PAA行业深度报告：新型水性粘结剂，市场空间广阔

证券研究报告·公司研究·电力设备与新能源行业 新型水性粘结剂，市场空间广阔 ——PAA行业深度报告 东吴证券电力设备与新能源组 首席证券分析师：曾朵红联系邮箱：zengdh@dwzq.com.cn联系电话：021-60199798 2024年11月11日 摘要 新型水性粘结剂，1）适配硅基材料：PAA材料能与硅形成类似固体电解质界面（SEI）的包覆层，维持电极稳定，显著改善硅基负极的循环性能及减轻膨胀影响。2）环保优势：使用水作为溶剂，相较于传统粘结剂PVDF（需要有毒溶剂NMP），具有更好的环保性，减少了对环境的污染风险。3）成本优势：PAA生产成本及价格更低，在正极和隔膜涂覆中配合PVDF使用，及在负极材料中替代SBR具有成本优势。 适用多种材料：硅基负极是PAA主流应用领域，可更好控制体积膨胀；石墨负极可替代部分SBR，铁锂/锰铁锂正极中作为电极活性物质内部binder、配合PVDF边涂、配合铝箔涂炭，整体用量较少，，再进行涂炭 ，能够有效降低内阻。涂覆隔膜小粒径PAA可与PVDF、分散剂和陶瓷粉体混合后制成浆料，再进行涂覆 长期市场空间广阔：硅基负极：按2.5%添加量并逐步提升计算，预计24-26年需求0.8/1.2/1.6万吨，复合增速超40%，远期2030年需求达4万吨粉体。石墨负极：考虑对SBR替代逐步渗透，预计2030年需求达2.6万吨粉体。铁锂正极：预计2030年需求达1.2万吨粉体。预计PAA粉体需求2030年达7.8万吨，对应50万吨 +浆料，长期复合增速30%+。 投资建议：推荐璞泰来（参股PAA龙头茵地乐）、天赐材料（日化业务平台开发新型水性粘结剂），建议关 注回天新材 风险提示：项目投产进度不及预期、同行业竞争加剧的风险、客户集中及持续经营的风险 目录 PART1PAA：新型水性粘结剂，下游应用广泛PART2市场空间广阔，需求长期复合增速30%+PART3国产化率高，多家厂商布局 PART4投资建议和风险提示 PART1PAA：新型水性粘结剂，下游应用广泛 PAA：新型锂电池水性粘结剂 PAA为一种新型锂电池水性粘结剂：全称聚丙烯酸（PolyacrylicAcid），是一种新型锂电池负极粘结剂，常用于改善电极结构的稳定性。作为一种优于传统粘结剂（如PVDF、CMC+SBR）的材料，由于其独特的粘结特性和与硅基材料的良好兼容性，PAA正在逐渐替代传统的负极粘结剂（CMC+SBR），特别是在高比容量锂电池应用中，具有巨大的市场潜力。PAA的化学式[C3H4O2]n，其中含有大量的羧基（-COOH）基团，这使其在电极材料中能形成强力的粘结效果。 图：负极粘合剂发展历史 1992-1996 油性粘合剂 粘结剂 原材料组成 产品形态 粘接结构 电解液环境中粘接能力 SBR 苯乙烯、丁二烯、乳化剂 点粘接 良 PAA 丙烯酸、 丙烯腈 线粘接 优 日本瑞翁 2002 中国茵地乐 水性粘合剂PAA 图：PAA与SBR形态及原材料组成 水性粘合剂SBR 1996图：PAA化学式 与传统粘结剂对比：更环保，适配硅基材料 锂电池粘结剂主要分为油性和水性两大类： 1）油性粘结剂：典型代表是PVDF，PVDF是目前最广泛应用的锂电池粘结剂，2020年在国内市场的占比达到54%。然而，PVDF作为油性粘结剂，其溶剂对环境有害，且含氟，容易与嵌锂石墨发生副反应，影响电池性能。 2）水性粘结剂：包括CMC+SBR和PAA等。水性粘结剂CMC+SBR环保性好，但黏附力相对有限，尤其在高比容量硅基负极中难以有效应对膨胀问题。 新型粘结剂PAA因其独特的性能迎来了发展机遇。PAA的侧链含有较多官能团，能与负极活性物质表面形成氢键，提供较强的黏附力；同时，PAA还能与硅形成类似固体电解质界面（SEI）的包覆层，显著改善硅基负极的循环性能，减轻膨胀影响。 