儒余观点 | 固态电池横空出世,电池隔膜行业将迎变革?

发表时间:2024-03-22    文章来源:儒余股份

导读:

2023年12月,蔚来CEO李斌举行了一次150kWh半固态电池续航直播实测,成功实现了1000km的续航里程,创下电动车最远记录,也再次掀起了人们对固态电池的关注。目前北京卫兰及宁德时代的半固态电池(麒麟电池)已实现量产,分别搭载在蔚来和极氪的产品上,但业内对其评价褒贬不一。

锂电池技术中,电池隔膜作为关键组件,其性能的优异程度将对提高电池的安全性、效率、能耗等方面起到重要的作用。但近年来固态电解质等新技术的涌现却引发了人们对于传统液态锂电池隔膜是否会被淘汰的猜测。本文将从多个角度对锂电池隔膜行业进行分析,并对行业的发展趋势及关注点进行相关探讨。

一、锂电池隔膜概述

1.产品概述

(1)产品概述

锂电池隔膜是电池正负极之间的隔膜材料,主要起到隔离的作用,可以防止两极直接接触,避免短路和安全事故的发生;同时还可以促进锂离子的传输,使电池的性能更加稳定和高效。

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(2)工艺比较

隔膜基膜制造根据微孔成孔机理主要分为干法和湿法两种。干法隔膜主要适用于对成本敏感度高的、对能量密度要求低的应用场景,湿法工艺由于可以较好地控制孔径大小、分布和孔隙率,提高抗刺穿能力,因此一般用于制造高端薄膜。

干法与湿法工艺比较

工艺比较

干法工艺

湿法工艺

单线投资额

1-1.5亿元

2-2.5亿元

应用场景

储能电池

动力电池

致性

孔径分布(um)

0.01-0.3

0.01-0.3

孔隙率

30%-40%

35%-45%

厚度(um)

12-30

5-30

安全性

抗穿刺强度(gf)

200-400

300-500

稳定性

横向拉伸强度(MPa)

<100

130-150

纵向拉伸强度(MPa)

130-160

140-160

代表厂商

中兴新材、星源材质、惠强新材、博盛新材、盈博莱、沧州明珠

上海恩捷、中材科技、河北金力、星源材质、江苏厚生、北星新材、蓝科途、沧州明珠

传统隔膜的原材料主要为聚乙烯、聚丙烯。随着消费者对锂电池的安全性要求越来越高,为满足市场需求,生产商开始对湿法隔膜进行涂覆(如陶瓷、PVDF等材料),以此提升基膜的物理及化学性能。涂覆隔膜作为目前最先进的技术,主要适用于更高端的动力电池和储能电池。

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二、行业发展情况

1.发展现状

(1)需求旺盛,出货量大幅增长

新能源汽车销量高速增长激发了电池隔膜的市场需求。根据研究机构EVTank联合伊维经济研究院共同发布的《中国锂离子电池隔膜行业发展白皮书(2024年)》,2023年我国锂离子电池隔膜出货量同比增长32.8%,达到176.9亿平米,中国隔膜企业出货量的全球占比在2023年已经突破83%。

图表 1 2014-2023年中国锂离子电池隔膜出货量(亿平方米)

 

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2023年我国干法隔膜出货量增长明显,达到47.5亿平米,同比增速67.4%,远超湿法隔膜的增速,这其中主要原因在于储能电池用隔膜的拉动。

图表 2 中国锂离子电池隔膜干法和湿法隔膜出货量占比变化趋势

 

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从市场需求端来看,新能源汽车锂电池隔膜行业增长的主要驱动力;3C数码产品市场相对稳定;而储能市场处于前期快速增长阶段,是锂电池隔膜市场的新增长极。

(2)技术创新,无机涂覆占比提升

近年来,由于涂覆隔膜性能明显优于基膜,且产品溢价高,成为行业近年最重大的演化趋势。2021年全球涂覆隔膜市场出货量达到57亿平方米,占全球锂电池隔膜市场出货量的53.8%(我国涂覆膜占隔膜出货量比例超45%),2023年该占比提升到50%以上。我国重点隔膜企业恩捷股份、星源材质、中材科技等企业的涂覆隔膜出货量均占其总出货量的80%以上。

涂覆材料可分为无机(勃姆石、氧化铝等)和有机PVDF、PMMA、芳纶)两大类,前者主要优势为生产成本更低、技术更成熟、性价比高,后者虽然产品性能好,但价格更为昂贵。众多材料中,勃姆石由于其核心性能指标均优于早期比较主流的氧化铝,具有纯度高、耐热温度高、绝缘性好、硬度低、化学稳定性强等优势,且国产化程度高,成为目前所有涂覆工艺中单平成本最低的加工路径。

目前无机涂覆隔膜在市场中远超有机涂覆隔膜。根据高工产研锂电研究所数据显示,2021年的涂覆隔膜出货中95%以上为无机涂覆,其中勃姆石2021年实现出货量1.8万吨,同比增速120%,渗透率由2016年的13%提升到2021年的60%;2022年中国锂电池隔膜用勃姆石出货量达3.2万吨,同比增长超70%,预计到2025年勃姆石涂覆隔膜占无机隔膜比重有望超75%。

