jié)劑體系改進(jìn)及制備工藝升級(jí)方面取得突破性進(jìn)展,隨著成本下降及產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展,硅碳負(fù)極正邁向規(guī)?;慨a(chǎn)階段。
硅負(fù)極膨脹劇烈,PAA粘結(jié)劑粘結(jié)力強(qiáng),高度適配硅負(fù)極在充放電過程中與金屬鋰發(fā)生合金化反應(yīng),其體積膨脹可達(dá)300%以上,易導(dǎo)致硅顆粒粉碎、SEI膜破裂、活性材料脫落等問題,嚴(yán)重影響電池的循環(huán)壽命。聚丙烯酸(PAA)粘結(jié)劑與硅負(fù)極具有優(yōu)異的化學(xué)兼容性,憑借其優(yōu)異的粘結(jié)力、良好的機(jī)械柔性及可調(diào)控的交聯(lián)結(jié)構(gòu),能夠有效緩沖硅顆粒的體積變化,增強(qiáng)電極穩(wěn)定性,改善界面離子傳輸特性,成為硅碳負(fù)極極片合漿環(huán)節(jié)不可或缺的關(guān)鍵成份。
硅碳負(fù)極助力PAA粘結(jié)劑打開市場(chǎng)空間,未來可期隨著硅碳負(fù)極商業(yè)化的逐漸放量,PAA粘結(jié)劑有望進(jìn)入快速發(fā)展期。據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計(jì),2024年P(guān)AA粉體需求量為1.3萬噸;假設(shè)2030年硅碳負(fù)極材料出貨量30萬噸,在石墨負(fù)極材料摻雜比例為10%,負(fù)極極片粘結(jié)劑占比為2%,則帶來PAA需求增量6萬噸,2030年P(guān)AA粉體需求量有望超過7.3萬噸以上。
投資建議PAA粘結(jié)劑作為鋰電池硅碳負(fù)極的關(guān)鍵材料,市場(chǎng)需求有望迎來爆發(fā)式增長。建議關(guān)注具有先發(fā)優(yōu)勢(shì)的領(lǐng)軍企業(yè)如日播時(shí)尚(收購茵地樂)、回天新材、鹿山新材等公司。
風(fēng)險(xiǎn)提示:硅碳負(fù)極規(guī)?;M(jìn)度不及預(yù)期;行業(yè)競(jìng)爭加劇的風(fēng)險(xiǎn);新型粘結(jié)劑替代的風(fēng)險(xiǎn);原材料價(jià)格波動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。2目錄
高粘彈性粘結(jié)劑助力解決硅碳負(fù)極膨脹問題
PAA粘結(jié)劑粘彈性強(qiáng),性能優(yōu)勢(shì)明顯
硅碳負(fù)極商業(yè)化在即,打開粘結(jié)劑市場(chǎng)空間
產(chǎn)業(yè)鏈主流企業(yè)
投資建議&風(fēng)險(xiǎn)提示3我國新能源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,滲透率快速提升
我國新能源產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)強(qiáng)勁發(fā)展勢(shì)頭,市場(chǎng)滲透率持續(xù)擴(kuò)大。在“以舊換新”等政策紅利的持續(xù)推動(dòng)下,配合小鵬Mona、小米SU7等國產(chǎn)明星車型的密集上市,行業(yè)增長動(dòng)能進(jìn)一步釋放。據(jù)中汽協(xié)數(shù)據(jù)顯示,2024年12月新能源汽車銷量突破159萬輛,同比增長34%;24年全年累計(jì)銷量達(dá)1286.6萬輛,實(shí)現(xiàn)35.5%的同比增幅。與此同時(shí),新能源車滲透率持續(xù)攀升,12月滲透率達(dá)45.8%(同比提升8.1pcts),24年全年滲透率達(dá)40.9%。隨著技術(shù)創(chuàng)新加速產(chǎn)品迭代,疊加國內(nèi)需求穩(wěn)步提升,預(yù)計(jì)2025年新能源產(chǎn)業(yè)將繼續(xù)保持高質(zhì)量增長態(tài)勢(shì)。圖:我國新能源汽車月度銷量(萬輛)圖:我國新能源車月度銷量滲透率總銷量YoY50%180160140120100806040200800%600%400%200%0%40%30%20%10%0%-200%資料:中汽協(xié),國元證券研究所資料:中汽協(xié),國元證券研究所4長續(xù)航和快充是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)方向
