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：zengdhdwzqcomcn联系电话：02160199798 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25添加量并逐步提升计算，预计2426年需求081216万吨，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26万吨粉体。铁锂正极：预计2030年需求达12万吨粉体。预计PAA粉体需求2030年达78万吨，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30PART3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、CMCSBR）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（CMCSBR），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C3H4O2n，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 19921996 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CMCSBR和PAA等。水性粘结剂CMCSBR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 CMCSBR 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300400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ACCPAA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SBRCMC体系对比 性能对比 PAA SBRCMC 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SBRCMC 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25，其中PAA约152，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（SBR18，CMC12） 用量（硅体系） 硅含量510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12m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5m，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052、降低 成本等 粒径0515um，固含5 20，用量约152 硅基体系 作为硅基粘结剂 抑制膨胀等 粒径0515um，固含5 20，用量253 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19 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051um 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57umm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15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25添加量并逐步提升计算，预计2426年需求081216万吨，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26万吨粉体。铁锂正极：预计2030年需求达12万吨粉体。 预计PAA粉体需求2030年达78万吨，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） 10396 12352 15086 18191 21369 24922 28648 全球储能电池（gwh） 2971 4298 5761 7295 9220 11544 14443 全球动力储能电池（gwh） 13368 16649 20846 25486 30589 36467 43091 增速 23 25 25 22 20 19 18 全球锂电池合计（gwh） 14806 18232 22587 27401 32696 38784 45640 全球正极材料需求合计（万吨） 2576 3187 3919 4710 5592 6582 7716 全球磷酸铁锂正极需求（万吨） 1739 2267 2873 3494 4244 5079 6063 粘结剂添加比例（） 04 04 04 04 04 04 04 PAA渗透率（） 20 25 30 35 40 45 50 正极用PAA需求（万吨） 01 02 03 05 07 09 12 全球石墨材料需求合计（万吨） 1551 1893 2306 2773 3284 3865 4513 全球人造石墨需求（万吨） 1024 1196 1428 1678 1945 2245 2579 粘结剂添加比例（） 15 16 17 18 19 20 20 PAA渗透率（） 20 25 30 35 40 45 50 石墨负极用PAA需求（万吨） 03 05 07 11 15 20 26 全球硅碳负极需求（万吨） 335 460