图表 3 2016-2025E年勃姆石出货量及渗透率变化情况

 

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(3)产能扩张,海外布局加速

中国隔膜企业纷纷加大产能扩张的力度并积极布局海外市场,与国际知名的锂电池厂商建立稳定的合作关系。以龙头企业恩捷股份为例,公司早已制定了扩大产能的长期战略布局,截至2021年末已在上海、无锡、江西、珠海、苏州、常州、重庆等地布局隔膜生产基地,并于2021年在匈牙利建立了首个海外锂电池隔离膜生产基地,2022年恩捷股份耗资约9.16亿美元(约60亿人民币)在北美建设了10亿平方米的“基膜生产线及配套涂覆设备”项目,产能和出货量均排名全球第一。

第二梯队中的企业也一直在积极推进全球产能建设。如星源材质已于2023年在佛山市南海区投资建设了锂电池隔膜生产基地,同时拟在马来西亚投资建设新的生产基地,开拓在东南亚地区蓬勃发展的新能源汽车、储能市场产业链下游客户,另外还将投资开发江苏南通面积约5亿平方米的“高性能锂离子电池湿法隔膜及涂覆隔膜(一期、二期)项目”及欧洲“瑞典湿法隔膜及涂覆项目”。

(4)降本增效,竞争优势凸显

与海外隔膜企业相比,中国隔膜企业具有明显的成本和效率优势,已经成为全球锂电池隔膜的核心供应力量,受益于全球需求增长,未来在海外市场份额也有望不断提升。

2022年中国隔膜企业的平均成本为0.35元/平方米,同比下降9.1%,其中湿法隔膜的平均成本为0.32元/平方米,同比下降10.1%,干法隔膜的平均成本为0.42元/平方米,同比下降7.9%。2022年中国隔膜企业的平均毛利率为35.6%,同比上升2.1个百分点,其中湿法隔膜的平均毛利率为37.2%,同比上升2.4个百分点,干法隔膜的平均毛利率为31.8%,同比上升1.6个百分点。整体来看盈利能力和市场竞争力都有所提升,与国外隔膜企业的差距也在不断缩小。

隔膜的生产成本一般由原材料/辅料、人工、折旧、能源消耗等部分组成,以2022年恩捷股份成本构成为例,原材料/辅料、人工、折旧、能源消耗分别占膜类产品成本的52.5%、7.1%、25.6%和14.8%。从隔膜的降本路径来看,中国企业主要从规模、技术、设备三大维度实现降本增效,即通过扩大产销规模实现成本摊薄,通过设备改造、工艺优化、技术升级提升生产效率及良品率,从而实现降本。规模方面,由于降本效果均边际递减,因此头部企业降本空间相对有限,而国内二线厂商则在规模效应显现初期,享有更大的降本弹性,盈利能力显著提升,原本盈利水平处于高位的龙头企业则受到更大冲击。

2.政策利好

作为新能源汽车和储能的上游行业,锂离子电池产业受新能源汽车和储能两个行业政策的影响显著。近年来国家对锂离子电池产业链扶持力度不断加大,锂电池隔膜作为该产业链上游最关键的材料之一,借助锂电池的高速发展东风,展现出了较强的政策利好优势。

发布时间

政策名称

主要内容

2023.1

《关于推动能源电子产业发展的指导意见(征求意见稿)》

推动基础材料生产升级,提升储能电池材料和高性能电池等生产、包装、储存、运输的机械化与自动化水平

2022.11

《两部门关于做好锂离子电池产业链供应链协同稳定发展工作的通知》

了解本地锂电制造及一阶材料(正极材料、负极材料、隔膜、电解质等)、二阶材料产业发展情况,实事求是制定本地区锂电产业发展政策

2022.8

《科技支撑碳达峰碳中和实施方案(2022-2030年)》

研发液态和固态理离子电池储能、钠离子电池储能等高效储能技术

2022.6

“十四五”可再生能源发展规划》

研发储备钠离子电池、液态金属电池、固态锂离子电池、金属空气电池、锂硫电池等高能量密度储能技术

2020.12

《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)

加强锂电池关键材料的研发和产业化,提高锂电池性能和安全水平

……

3.行业挑战

(1)头部企业挤压

由于隔膜行业本身技术壁垒较高,资金投入要求较大,且目前国内大部分上游核心设备挤出机仍依赖国外厂商进口,在生产设备供应方面仍存在瓶颈。在壁垒高、盈利难、头部企业并购整合三重影响下,市场将不断向头部企业集中,其他企业将会面临产能有限或无产能释放的问题。

(2)固态电池发展

全球固态电池行业目前仍处于研发和试验阶段,尚未实现大规模商业化。但根据相关数据研究,预计2024年国内半固态电池将实现批量应用,2030年固态电池市场空间或将达到200亿元,且生产成本将降至更低。因此目前来看,虽然实现固态电池量产仍需时日,但其发展态势已经引发了市场对锂电池技术变革的担忧,未来电池隔膜也必然面临淘汰。