追求長續(xù)航是產(chǎn)業(yè)發(fā)展不變的追求。新能源汽車的里程焦慮集中體現(xiàn)在用戶對(duì)續(xù)航能力的擔(dān)憂上,目前主流車型續(xù)航已普遍達(dá)到500公里以上,但實(shí)際使用中受低溫環(huán)境、高速行駛、空調(diào)耗能等多種因素的影響,續(xù)航里程仍可能出現(xiàn)20%-30%的折扣。為緩解這一痛點(diǎn),電池技術(shù)持續(xù)朝著高能量密度方向迭代,以切實(shí)提升用戶的實(shí)際續(xù)航體驗(yàn)。
高壓快充能有效提高充電效率。通過將電壓平臺(tái)從400V提升到800V,充電功率可達(dá)到350-400kW,補(bǔ)能效率提升2倍以上,充電時(shí)間縮短至10分鐘以內(nèi),800V高壓快充成為行業(yè)的優(yōu)選方案,將大大緩解客戶的里程焦慮問題。圖:不同工況及環(huán)境對(duì)續(xù)航里程的影響圖:均勝電子800V高壓平臺(tái)快充技術(shù)資料:汽車之家,百人會(huì),國元證券研究所資料:均勝電子,國元證券研究所5硅碳負(fù)極:能量密度更高,快充性能更優(yōu)
硅碳材料有助于提升能量密度:硅基負(fù)極材料在充放電條件下可與鋰形成鋰硅合金,理論比容量高達(dá)4200mAh/g(遠(yuǎn)超石墨的360mAh/g,接近其理論極限372mAh/g),成為下一代負(fù)極材料的理想選擇。其核心優(yōu)勢(shì)包括:1)高能量密度,低電位(0.4-1.2VvsLi/Li?)與高克容量將顯著提升電池能量密度;2)安全性高,工作電壓介于石墨與鈦酸鋰之間,可抑制界面副反應(yīng)及降低析鋰風(fēng)險(xiǎn);3)適用性廣,可與不同類型正極材料相匹配。圖:幾種負(fù)極材料性能對(duì)比表:天然石墨、人造石墨與硅碳復(fù)合材料性能對(duì)比性能指標(biāo)比容量(mAh/g)首次效率(%)循環(huán)壽命(次)工作電壓天然石墨340-37090%人造石墨310-36093%硅碳復(fù)合材料420084%>10000.2V>15000.2V300-5000.3-0.5V好快充性能一般一般倍率性能差一般一般安全性良好良好差技術(shù)及配套工藝成熟,
技術(shù)及配套工藝成熟,循成本低優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)理論比能量高環(huán)性能好比能量已到極限,循環(huán)性能及倍率性能較差,安全性較差技術(shù)及配套技術(shù)不成熟,成本高,充放電體積變形,導(dǎo)電率低比能量低,倍率性能差提高容量,低成本化,降低內(nèi)阻低成本化,解決與其他材料的配套問題發(fā)展方向低成本化,改善循環(huán)資料:譚毅《高比能量鋰離子電池硅基負(fù)極材料研究進(jìn)展》,國元證券研究所
資料:中國汽車工業(yè)信息網(wǎng),凱金能源招股說明書,國元證券研究所6硅碳負(fù)極:能量密度更高,快充性能更優(yōu)
快充的核心瓶頸在于析鋰:鋰離子電池在充電時(shí),鋰離子從正極脫嵌并嵌入負(fù)極,但是快速充電時(shí)電流密度較大,鋰離子嵌入負(fù)極阻力較大,易產(chǎn)生極化,當(dāng)負(fù)極電位低于0V時(shí),無法嵌入石墨層間的鋰離子只能在負(fù)極表面得電子,從而形成銀白色的金屬鋰單質(zhì),形成“析鋰”。石墨負(fù)極在充電末期,電位接近0V,大倍率快充時(shí),極易發(fā)生析鋰。析鋰導(dǎo)致鋰失去活性,加速電池的老化,循環(huán)壽命會(huì)大幅縮短,并有可能引發(fā)燃燒、爆炸等安全問題。
硅充放電電位較高,利于快充:根據(jù)硅負(fù)極的充放電曲線,硅負(fù)極的充放電平臺(tái)在0.5V左右,且充電過程中鋰優(yōu)先嵌入硅碳,析鋰的風(fēng)險(xiǎn)較低;因此,硅負(fù)極材料不僅能有效提高電池能量密度,而且可以支持快充,實(shí)現(xiàn)二者的兼顧。圖:負(fù)極石墨的充放電曲線圖圖:硅碳負(fù)極的充放電曲線圖資料:日月辰官網(wǎng),國元證券研究所資料:姚叢《硅碳負(fù)極材料的制備,儲(chǔ)鋰性能及預(yù)鋰化研究》,國元證券研究所7面臨挑戰(zhàn):體積劇烈膨脹,電極結(jié)構(gòu)易破碎
硅碳負(fù)極易膨脹破碎,循環(huán)衰減較快:硅碳負(fù)極在充放電發(fā)生合金化的過程中會(huì)發(fā)生劇烈的膨脹與收縮,其最大的體積膨脹率可高達(dá)300%,遠(yuǎn)高于石墨負(fù)極的10-12%,從而易導(dǎo)致硅顆粒的破碎以及活性物質(zhì)在集流體表面脫落;此外,負(fù)極表面劇烈的變化,易引起表面
SEI
