电池涂覆材料专题（二）：芳纶涂覆隔膜的0-1拐点到了么？

基本结论： 电池快充&安全性要求提高，芳纶涂覆隔膜0-1加速。快充和安全性是电池尤其是动力电池最重要的迭代动力。由于基膜不耐高温（破膜温度较低）、穿刺性能差（机械撞击下容易起火自燃），造成电芯内部短路。为了改善电池快充和安全性，基膜涂覆技术在快速迭代，间位芳纶破膜温度超过270度、穿刺性能优异，是目前涂覆材料中较完美的涂覆膜解决方案。 0-1替代三部曲，圆柱和3C先行，25年芳纶涂覆膜市场规模近140亿。我们判断，芳纶0-1进程将比市场预期的要 快，圆柱、3C及出口电池上有望率先普及。如果国产芳纶一体化工艺获得下游认可，芳纶涂覆成本将大幅超预期下降，在中性假设下，我们测算25年芳纶涂覆膜市场有望达140亿规模，CAGR=73%。 涂覆一体化成本最优，芳纶企业有望获得行业话语权。我们测算，在现有行业竞争生态下，在芳纶涂覆时代，涂覆一 体化企业成本将领先，比基膜企业成本低50%以上，主要因为芳纶原材料成本、产线投资成本、溶剂回收成本、专利费、收率差异等拉开差距。目前做芳纶涂覆一体化的主要是芳纶企业，若芳纶普及，未来有望获得行业话语权。长期看，基膜+涂覆全自制模式将获得行业最优成本。 与陶瓷隔膜相比，在芳纶隔膜时代，由于涂覆的成本差拉大，涂覆赛道有望走出大市值公司。由于陶瓷膜没有原材料、 溶剂回收以及收率差异问题，在陶瓷膜时代，涂覆赛道尚未出现竞争力特别突出的龙头公司。在芳纶涂覆时代，由于原材料自制、专利、溶剂回收成本以及收率差拉大，手握原材料+专利+一体化（溶剂回收成本接近于0，收率高于非一体化）工艺的龙头公司将构筑强竞争壁垒。 投资建议： 行业策略：由于兼具无机和有机材料的性能优势，芳纶涂覆膜较传统陶瓷膜更胜一筹。随着国产芳纶企业下场自制涂覆膜，芳纶在圆柱、3C、出口等领域具备成本竞争力，商业化0-1拐点已至。从成本结构看，由于具备芳纶成本、溶剂回收、专利、收率等优势，芳纶涂覆一体化企业有望引领芳纶隔膜的商业化且高筑竞争壁垒。 推荐组合：泰和新材（化工团队覆盖）、恩捷股份等。 风险提示： 芳纶涂覆隔膜渗透率提升低于预期；陶瓷涂覆成本下降超预期；新技术对芳纶涂覆市场产生替代性；锂电池装机量低于预期。 内容目录 一、涂覆材料迭代的原动力：安全性能&电池快充4 1.1涂覆材料：提高安全和电池快充性能4 二、性能对比：芳纶有啥优势？4 2.1传统方案：无机和有机材料各有优劣，组合使用更佳4 2.2行业拐点：国产芳纶厂下场制膜，成本骤降开启商业化5 2.3芳纶涂覆：综合性能优异，份额预计攀升6 三、成本探讨：芳纶原液-涂覆一体化或是芳纶商业化起点8 3.1国产芳纶涂覆成本具备竞争力8 3.2原液-涂覆一体化，芳纶时代的涂覆赛道是否竞争格局生变？9 四、市场空间探讨：0-1三部曲，圆柱&3C先行10 4.1芳纶0-1替代三部曲，圆柱&3C领域先行渗透10 4.22025年芳纶涂覆膜市场空间近140亿10 五、投资建议13 5.1恩捷股份：日本帝人专利授权，23年供应北美车企13 5.2泰和新材：芳纶国产替代龙头，双重壁垒筑护城河14 六、风险提示15 图表目录 图表1：隔膜的热稳定性测试（上/隔膜；下/涂覆膜）4 图表2：PVDF涂覆前后对比（左/涂覆前；右/涂覆后）4 图表3：锂电池结构（隔膜&正极&负极均可做涂覆处理）4 图表4：PE基膜及不同涂覆隔膜参数指标对比5 图表5：不同有机物的形貌及隔膜改性5 图表6：PVDF下游应用领域（2022年）6 图表7：PVDF价格（万元/吨）6 图表8：不同企业生产芳纶涂覆膜成本（元/平）6 图表9：不同涂覆材料的涂覆厚度、单平重量对比（吨/GWh）6 图表10：不同材料的涂覆膜性能对比（一）7 图表11：不同材料的涂覆膜性能对比（二）7 图表12：有机涂覆材料市场空间测算（亿元）8 图表13：有机涂覆领域不同材料市占率测算（亿元）8 图表14：隔膜涂覆材料单平成本测算（2022年）8 