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视野 | 新能源电池之隔膜产业介绍

小马创业村2020-08-12 14:53:30

在上篇新能源电池篇中,我们主要分析了新能源锂电池的一些技术特征。而在锂电池上游产业中包括正负极材料、电解液、隔膜和壳体。今天小编就为大家带来期中比较复杂点的隔膜产业的介绍。

隔膜技术介绍

隔膜是锂电池的重要组成部分

隔膜是锂离子电池的重要组成部分之一,通常也被称为电池隔膜、隔膜纸、离子分离膜等,处于新能源汽车产业链的上游部分。根据生产工艺的不同,一般分为干法隔膜和湿法隔膜。其中,干法又可分为干法单拉隔膜和干法双拉隔膜,或者干法单层隔膜和干法多层隔膜。隔膜的主要原材料是聚烯烃类树脂。根据工艺的不同,一般干法隔膜使用PP作为原料。湿法隔膜则一般使用超高分子量聚乙烯作为隔膜主体,石蜡油作为成孔剂,二氯甲烷作为萃取液。


新能源汽车产业链概述

隔膜性能对锂电池运行效率影响较大

锂电池主要由正极材料、负极材料、电解液和隔膜四部分组成。锂电池的原理是正极材料中的锂离子通过电解液移动到负极中,电子则通过外电路从正极移动到负极,从而形成电流。在这个过程中正负极材料不能发生接触,否则将造成电池短路、引发燃烧甚至爆炸。因此在锂电池内部构造中不仅要求隔膜能绝缘正负极防止短路,又要求能让锂离子自由通过。锂电池隔膜具有大量曲折的微孔,既能保证锂离子自由通过形成回路,又能在电池过度充电或温度升高的情况下通过闭孔的功能防止正负极接触,达到绝缘的作用。


锂电池基本结构

锂电池膜充放电作用示意图

锂电隔膜是锂电池中关键的内层组件,能够影响锂电池的容量、循环性能和充放电电流密度等关键性能。性能优异的隔膜需要隔离正负极防止短路同时还要允许锂离子的传导,在过度充电或者温度过高时还要具有高温自闭性能来阻断电流防止爆炸,另外还要具有强度高、防火、耐性好、无毒等特点。一般来说, 根据隔膜的主要功能,隔膜在安全性和通过性上对性能要求较高:


1、给电池提供安全保障。具有良好的绝缘性,以防止正负极接触短路或者被毛刺、颗粒、枝晶穿刺而出现的短路。因此隔膜需要具有一定的拉伸、穿刺强度,不易撕裂,并且在突发高温条件下基本保持尺寸的稳定,不会熔缩导致电池的大面积短路和热失控。


2、给锂电池提供实现充放电功能、倍率性能的微孔通道。因此隔膜必须具有较高的孔隙率并且孔隙特征制约着电池的锂离子的迁移,体现在参数上就是电导率。

对于用在新能源汽车上的动力电池,由于整车对电池的安全性和能量密度要求较高,因此用于动力电池上的隔膜一般会要求以下几点:


1、更高安全性,包括受热稳定性、电化学稳定性、抗穿刺抗短路性能;


2、更好的一致性,包括厚度、孔径和孔径分布;


3、理想的孔隙率和孔隙结构;


4、更强的吸液能力和较小的电阻;


5、更高的能量密度,会要求更大的电化学稳定窗口,即耐高压(0-5V)特性也是未来趋势。

主流生产工艺分为干法和湿法

相比于干法工艺,湿法工艺的主要特点是成本高、投资大,对设备要求高,建设投产周期长,并在生产过程中对能源消耗较大,且会使用有机溶剂。但是湿法工艺可以较好地控制孔径大小、分布和孔隙率,所以一般用于制造高端薄膜。性能来讲,湿法隔膜具有稳定性好、内阻低做出来的锂电池具有更稳定能量密度更高等特点。