膜的破裂,導(dǎo)致消耗大量活性鋰離子,引起電池快速衰減。圖:硅碳負(fù)極充放電過程快速膨脹資料:史劍《鋰離子電池硅碳負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究》,國元證券研究所8多種方法改善硅負(fù)極體積膨脹,高粘彈性粘結(jié)劑不可或缺
四個(gè)維度助力改善硅負(fù)極膨脹問題:硅納米化減小顆粒尺寸并設(shè)計(jì)多孔結(jié)構(gòu),以緩沖體積膨脹應(yīng)力;碳包覆穩(wěn)定SEI膜并提高導(dǎo)電性,抑制電解液侵蝕和膨脹破裂;碳納米管以導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)維持電極結(jié)構(gòu)連接,適應(yīng)硅體積變化,防止導(dǎo)電通路斷裂;PAA粘結(jié)劑以強(qiáng)氫鍵固定硅顆粒,抑制膨脹位移,增強(qiáng)電極機(jī)械的完整性與穩(wěn)定性。高膨脹的硅負(fù)極對(duì)粘結(jié)劑的粘接性及穩(wěn)定性有更高要求,高粘彈性的粘結(jié)劑在硅碳負(fù)極極片構(gòu)成中必不可少。表:硅負(fù)極膨脹改善方法對(duì)比方法作用原理優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)/材料特點(diǎn)示意圖通過不同維度的納米結(jié)構(gòu)減少嵌脫鋰過程的體積膨脹,緩沖內(nèi)應(yīng)力;孔洞促進(jìn)電解液滲透,縮短鋰離子擴(kuò)散距離。圖:硅納米管中鋰離子通道示意圖改善化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性,提升嵌脫鋰動(dòng)力學(xué)性能。硅基納米材料按維度可分為零維、一維和二維納米材料。硅的納米化圖:蛋黃殼結(jié)構(gòu)的
Si@C@void@C圖:
SWCNT在硅基負(fù)極的行為外層包覆碳材料,碳表面形成SEI膜抑制電解液侵蝕,提高導(dǎo)電性。增強(qiáng)循環(huán)性能,提升導(dǎo)電性,減少電解液對(duì)負(fù)極的破壞。碳包覆硅碳復(fù)合材料(硅內(nèi)核+碳外殼)。一維線狀結(jié)構(gòu)與硅顆粒建立點(diǎn)線接觸式導(dǎo)電連接,維持膨脹時(shí)的結(jié)構(gòu)連接。減少材料破裂,保持導(dǎo)電性穩(wěn)
單壁碳納米管(SWCNT)作為導(dǎo)電劑,定,適應(yīng)硅顆粒體積變化。
形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)連接硅顆粒。單壁碳納米管圖:PAA黏結(jié)劑解決活性材料體積變化的模型圖極性羧基與硅表面羥基形成氫鍵,增強(qiáng)分散穩(wěn)定性,抑制體積膨脹,促進(jìn)SEI膜形成。抑制活性材料體積變化,提升循環(huán)性能,優(yōu)化電極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。PAA(聚丙烯酸)黏結(jié)劑與硅材料通過氫鍵作用結(jié)合。PAA粘結(jié)劑資料:鋰電邦,AFM,劉夢(mèng)如《PAA
類黏結(jié)劑在鋰電池中電化學(xué)性能研究進(jìn)展》,國元證券研究所9目錄
高粘彈性粘結(jié)劑助力解決硅碳負(fù)極膨脹問題
PAA粘結(jié)劑粘彈性強(qiáng),性能優(yōu)勢(shì)明顯
硅碳負(fù)極商業(yè)化在即,打開粘結(jié)劑市場(chǎng)空間
產(chǎn)業(yè)鏈主流企業(yè)
投資建議&風(fēng)險(xiǎn)提示10粘結(jié)劑是電池正負(fù)極極片重要的組成部分
鋰電池電極主要構(gòu)成:鋰離子電極主要由具有電化學(xué)活性的電極材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、集流體等組成,其中粘結(jié)劑作為電池材料中的一種重要高分子輔材,以極少的用量發(fā)揮了重要的功效,在電池的性能、穩(wěn)定性及壽命中扮演著至關(guān)重要的角色。