图表15：涂覆材料单GWh成本（万元/GWh）9 图表16：不同商业模式下理论芳纶涂覆膜成本测算（元/平）9 图表17：DMAC溶剂回收装置（示意图仅供参考）10 图表18：全球有机涂覆市场空间测算（亿元）10 图表19：全球隔膜涂覆用芳纶材料需求（吨）11 图表20：芳纶涂覆膜渗透率（%）11 图表21：全球芳纶涂覆膜市场空间测算（亿元）12 图表22：全球芳纶涂覆膜利润空间测算（亿元）12 图表23：芳纶涂覆膜下游需求拆分（亿平）12 图表24：芳纶涂覆膜收得率&成本敏感性测试（单平全成本；元/平）13 图表25：芳纶涂覆膜收得率&成本敏感性测试（单平售价；元/平）13 图表26：隔膜&涂覆膜领域相关专利（2022年）14 图表27：泰和新材芳纶业务主要产品及用途14 图表28：泰和新材营业收入结构（亿元）14 图表29：泰和新材芳纶&氨纶业务毛利率走势（%）14 一、涂覆材料迭代的原动力：安全性能&电池快充 1.1涂覆材料：提高安全和电池快充性能 涂覆材料可改善聚烯烃基膜性能。聚烯烃隔膜（基膜）本身热尺寸稳定性差，极性低导致电解液亲和性差，从而影响电池快充和安全性能。在聚烯烃隔膜（基膜）上涂覆陶瓷等纳米或有机材料，使涂覆隔膜热稳定性提高、热收缩降低、与电解液浸润性提高。 图表1为勃姆石涂覆在聚乙烯基膜上的热稳定性测试，当温度加热到170度，隔膜已发生明显形变，涂覆膜几乎无收缩，涂覆工序可改善隔膜熔点低、安全性差的不足之处。图表2为聚乙烯基膜涂覆PVDF前后对比，聚乙烯基膜呈现湿法隔膜典型的树枝状微孔结构，表面涂覆PVDF有机粒子后，聚乙烯基膜上附着了一层PVDF涂覆层，形成大量微孔，提高电解液保持率，从而降低锂电池内阻和提高放电功率。 图表1：隔膜的热稳定性测试（上/隔膜；下/涂覆膜）图表2：PVDF涂覆前后对比（左/涂覆前；右/涂覆后） 来源：钜大官网，国金证券研究所来源：钜大官网，国金证券研究所 极片边缘涂覆可提高电池安全性和良品率。勃姆石等材料亦可用在锂电池电芯的极片涂覆，以提高锂电池的安全性能及良品率。以比亚迪为例，其最新的刀片电池将采用勃姆石材料在电芯极片边缘进行涂覆。极片涂覆可分别应用在电池的正极和负极： 1）正极极片边缘涂覆：由于正极片一般小于负极片，极片宽边的边缘在切割中容易出现毛刺，一旦刺穿隔膜接触到负极会引起电池短路。勃姆石表面光滑，涂覆后可填平正极边缘，使切割后的表面光滑无毛刺。行业内由宁德时代率先使用勃姆石进行正极边缘涂覆已形成示范效应，比亚迪、亿纬锂能等电池厂也在导入。 2）负极边缘涂覆：负极表面粗糙，涂覆超小粒径的勃姆石后，负极造孔变得均匀，可以改善电解液亲润性，使得锂离子在充放电过程中更加通畅。负极边缘涂覆还未形成主流，目前有应用在ATL的消费电池上。 图表3：锂电池结构（隔膜&正极&负极均可做涂覆处理） 来源：起点锂电大数据，国金证券研究所 二、性能对比：芳纶有啥优势？ 2.1传统方案：无机和有机材料各有优劣，组合使用更佳 电池能量密度迭代驱动有机涂覆需求。无机涂覆材料主要有氧化铝、勃姆石，有机涂覆材料主要有PVDF、PMMA等，在牢固性、透气性、耐热性和吸液性等指标上看，无机和有机涂覆材料各有优劣，互补性较强。 牢固性vs透气性：陶瓷类无机物透气性好，但本身没有粘结性，需要用胶把无机物粘在隔膜上，若产品质量不好可能出现脱粉情况，导致涂覆不均匀，在电池中造成安全隐患。有机物质地软，粘结性好，PMMA、PVDF等本身就是胶，可以有效解决牢固性的问题，但是相应的透气性差。 耐热性vs吸液性：陶瓷类无机物的耐热性高于有机物；无机物吸液性弱于有机物，有机物熔融在油性溶剂里，涂层可以很薄在1µm左右，涂层厚度只有无机物的一半。 