三、主要企业发展情况

根据《中国锂离子电池隔膜行业发展白皮书(2024年)》,2023年上海恩捷保持行业龙头地位并且出货量遥遥领先,但其市场份额相比2022年已明显下降;星源材质、中材科技、河北金力、中兴新材和惠强新材等企业的市场份额均有不同程度的提升。行业CR10在2023年超过90%,行业集中度进一步提升。前十企业的榜单中,博盛新材为今年新进入企业,以4.8亿平米的出货量排名第九。

图表 1 2023年我国锂电隔膜行业竞争格局

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1.龙头企业——恩捷股份

(1)企业概况

恩捷股份是全球领先的锂电池隔膜供应商,2022年净利润达40亿元,拥有员工8000余人。其生产装备是与国际先进设备制造厂商合作开发的,具备自主知识产权,拥有设备精度高且稳定性好等优势。2022年,恩捷股份的膜类产品营收达112.5亿元,毛利率达50.4%;2023年半年报数据中,恩捷股份隔膜产能和出货量排名全球第一,稳坐行业龙头位置。

(2)发展情况

大力进行海内外扩张

恩捷股份采用模式化工厂建设的方法,在珠海、无锡、上海、重庆等地建设了生产基地,在确保品质的同时完成了生产规模的快速扩张。此外基于海外庞大的市场需求,恩捷股份将“出海”作为重要的战略选择,打开新的市场空间。至2025年恩捷股份规划锂电池隔膜生产基地将布局中国、美国和欧洲三大区域,产能规模将达175亿m2(含规划中)。

半固态项目加速落地

公司于2018年起开始针对半固态电池用隔膜技术探索及固态电池技术发展两个领域进行积极布局,并开发了以湿法隔膜为基础的半固态材料。2023年12月,恩捷股份的首个半固态项目实现商业化落地,此外企业也在积极推进固态电池的相关研发工作。

细分市场或将出现变动

从细分市场上看,恩捷股份在湿法隔膜行业格局表现仍为“一超多强”,但由于电池厂商压低价格严格控制一供份额,恩捷股份在湿法隔膜市场已几近触及天花板。在干法隔膜行业,恩捷股份也已与宁德时代合作布局了干法薄膜项目(20亿m2/年),今后该领域的细分市场格局极有可能出现较大变化。

(3)重要事件

2024年1月3日,恩捷股份宣布调整在美项目投资金额、产能,拟将美国锂电池隔离膜项目投资额由约9.16亿美元调整为约2.76亿美元(包含建筑工程等费用约为0.95亿美元,机器设备费用约为1.49亿美元,铺底流动资金约为0.32亿美元),同时还将进一步缩减项目产能,原本建设年产能10-12亿m2基膜生产线及配套涂覆设备,计划调整为建设14条年产能7亿m2锂电池涂布隔膜产线。

2.重点企业

(1)星源材质

星源材质是全球锂电池隔膜行业领跑者,国内首家同时具备干法、湿法、涂覆膜制备技术的企业,成功打破国外技术垄断实现了锂电隔膜的国产化。

2022年公司锂离子电池隔膜业务占营业收入的99.5%,营收为28.67亿元。在国内隔膜市场竞争加剧下,星源材质不断加码海外市场,积极布局建设全球产能。

2023年12月,星源材质为适用于固态、半固态电池体系而研发的电解质复合膜实现量产,目前已为FREYR Battery Norway AS等客户进行供应。

(2)中材科技

中材科技是我国特种纤维复合材料领域集研发、设计、产品制造与销售、技术装备集成于一体的高新技术企业。企业2016年开始进军锂电池隔膜材料领域,在隔膜行业中专注湿法工艺,细分领域位列国内第二。2022年隔膜销售18.7亿元,净利润达4.8亿元,产能11.3亿平米。

公司坚定扩产路线,已规划滕州三期5.6亿平项目,以及萍乡、宜宾两大10亿平米及基地,未来规划完成5个10亿平米级的基地布局,预计2023年底产能超30亿平米,2025年年底将达70亿平米,同时良率、单平净利等指标随产能规模扩大、产品结构优化持续提升。

四、行业发展趋势及关注点总结

电池隔膜短期内不会被替代,且仍然有许多国内头部企业将利用成本、规模等优势,乘着新能源产业高速发展的风口,加速扩大产能,头部企业将继续进行海外布局。

长期来看,基于技术更迭及对电池本身安全要求度的不断提高,产品将会逐渐发展为半固态电池或全固态电池,电池隔膜企业也将随之升级优化自身产业链并转向半固态或全固态材料。

从企业层面来看,行业前三的龙头企业仍占有明显优势,但随着消费场景的增多、技术的优化升级及新产品的出现,其余其他重点企业或将面临行业大洗牌。拥有技术与资金的企业将更有把握从新一轮竞争中存活并占据更多市场份额,反之中小企业可能会被行业淘汰,需要及时采取措施应对行业动荡。

受全球经济格局不稳及贸易保护主义的影响,国内企业海外布局可能受阻,尽快实现国产化仍是行业发展的主要目标。

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