粘結(jié)劑的作用:粘結(jié)劑的主要作用是將活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑等粘附在集流體上,形成完整的電極結(jié)構(gòu),防止活性物質(zhì)在充放電過程中發(fā)生脫落、剝離,并能夠均勻分散活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑,改善電解液的潤濕性,從而形成良好的電子和離子傳輸網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)電子和鋰離子的高效傳輸、確保電池具有良好的電化學(xué)性能和循環(huán)穩(wěn)定性。圖:鋰電池結(jié)構(gòu)圖圖:鋰離子電池正負(fù)極材料組成資料:武漢中科先進(jìn)技術(shù)研究院公眾號(hào),國元證券研究所資料:廣東電池公眾號(hào),國元證券研究所11粘結(jié)劑是電池正負(fù)極極片重要的組成部分
鋰電池粘結(jié)劑的工作機(jī)理:聚合物粘結(jié)劑是通過在集流體-導(dǎo)電炭黑-活性物質(zhì)中間構(gòu)建橋梁來保證電極結(jié)構(gòu)的完整性。粘結(jié)劑在粘附過程中首先對(duì)不同組分表面進(jìn)行粘附和包裹,然后在溶劑的作用下滲入到電極顆粒孔隙中,經(jīng)干燥或聚合進(jìn)行固化,以實(shí)現(xiàn)粘附。粘結(jié)劑粘結(jié)力的本質(zhì)是物質(zhì)分子間的作用力(范德華力、表面張力等)、化學(xué)鍵力(氫鍵、共價(jià)鍵、配位鍵等化學(xué)鍵)以及界面靜電引力等。圖:
粘結(jié)劑機(jī)理示意圖表:粘結(jié)劑工作機(jī)理機(jī)理名稱核心描述作用類型聚合物粘結(jié)劑通過布朗運(yùn)動(dòng)滲透到電擴(kuò)散作用理論
極材料表面和內(nèi)部微孔結(jié)構(gòu),分子在界面交織形成物理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。物理作用(分子擴(kuò)散、界面交織)當(dāng)粘結(jié)劑與被粘物為電子接受體/供靜電作用理論
給體組合時(shí),界面形成雙電層,產(chǎn)生靜電引力。物理作用(電荷分離、靜電吸附)化學(xué)/物理協(xié)同作用:-非反應(yīng)性:范德華力(物理)-反應(yīng)性:化學(xué)鍵(共價(jià)/氫鍵等)粘結(jié)劑經(jīng)過擴(kuò)散到電極表面后,粘結(jié)劑與被粘物兩種分子間產(chǎn)生吸附力。吸附作用理論資料:電池涂覆與粘接公眾號(hào),國元證券研究所資料:電池涂覆與粘接公眾號(hào),國元證券研究所12鋰電池粘結(jié)劑類型多樣,PAA粘結(jié)劑優(yōu)勢(shì)突出
鋰電池粘結(jié)劑的分類:按照分散介質(zhì)的性質(zhì)不同可分為油性粘結(jié)劑和水性粘結(jié)劑。傳統(tǒng)油性粘結(jié)劑(PVDF)電化學(xué)穩(wěn)定性好,適配于正極材料,但需使用有毒且昂貴的NMP溶劑,存在環(huán)保和安全性問題;而常規(guī)水性粘結(jié)劑(如CMC/SBR)環(huán)保經(jīng)濟(jì),但SBR是乳液聚合物在合漿的過程中易破乳沉淀。相比之下,聚丙烯酸(PAA)作為新一代水性粘結(jié)劑具有高粘結(jié)強(qiáng)度、高柔韌性和耐高溫等特點(diǎn),性能優(yōu)勢(shì)突出。表:鋰電池粘結(jié)劑分類表粘結(jié)劑類型代表材料化學(xué)結(jié)構(gòu)式特性應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)非極性高分子,抗氧化還原能力強(qiáng),熱穩(wěn)定性好,需使用N-甲基吡咯烷酮(NMP)作溶劑電化學(xué)穩(wěn)定窗口較
NMP有毒且價(jià)格高,環(huán)境污染問題,寬,具有較好的抗
極片柔韌性不足,吸濕后粘性下降,氧化能力和化學(xué)反
對(duì)濕度敏感,電解液中有溶脹現(xiàn)象,聚偏氟乙烯(PVDF)油性粘結(jié)劑主要用于正極材料應(yīng)惰性,不易變質(zhì)可能影響電池安全性羧甲基纖維素鈉(CMC-Na)與丁苯橡膠(SBR)復(fù)合CMC-Na為纖維素衍生物,SBR為乳液聚合物,二者協(xié)同作用環(huán)保無毒,成本低,主要用于負(fù)極材料
極片柔韌性好,適應(yīng)高壓實(shí)密度單獨(dú)使用時(shí)性能有限,需復(fù)合使用以發(fā)揮最佳效果水性粘結(jié)劑具有高粘結(jié)強(qiáng)度和良好柔韌性,耐高溫,抗拉強(qiáng)度高用于高性能電池,特別是硅基負(fù)極材料可提高電池循環(huán)壽命,適應(yīng)高能量密度需求對(duì)酸堿度敏感,分子間羧基易團(tuán)聚,結(jié)構(gòu)柔性差(卷繞易開裂)聚丙烯酸(PAA)13資料:電池涂覆與粘接公眾號(hào),旺財(cái)鋰電,國元證券研究所PAA粘結(jié)劑粘彈性強(qiáng),高度適配硅碳負(fù)極材料