图：PAA与传统粘结剂对比 PVDF CMC+SBR PAA 适用场景 石墨负极粘结剂 石墨负极粘结剂 石墨/硅基负极粘结剂 分散体系 油性 水性 水性 优势 具有良好的化学稳定性和温度特性，具有优良的机械性能和加工性 SBR的良好弹性以及CMC的良好分散效果，在石墨中组合效果好;水性粘结剂绿色环保，成本低，非易燃。增加导电剂或活性材料，可以提高能量密度和快充能力。SBR会越来越蓬松，PAA有弹簧性，结构稳定，提升循环寿命 高粘结强度、适配硅基材料、添加量少具有环保特性缓解硅基材料体积膨胀、化学稳定器强、机械强度柔软性好。 劣势 溶剂对环境有害，且PVDF中含有氟，容 易与嵌锂石墨等发生反应环性 粘结力较弱，添加量大。未来SBR在石墨 中会被替换，动力储能不高，如果太高循能不行，数码端不用PAA，PAA硬脆， 卷绕转角位置容易开裂 柔性较差;对环境酸碱度要求高。分子间羧基氢键作用力较强，溶于水易形成分子间团聚结构 7数据来源：材料科学，东吴证券研究所 PAA：具备水溶性、高粘结力、化学稳定性、循环性能优 水溶性与环保性：PAA是一种水性粘结剂，使用水作为溶剂，相较于传统粘结剂PVDF（需要有毒溶剂 NMP），具有更好的环保性，减少了对环境的污染风险，且生产成本更低。 适配硅基材料：PAA在锂电池负极中表现出高粘结强度和良好的柔韧性，尤其适合硅基负极。硅基负极材料在充放电过程中会产生高达300-400%的体积膨胀，PAA能够有效缓冲这种膨胀，维持电极的稳定性，从而提升循环寿命和容量保持率。 机械与热稳定性：PAA具有优异的粘结强度，能够在充放电循环中保持活性物质与集流体之间的紧密连接 ，有效抵抗电极内部的膨胀应力。此外，PAA的体积热膨胀系数低，能够在高温条件下保持较为稳定的性能，降低因膨胀引起的电池结构破坏。 循环性能：PAA在硅基负极中有更好的循环性能;ACC/PAA作为硅基负极黏结剂时，由于其高交联网络和机 械韧性，能够承受硅基负极剧烈的体积膨胀，在100次循环后仍可保持75%的容量且电极表面依旧平整。 图：PAA黏结剂与活性材料间的作用机理图：PAA黏结剂解决活性材料体积变化的模型图 资料来源：材料科学 PAA：具备分散、悬浮、粘结一体化特性 图：PAA粘结剂与SBR+CMC体系对比 性能对比 PAA SBR+CMC 生产加工过程 较硬，类似刚性弹簧，加工性较差，掉料或断裂风险 类似橡皮，有柔韧性，可拉伸，加工性好 电池性能 首效高（如对石墨效率可达93%左右），倍率性能好，能量密度提升潜力大，循环寿命长，可保持电极结构稳定，快充和储能电池中优势明显 在生产加工过程中有优势，但在电池性能方面整体不如PAA，如电极膨胀导致电子和离子导电受影响，循环寿命受限 适用负极体系 适用硅基负极，有效控制硅膨胀，提升电池循环性能，在高硅体系中占主导；在石墨体系中可能完全替代SBR+CMC 在石墨类负极规模化生产中应用广泛，在动力和储能电池（对循环寿命要求高）中逐渐被PAA替代 功能 一体化：分散、悬浮和粘结 CMC：分散和悬浮；SBR：粘结 用量（石墨体系） 使用PAA后总量可降至2.5%，其中PAA约1.5-2%，SBR及CMC少量；未来柔性化做好后，SBR和CMC有望被完全替代 传统用量约3%（SBR1.8%，CMC1.2%） 用量（硅体系） 硅含量5%-10%时，PAA用量会提高，如总胶量3%时，PAA约2%，SBR约1%；高硅体系中PAA占主导 / 补锂功能 可补锂 难以进行官能化处理，无补锂功能 图：PAA粘结剂掺锂化学式 8数据来源：GGII，东吴证券研究所 9数据来源：GGII，东吴证券研究所 下游应用：负极为主，下游应用广泛 负极：1）传统石墨负极：PAA型粘结剂可替代部分SBR，减少SBR用量。2）硅基负极：对于膨胀率较高的硅基体系电池，PAA型粘结剂因其更高的机械强度，能够更好地控制硅基材料的体积膨胀，减少活性材料脱落，提升电池循环性能。 正极材料：PAA粘结剂主要应用于磷酸铁锂和锰酸锂体系。