市场规模

新能源汽车带动隔膜需求空间迅速增长

作为我国重要的战略性产业,推广和普及新能源汽车对于改善我国能源消费结构和减少石油对外依存度具有重要意义。在之前的系列报告中,我们已经重点分析了在“补贴退坡+积分制度”政策的推动下,新能源汽车行业将逐步由政府引导向市场竞争方向发展。


2018 年为双积分政策计算元年,经过我们的测算,预计2018年汽车行业整体CAFC分数为-264.2万分,以每辆新能源汽车平均消化3分推算,在双积分政策计算元年2018年的新能源汽车市场理论空间下限为88.08万辆。


主要车企2018年CAFC积分一览

长期来看,新能源汽车行业目前处于产业发展初期,行业发展空间巨大。按照国家相关规划,中国汽车技术研究中心预计到2020年和2025年,新能源汽车销量将分别达到200万辆和700万辆,分别占到汽车总销量的7%和20%以上。

隔膜市场总产值测算

除了新能源汽车的动力电池以外,锂电池还主要应用在3C产品和储能电池领域。3C电子产品作为锂电池传统应用领域,占据了对锂电池的主流需求,但是随着手机市场的增速减慢,笔记本电脑和平板电脑的市场趋近饱和,3C电子产品用锂电池的占比在2016年首次被动力电池超过。我们预计2017-2020年3C产品用锂电池的增速在5-7%之间,到2020年3C产品对锂电池总需求量预计将达到36.6GWh。


储能电池是锂电池市场另一个重要的增长点这也加快了锂电池在储能市场的应用。2015年中国储能市场中,锂离子电池的装机份额占到66%,其次是铅蓄电池和液流电池。根据锂电大数据的预测,2020年中国锂电池储能市场需求量将达到16.64GWh。结合对动力电池、3C产品用锂电池、储能锂电池三个领域的需求预测,我们预计到2020年国内对锂电池的需求总量将达到174GWh,这三个领域的占比分别为69.4%、21.0%、9.6%。


动力电池需求量预计

根据不同的价格以及渗透率。最终我们预计2020年我国隔膜市场空间将达到157.5亿元,其中干法和湿法隔膜的市场空间分别为32.5亿元和125.0亿元。


2017-2020年隔膜的需求量预测


行业主要风险

1.行业竞争加剧,产生不良市场竞争。目前湿法隔膜市场整体供需偏紧,隔膜产品尚能维持较高毛利率。未来随着产能大量投放,部分企业可能会通过大幅降低产品价格来提高市场占有率,届时对行业平均毛利率会产生较大的影响。


2.部分企业投产进度不达预期。随着行业需求空间迅速打开,各企业扩产速度加快,抢夺客户资源将愈加激烈,投产进度慢的企业将面临更大的经营压力,甚至会放弃部分投产计划。


3.电池技术方案未来可能转型。在提高电池能量密度和安全性能的目的驱动下,电池的技术发展较快,固态锂电池的技术虽然尚未实现工业化批量生产,但是不排除在将来(目前预估至少在5年后)成为更优方案的可能。届时,湿法隔膜的需求空间将发生较大的变化。除了锂电池外,燃料电池如果技术和生产工艺取得突破,也将会挤占锂电池的市场空间,对隔膜的需求空间也会产生重大影响。

铂泉资本是一家总部位于上海,专注于文创零售、能源科技、智能制造领域的风险投资机构,是全国工商联下属中国风险投资促进会副会长单位。核心管理团队曾在国内知名的投资机构工作多年,有着丰富的投资经验和产业链深厚的人脉资源。直接管理和共同管理的基金规模超十亿元。


Boquan Capital

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国家科技部认定的上海首批国家级众创空间;

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全国工商联下属中国风险投资促进会副会长单位;

上海市科委首批认定的新型孵化器;

科技部全国创新创业大赛暨创业在上海分赛点;

累计孵化及投资的企业中登陆创业板的1家,估值过10亿人民币的3家,估值过3亿元人民币的10家,仅2017年3月就有2家孵化及投资的企业

成功登陆新三板。    


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