抑制硅基負(fù)極體積膨脹:PAA分子鏈上的羧酸基團(tuán)(-COOH)通過氫鍵與硅顆粒表面羥基結(jié)合,形成彈性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),可抑制硅基材料的體積膨脹。
形成穩(wěn)定的SEI膜:PAA的羧基與鋰離子(Li?)配位,誘導(dǎo)形成富含LiF的致密SEI膜,抑制電解液分解和副反應(yīng)發(fā)生,從而提升循環(huán)性能。
抑制極片反彈:與傳統(tǒng)的SBR/CMC粘結(jié)劑相比,PAA的“線粘接”模式(鏈段-面接觸)使極片在輥壓后形變更小、反彈更低,提升電極壓實(shí)密度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。圖:PAA粘結(jié)劑能有效控制材料體積膨脹圖:PAA與(CMC+SBR)的分子微觀理論圖圖:兩種極片的壓縮性能測(cè)試結(jié)果對(duì)比資料:劉夢(mèng)如《PAA
類粘結(jié)劑在鋰電池中電化學(xué)性能研究進(jìn)展》,國元證券研究所資料:粘接資訊,國元證券研究所資料:元能科技,國元證券研究所14聚丙烯酸(PAA)行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)
聚丙烯酸(PAA)行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上游主要包括丙烯酸(AA)單體、去離子水、引發(fā)劑、緩聚劑及相關(guān)設(shè)備等,中游為聚丙烯酸(PAA)生產(chǎn)環(huán)節(jié),下游廣泛應(yīng)用于負(fù)極材料、正極材料、隔膜、涂炭鋁箔等。圖:PAA粘結(jié)劑產(chǎn)業(yè)鏈上游:核心材料中游:材料制造下游:應(yīng)用領(lǐng)域料負(fù)極材料正極材料工業(yè)電子丙
烯
酸
(
AA)
單
體引
發(fā)
劑緩
聚
劑聚丙烯酸(PAA)行業(yè)相
關(guān)
設(shè)
備
等鋁箔等資料:華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院,國元證券研究所15PAA粘結(jié)劑有望廣泛應(yīng)用于鋰電池結(jié)構(gòu)中
硅基負(fù)極:PAA通過氫鍵與硅表面結(jié)合,形成類似SEI膜的包覆層,緩解硅體積膨脹,提高電極結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
石墨負(fù)極:PAA可替代部分SBR粘結(jié)劑,減少添加量(石墨體系總用量從3%降至2.5%),降低內(nèi)阻并提升快充性能。
正極極片:鐵鋰/錳鐵鋰正極材料導(dǎo)電性較低,采用涂炭鋁箔作為集流體,PAA粘結(jié)劑中作為涂炭鋁箔的內(nèi)部粘結(jié)劑,減少粘結(jié)劑占比有助于降低極片內(nèi)阻。
隔膜涂覆:小粒徑PAA粘結(jié)劑與陶瓷粉體混合用于隔膜涂覆,增強(qiáng)隔膜的熱穩(wěn)定性。表:鋰電材料粘結(jié)劑應(yīng)用對(duì)比應(yīng)用領(lǐng)域粘結(jié)劑類型主要優(yōu)勢(shì)區(qū)別與局限性高剝離強(qiáng)度,抑制硅基負(fù)極體積膨脹(300%-400%),形成穩(wěn)定SEI膜,提升首
硬脆性可能影響極片柔韌性,需改性改善抗吸水性和分子鏈PAA效,環(huán)保(水溶,無NMP),成本低(用量少,約2%-3%)斷裂問題硅基負(fù)極中黏附力不足,易導(dǎo)致活性物質(zhì)脫落,環(huán)保性差負(fù)極極片SBR+CMCPVDF石墨負(fù)極主流組合,分散與粘結(jié)平衡,成熟工藝(含溶劑NMP),成本較高不適用于水性體系,含氟材料環(huán)保風(fēng)險(xiǎn),溶脹性大,可能堵塞隔膜孔隙油性粘結(jié)劑,化學(xué)穩(wěn)定性高,高溫性能優(yōu)異PAAPVDFPAA適配磷酸鐵鋰/錳酸鋰體系,降低內(nèi)阻(涂炭鋁箔應(yīng)用),成本為PVDF的1/9油性粘結(jié)劑,適配三元材料,高溫穩(wěn)定性好不適用于三元材料(弱堿性環(huán)境),需配合PVDF邊涂使用成本高(需NMP溶劑),環(huán)保風(fēng)險(xiǎn),用量較大(約3%)需與PVDF復(fù)配使用,大粒徑PAA(5μm)熱壓穩(wěn)定性待優(yōu)化正極極片小粒徑PAA與PVDF混合涂覆,降低成本,提高離子導(dǎo)電率,兼容陶瓷粉體PVDF單獨(dú)涂覆時(shí)粘結(jié)力強(qiáng),耐高溫(170℃)成本高(占隔膜成本30%+),溶脹性大,可能影響孔隙率涂覆隔膜資料芳綸耐高溫(200℃+)、抗穿刺性強(qiáng),單獨(dú)涂覆可提升安全性提高熱穩(wěn)定性,抗刺穿成本高(3-4倍于陶瓷涂覆),生產(chǎn)工藝復(fù)雜陶瓷(氧化鋁/勃姆石)吸水性強(qiáng),可能影響電池性能,需粘結(jié)劑輔助:武漢中科科服公眾號(hào),與鋰時(shí)光公眾號(hào),樸烯晶公眾號(hào),國元證券研究所16PAA迭代方向:復(fù)合方式功能化,改善粘結(jié)劑性能