图表4：PE基膜及不同涂覆隔膜参数指标对比 参数 PE PE-氧化铝 PE-勃姆石 PE-PVDF PVDF涂覆膜的拉伸 拉伸强度（Mpa） 55.27 59.3 61.78 55.35 强度、断裂伸张率均 断裂伸长率（%） 81 161 171 101.4 未及陶瓷涂覆膜，主 穿刺强度（N） 5.67 6.14 6.55 6.2 要系有机聚合物的 接触角（度） 117 11.6 5.7 3.28 孔隙率（%） 55.74 55.2 55.63 61.4 吸液率（%） 126 144 187 208 离子电导率（mS/cm）0.550.7511.53 相比于PE基膜、氧化铝/勃姆石涂覆膜，PVDF涂覆膜的接触角更低，表现出更好的电解液亲润性，同时，PVDF涂覆膜的孔隙率为61.4%，优于无机物涂覆膜，主要系PVDF有机涂层可为电解液提供额外的孔隙通道，进而显著提高隔膜的吸液率。此外，PVDF涂层的互连和多孔表面形态提高了涂覆膜的离子电导率，此项指标均高于无机物涂覆膜。 机械强度受结晶度影响，PVDF的半结晶（55.93%）性质导致其拉伸强度无法得到显著提高。 来源：真锂研究，国金证券研究所 有机物与无机物组合涂覆可形成功能互补。有机涂覆材料包括PVDF、PMMA等，具有高粘结性、吸液及保液能力，能够有效降低隔膜内阻，提高电化学性能。由于PVDF、PMMA自身耐热性、透气性等存在局限性，有机物一般与无机物相结合，常见的组合形式包括双面多层涂覆、单面多层涂覆、单面混和涂覆。 图表5：不同有机物的形貌及隔膜改性 产品产品外貌扫描电镜下的形态隔膜改性 PVDF具有粘结性，改善隔膜与极板的界面特性，从而增加电池硬度，提升安全性。同时 PVDF 还能增加隔膜对电解液的浸润性与保液性，增加隔膜电化学稳定性。PVDF可进行水性涂覆或油性涂覆。 芳纶涂覆使隔膜耐热性能大幅提升，提高对 电解液的浸润性以延长电池寿命，提高隔膜 芳纶 的抗氧化性，有助于实现高电位化，提高电 池能量密度和安全性能。 PMMA PMMA可显著提高粘结性、浸润性与保液性，提高隔膜热稳定性，目前作为PVDF的替代品。 来源：粉体网，国金证券研究所 2.2行业拐点：国产芳纶厂下场制膜，成本骤降开启商业化 PVDF价格居高不下，被替代趋势显现。PVDF是传统的有机物涂覆材料，具有低内阻、高（厚度/孔隙率）均一性、力学性能好、化学与电化学性能好等特点。受到下游锂电和光伏的双重需求带动，叠加双控政策限制，PVDF从4Q20以来供应缺口不断扩大，产品价格持续上涨。根据卓创资讯，当前电池级PVDF价格已经从此前的9万元/吨左右，上涨到40万元/吨左右水平，其中隔膜涂覆级PVDF价格在10-20万元/吨。我们认为电池级PVDF中期价格不见回调态势，相较于芳纶、PMMA等材料失去性价比，被替代趋势显现。 图表6：PVDF下游应用领域（2022年）图表7：PVDF价格（万元/吨） 建筑涂料50 锂电级涂料 （粘接剂/隔 膜）,10% 华东地区-粉料（涂料） 华东地区-粒料 华东地区-锂电池粘结剂 40 光伏级封装料30 锂电级涂料（粘接剂/20 隔膜）10 化工级衬里0 光纤护套 来源：粉体网，国金证券研究所来源：Wind，国金证券研究所 芳纶厂下场制膜，快速促进商业化。国内隔膜厂制芳纶膜成本在5-6元/平以上，成本较高限制其推广；22年以来，芳纶材料厂亲自下场制膜，将成本降至2-3元/平（量产成本），符合下游细分市场商业化推广条件，芳纶膜0-1拐点到来；远期看，基膜+涂覆一体化企业将获得行业最优成本，有望渗透更高比例陶瓷涂覆膜市场。 图表8：不同企业生产芳纶涂覆膜成本（元/平） 国产芳纶企业下场自制芳纶膜，在原材料成本 （内购10万元/吨，对外销售50-60万元/吨）、设备初始投资、溶剂回收、专利、收得率等均有明显优势，理论成本低于2-3元/平，符合商业化推广条件。 国内隔膜厂自制芳纶涂覆膜，需向海外芳纶供应商如帝人等购买原材料，价格在60-80万元/吨 （陶瓷仅2万元/吨），价格高昂； 此外，芳纶膜涉及溶剂回收、专利费等额外费用加剧成本上涨，达5-6元/平以上（陶瓷膜仅1.5-2元/平），成