由于三元材料具有一定的弱碱性，因此通常不使用PAA型粘结剂。1）电极活性物质内部binder，2）边涂：配合PVDF使用；3）集流体：通过在铝箔上涂覆1-2μm的浆料（包括炭黑和PAA粘结剂等），再进行涂炭，能够有效降低内阻。 涂覆隔膜：PAA型粘结剂主要配合主流涂覆材料使用，“小粒径PAA粘结剂”：可与PVDF、分散剂和陶瓷粉体混合后制成浆料，再进行涂覆；“大粒径PMMA粘结剂”：要求粒径约为5μm，采用核壳结构，能够在3MPa、100℃热压60秒条件下保持球形并维持较强的粘结力，目前该类产品仍处于开发阶段。 图：PAA与传统粘结剂对比 应用领域 主要作用体系 作用 优势 关键指标 负极 石墨体系 部分替代SBR 提高循环、首效(0.5-2%)、降低 成本等 粒径:0.5-1.5um，固含:5- 20%，用量约1.5%-2% 硅基体系 作为硅基粘结剂 抑制膨胀等 粒径:0.5-1.5um，固含:5- 20%，用量2.5%-3% 正极 磷酸铁锂、锰酸锂正极材料 为活性物质中的粘结剂 提高循环等 整体用量为pvdf用量的1/9 边涂绝缘和集流体部分使用 隔膜 陶瓷涂覆 作为陶瓷浆料粘结剂 较宽的电化学稳定窗口 粒径:0.5-1um PVDF涂覆 作为油性涂覆浆料粘结剂 提高离子导电率、成本低等 粒径:5-7umm高固含:20- 30% 铝箔 磷酸铁锂电池用涂炭铝箔 作为涂炭浆料粘结剂 降低内阻(降低1-5倍)等 生产工艺：关键在于精确控制聚合反应和后续处理 生产工艺：PAA生产流程关键在于精确控制聚合反应和后续处理。原料准备影响最终产品的纯度；聚合反应中的温度和引发剂量决定分子量和粘度；纯化与浓缩确保产品纯净；配制与调节调控性能满足应用需求 ；干燥与后处理影响运输和储存方式；质量检测确保产品符合标准。每一步精确控制都会影响PAA的粘结强度、化学稳定性和适应性。 PART2市场空间广阔，需求长期复合增速30%+ 12数据来源：招股说明书，各公司官网，东吴证券研究所 数据来源：公司公告，东吴证券研究1294所 市场空间：短期增速高，长期市场空间广阔 硅基负极：按2.5%添加量并逐步提升计算，预计24-26年需求0.8/1.2/1.6万吨，复合增速超40%，远期2030年需求达4万吨粉体。石墨负极：考虑对SBR替代逐步渗透，预计2030年需求达2.6万吨粉体。铁锂正极：预计2030年需求达1.2万吨粉体。 预计PAA粉体需求2030年达7.8万吨，对应50万吨+浆料，长期复合增速30%+。 图：PAA市场空间测算 2024E 2025E 2026E 2027E 2028E 2029E 2030E 全球动力电池（gwh） 1039.6 1235.2 1508.6 1819.1 2136.9 2492.2 2864.8 全球储能电池（gwh） 297.1 429.8 576.1 729.5 922.0 1154.4 1444.3 全球动力&储能电池（gwh） 1336.8 1664.9 2084.6 2548.6 3058.9 3646.7 4309.1 -增速 23% 25% 25% 22% 20% 19% 18% 全球锂电池合计（gwh） 1480.6 1823.2 2258.7 2740.1 3269.6 3878.4 4564.0 全球正极材料需求合计（万吨） 257.6 318.7 391.9 471.0 559.2 658.2 771.6 全球磷酸铁锂正极需求（万吨） 173.9 226.7 287.3 349.4 424.4 507.9 606.3 粘结剂添加比例（%） 0.4% 0.4% 0.4% 0.4% 0.4% 0.4% 0.4% PAA渗透率（%） 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 正极用PAA需求（万吨） 0.1 0.2 0.3 0.5 0