純PAA黏結(jié)劑的局限性與復(fù)合改性策略:純聚丙烯酸(PAA)雖可直接用于電池漿料配制,但其機(jī)械強(qiáng)度和循環(huán)穩(wěn)定性不足,需通過復(fù)合或表面改性優(yōu)化性能。例如,將PAA與PVA按2:1配比用于LiFePO?/C正極時(shí),表現(xiàn)出最佳黏結(jié)性能和電解液兼容性。PAA還可與GL(甘油)復(fù)合,在Si@SiO?負(fù)極中通過羥基/羧基與活性材料的多位點(diǎn)結(jié)合,使剝離力達(dá)6.44N,顯著增強(qiáng)電極穩(wěn)定性。此外,利用紫外交聯(lián)制備
PAA-BP(二苯甲酮)
粘結(jié)劑顯著提升了硅負(fù)極100
次循環(huán)中的循環(huán)性能,其可逆比容量高達(dá)1600
mA·h·g-1。圖
功能化PAA-BP黏結(jié)劑的合成方法圖
PAA-BP黏結(jié)劑適應(yīng)充放電循環(huán)期間硅負(fù)極的體積膨脹示意圖資料:劉夢(mèng)如《PAA
類黏結(jié)劑在鋰電池中電化學(xué)性能研究進(jìn)展》,國元證券研究所17PAA迭代方向:預(yù)鋰化形成LiPAA,提高電極界面的穩(wěn)定性
LiPAA電化學(xué)性能穩(wěn)定,溶脹率低;PAA粘結(jié)劑含有大量的羧酸基官能團(tuán),易消耗活性鋰降低電池的首圈庫倫效率;PAA預(yù)鋰化后有助于降低粘結(jié)性的酸堿度,電化學(xué)性能穩(wěn)定;此外,LiPAA在電解液中溶脹率低(碳酸酯溶劑中幾乎不溶脹)且具有高彈性模量,能夠維持極片內(nèi)聚力,防止活性物質(zhì)脫落,保持電極極片結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
鋰離子傳輸能力優(yōu)異,利于快充;LiPAA分子鏈中的羧基(-COOH)與鋰化的羧酸基團(tuán)(-COOLi)可發(fā)生可逆的H?/Li?交換反應(yīng),形成動(dòng)態(tài)離子通道,顯著促進(jìn)鋰離子在電極界面處的遷移速率;使硅碳負(fù)極在高倍率充放電時(shí)仍能保持穩(wěn)定的容量輸出,適用于快充場(chǎng)景。圖:
LiPAA全電池(左)和PAA全電池(右)的循環(huán)壽命資料:
Kevin
A.HaysJournal
of
PowerSources,
2018,
384:
136-144.,國元證券研究所18目錄
高粘彈性粘結(jié)劑助力解決硅碳負(fù)極膨脹問題
PAA粘結(jié)劑粘彈性強(qiáng),性能優(yōu)勢(shì)明顯
硅碳負(fù)極商業(yè)化在即,打開粘結(jié)劑市場(chǎng)空間
產(chǎn)業(yè)鏈主流企業(yè)
投資建議&風(fēng)險(xiǎn)提示19硅碳技術(shù)快速迭代,新型硅碳實(shí)現(xiàn)質(zhì)的突破
研磨法制備硅碳:該路線核心是通過硅顆粒之間的空隙來緩沖材料的綜合體積膨脹,為材料膨脹提供了體積變化以及應(yīng)力釋放的空間。其問題在于粒徑較大,無法有效解決膨脹問題,循環(huán)性能一般。
硅氧路線是目前主流工藝:硅氧或者預(yù)鋰化硅氧的路線主要是在材料的嵌脫鋰過程中通過化學(xué)反應(yīng)使硅氧材料中的單質(zhì)硅粒徑控制在5nm以下,顆粒間空隙更豐富,同時(shí)提供了更大的應(yīng)力緩沖空間,降低了材料的整體膨脹系數(shù)。然而一代硅氧首效較低,首次充放電加入鋰金屬、鎂金屬等作為預(yù)鋰劑,能讓預(yù)鋰化后的硅氧負(fù)極首效提升,但成本偏高;此外該工藝路線仍有一定程度的膨脹,仍存在產(chǎn)氣現(xiàn)象。
CVD氣相沉積硅碳路線即新型硅碳,屬于新技術(shù)突破的工藝路線:CVD氣相沉積硅碳路線的核心是通過低成本生產(chǎn)的多孔碳骨架來儲(chǔ)硅,并通過多孔碳內(nèi)部的孔來緩沖硅嵌鋰過程中的體積膨脹,循環(huán)、內(nèi)阻、首效、克容量等性能顯著提升。且CVD氣相沉積硅所需生產(chǎn)流程短、使用設(shè)備少、理論成本低,被認(rèn)為是硅基負(fù)極材料生產(chǎn)的最終解決方案。圖:硅碳研磨法制備工藝工藝硅圖:硅氧制備工藝圖:新型硅碳制備工藝硅源Si+SiO2預(yù)鋰硅氧燒結(jié)三氯氫硅熱分解高溫爐真空熱處理塊狀硅砂磨法無定型納米硅多孔炭骨架冷凝添加鋰粉或鋰的氧化物混合氧化亞硅(SiOx)前軀體納米硅粉氣相沉積硅碳CVD爐炭包覆與石墨復(fù)合硅氧粗碎砂磨納米硅碳負(fù)極硅碳粉碎CVD爐炭包覆20資料:石墨時(shí)訊,國元證券研究所硅碳應(yīng)用場(chǎng)景多樣,商業(yè)化在即
高端手機(jī)市場(chǎng):手機(jī)體積較小,空間容量有限,追求高能量密度電池;2024年2月22日,小米14Ultra手機(jī)發(fā)布,采用最新一代硅碳負(fù)極技術(shù),能量密度達(dá)到779Wh/L,最高硅含量6%,電池體積降低了8%,續(xù)航提升高達(dá)17%,體積更小電量更足。
電動(dòng)工具:尺寸容量小帶電量有限,需要較高的脈沖電流以滿足瞬時(shí)高負(fù)載作業(yè)需求,以及實(shí)現(xiàn)輕量化與長時(shí)間作業(yè)的平衡,對(duì)電池的能量密度和快充提出了更高的要求,硅碳負(fù)極材料高度適配。
高端新能源車:硅比容量高(3500mAh/g)采用硅碳負(fù)極有助于提高電池的能量密度,滿足用戶對(duì)長續(xù)航的需求,如特斯拉
4680電池。圖:小米14Ultra手機(jī)電池圖:
沖擊鉆圖:
特斯拉4680
電池資料:小米發(fā)布會(huì),國元證券研究所資料:博世官網(wǎng),國元證券研究所資料:特斯拉電池日,國元證券研究所21硅碳負(fù)極規(guī)?;瘧?yīng)用,有望打開PAA粘結(jié)劑市場(chǎng)空間
硅碳負(fù)極出貨量快速增長:根據(jù)高工產(chǎn)研數(shù)據(jù),2022年我國硅基負(fù)極復(fù)合后出貨量為1.6萬噸,2024年硅基負(fù)極復(fù)合材料出貨2.1萬噸,保持快速增長態(tài)勢(shì)。新型硅碳憑借獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)有望實(shí)現(xiàn)對(duì)原有硅氧負(fù)極市場(chǎng)的替代,同時(shí)可以加快滲透石墨負(fù)極市場(chǎng),未來前景廣闊;根據(jù)GGII產(chǎn)研預(yù)測(cè),未來硅碳負(fù)極空間可達(dá)30萬噸。
PAA粉體與漿料需求呈上升趨勢(shì):據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計(jì),2024年P(guān)AA粉體需求量為1.3萬噸;隨著硅碳負(fù)極的規(guī)?;帕浚僭O(shè)2030年硅負(fù)極出貨量30萬噸,在石墨負(fù)極材料摻雜比例為10%,負(fù)極極片粘結(jié)劑占比為2%,則帶來PAA需求增量6萬噸,2030年P(guān)AA粉體需求量有望超過7.3萬噸以上。圖:我國2021-2030年硅碳負(fù)極出貨量預(yù)測(cè)(萬圖:全球2024-2030年P(guān)AA粉體與漿料需求趨勢(shì)3530252015105020212022202320242025E2027E2030E資料:GGII高工產(chǎn)研,國元證券研究所資料:華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院,國元證券研究所22目錄
高粘彈性粘結(jié)劑助力解決硅碳負(fù)極膨脹問題
PAA粘結(jié)劑粘彈性強(qiáng),性能優(yōu)勢(shì)明顯
硅碳負(fù)極商業(yè)化在即,打開粘結(jié)劑市場(chǎng)空間
產(chǎn)業(yè)鏈主流企業(yè)
投資建議&風(fēng)險(xiǎn)提示23PAA產(chǎn)業(yè)鏈主流企業(yè):日播時(shí)尚(收購茵地樂)
茵地樂公司概況:茵地樂成立于2007年10月18日,是一家專注于鋰離子電池專用水性粘合劑研發(fā)、生產(chǎn)與銷售的高科技企業(yè),其核心產(chǎn)品包括負(fù)極粘結(jié)劑、正極邊涂粘結(jié)劑及隔膜粘結(jié)劑,廣泛應(yīng)用于動(dòng)力電池、儲(chǔ)能電池、消費(fèi)電子等領(lǐng)域。公司目前在四川眉山、新津設(shè)有兩大生產(chǎn)基地,粘結(jié)劑產(chǎn)能達(dá)50000噸。據(jù)GGII統(tǒng)計(jì),公司在國內(nèi)鋰電池PAA類粘結(jié)劑市場(chǎng)中市場(chǎng)占有率高達(dá)49%,處于行業(yè)領(lǐng)軍地位。2024年,公司營業(yè)收入達(dá)6.38億元,同比增長26.84%;凈利潤2.04億元,同比增長12.71%。
日播時(shí)尚擬推進(jìn)收購茵地樂71%的股權(quán):茵地樂的第一大股東為璞泰來,持股占比26%,璞泰來與日播時(shí)尚實(shí)控人均為梁豐先生。日播時(shí)尚擬推進(jìn)收購茵地樂71%的股權(quán),若交易成功完成,公司將進(jìn)一步豐富業(yè)務(wù)類型,形成“服裝+鋰電池粘結(jié)劑”的雙主業(yè)經(jīng)營格局,有助于拓寬盈利,提高上市公司的核心競(jìng)爭力,實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)拓展和利潤增長。圖
2022-2024年公司營收及增長情況圖
2022-2024年公司凈利潤及增長情況凈利潤(億元)yoy營業(yè)收入
(億元)yoy2.540%35%30%25%20%15%10%5%728%27%26%25%24%23%22%21%654321021.510.500%202220232024202220232024資料:日播時(shí)尚公告,國元證券研究所資料:日播時(shí)尚公告,國元證券研究所24PAA產(chǎn)業(yè)鏈主流企業(yè):回天新材
歷史發(fā)展與市場(chǎng)地位:回天新材前身為襄樊膠粘劑研究所,是專業(yè)從事膠粘劑等新材料研發(fā)、生產(chǎn)、銷售的高新技術(shù)企業(yè);1997年改制為民營企業(yè),2010年在深交所創(chuàng)業(yè)板上市。公司布局上海、廣州、湖北襄陽、湖北宜城、常州、越南六大研發(fā)制造基地,其客戶廣泛涵蓋寧德時(shí)代、隆基綠能、比亞迪、等頭部企業(yè)。
PAA粘結(jié)劑產(chǎn)品快速迭代:公司第一代、第二代水性丙烯酸類負(fù)極膠產(chǎn)品(PAA)和第一代丁苯乳液負(fù)極膠(SBR)產(chǎn)品已經(jīng)通過多家標(biāo)桿客戶驗(yàn)證,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定量產(chǎn)供貨,第三代PAA和第二代SBR產(chǎn)品開發(fā)完成,處于客戶導(dǎo)入階段。截至2024年12月,公司PAA產(chǎn)能已達(dá)1.5萬噸/年,SBR產(chǎn)能2000噸/年。圖
PAA主要產(chǎn)品圖資料:公司官網(wǎng),國元證券研究所25PAA產(chǎn)業(yè)鏈主流企業(yè):藍(lán)海黑石
公司概況:藍(lán)海黑石成立于2007年,是全球先進(jìn)化工新材料技術(shù)開發(fā)、轉(zhuǎn)化及應(yīng)用平臺(tái)。目前,藍(lán)海黑石已成功實(shí)現(xiàn)新能源材料(鋰離子電池正極水性化專用PAA粘結(jié)劑、硅基負(fù)極與石墨負(fù)極專用水性PAA膠粘劑、高性能隔膜涂覆專用水性粘結(jié)材料PAA、水性碳納米管CNT導(dǎo)電漿料)、紙基新材料(美紋紙膠帶離型劑)、高鐵新材料(核心功能材料)等先進(jìn)新材料的產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用。
主要類型多樣:公司自主研發(fā)具有低內(nèi)阻、低反彈等多種類型PAA類粘結(jié)劑,通過提供粘結(jié)、分散、柔性、韌性等功能,持續(xù)滿足各類高端動(dòng)力與儲(chǔ)能電池所需的能源效率、能量密度、低溫快充等核心需求,可廣泛應(yīng)用于石墨負(fù)極、硅碳負(fù)極、涂炭銅箔等領(lǐng)域。表:藍(lán)海黑石硅基負(fù)極粘合劑產(chǎn)品參數(shù)產(chǎn)品名稱外觀性狀固含/%粘度/mPaspH值Tg/C適用BOBSive
288CBOBSive
306CBOBSive306FBOBSive
290S3BA-269C乳白至淺黃色粘稠液體乳白至淺黃色粘稠液體乳白至淺黃色粘稠液體淡青至淺黃色粘稠液體淡白色液體15±0.213±0.213±0.210±0.39.0±0.325.0±122.0±125.0±16.0±0.36.0±0.3≥250001500-50001500-5000≥150007.0-9.04.0-6.06.0-8.07.0-9.07.0-9.02.0-4.07.0-9.02.0-4.07.0-9.07.0-9.0105-4.5/石墨負(fù)極錳酸鋰正極、三元正極磷酸鐵鋰正極/硅基負(fù)極8000-2
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