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      2. PVDF(聚偏氟乙烯)在各個領域的應用

        時間:2022-05-13瀏覽數:79

        PVDF行業深度:鋰電材料真霸主,小產品迎大機遇

        PVDF(聚偏氟乙烯)是含氟樹脂中用量*二大的材料,具備較高的化學穩定性和良好的機械性能,廣泛用于航空航天、新能源、環保、醫療等性能要求較為嚴苛的領域,產品附加*較高。產業鏈中,電石和螢石為初級原料,R142b 以及 VDF 單體作為中間體,VDF 單體聚合形成 PVDF 聚合物。PVDF 產品性能存在較大差異,可分為常規級產品和鋰電級產品;常規級PVDF 產品主要用于制備涂料、耐腐蝕塑料、濾膜、光伏背板膜等;鋰電級 PVDF 主要用于制備鋰電池正*油性粘結劑,用量較小,但相比常規級 PVDF 性能要求較高,市場*也較高。


        耐老化和易于加工,應用前景廣闊。PVDF 同時具有耐老化和易于加工的性能,性質上兼具高強氟樹脂的化學穩定性和通用樹脂的易加工性。此外,PVDF 還具有耐老性、壓電性、低介電損耗性、熱電性、耐溶脹性等其他特殊性能,*大的豐富了其應用場景。PVDF 在鋰電池中應用于正*粘結劑和隔膜涂敷,適配鋰電池的工作環境主要得益于其**的耐老化性、低介電損耗,以及在電極溶劑中的耐溶脹性。

        耐老化性:具備較長的循環壽命;低介電損耗:對于電極的充放電干預較少;耐溶脹性:溶解于正*漿料溶劑 NMP 且不易溶脹,電池粘結劑溶脹會導致*片的厚度增加膨脹,不利于電池的充放電循環。

        非同質化產品,終端應用廣泛。PVDF 產業鏈較長,資源端為電石和螢石,二者制備成乙炔、氫氟酸等基礎原料,再合成關鍵中間體 R142b。R142b 是單體 VDF 主流工業制備方案的原料,除用于化工生產外,也是一種氟利昂制冷劑。

        PVDF 是非同質化產品,存在牌號差異。PVDF 產品的非同質源于分子量、平均聚合度、端基、共聚時添加單體的不同等,不同型號的 PVDF 產品適配不同應用場景。根據應用領域,PVDF 可分為常規級產品和鋰電粘結劑產品,常規級 PVDF 應用于涂料、注塑、濾膜、光伏背板、隔膜涂敷等領域,鋰電粘結劑 PVDF 屬于較**的產品型號,是較常用的正*油性粘結劑。

        PVDF 生產廠商根據不同的下游應用場景,生產定制化產品。以東岳集團子公司山東華夏神舟新材料為例,其 PVDF 氟樹脂產品有多種型號,分為涂料用、膜用、鋰電池用、模塑用等等,鋰電池粘結劑 PVDF 產品價格相對較高。

        需求端:剛性具備需求,鋰電驅動發展PVDF 在 1961 年由美國 Pennwalt 公司*實現商品化,20 世紀 90 年代后在我國*應用于涂料領域。進入 21 世紀,我國基建、工業、科技飛速發展,PVDF 在建筑、化工防腐、電氣電子、水處理、新能源等領域應用范圍持續拓寬,市場規模逐漸擴大。2013-2021 年我國 PVDF 表觀消費量從 1.2 萬噸增長至 4.8 萬噸,年復合增長率高達19.0%。

        從消費結構上看,2020 年常規級 PVDF 占比逾八成,涂料、注塑、水處理膜、太陽能背板膜的消費占比分別達到 37%、21%、13%和 10%,整體需求增長平穩。

        常規級 PVDF 往往作為特種材料,滿足較高的耐候性、耐腐蝕性等要求。涂料領域:PVDF 涂料采用 PVDF 氟樹脂和耐候性*好的特殊顏料為主要成分,戶外使用達 20 年以上,寫字樓、商業建筑、機場等建筑主要選用 PVDF 涂料。注塑領域:PVDF 加工性能優異,可通過擠出成型等方法加工為薄膜、片材、管材、棒材等,具備良好的耐化學性、加工性、抗疲勞和蠕變性,常用于反應釜。光伏領域:PVDF 是優異的光伏背板氟膜材料,阻燃性好于傳統 PVF 材料,良好的耐候性使 PVDF 能長時間曝光于陽光、空氣中**化,使用壽命可達 50 年。濾膜領域:PVDF 不易吸附**物,具備良好抗污性能,相對于 PES/PS/PVC 膜等材料具有耐氧化性,耐頻繁化學清洗,機械強度高。

        鋰電粘結劑 PVDF 在全部正*粘結劑的市場滲透率高達 90%。PVDF 在正*上可以粘接活性物質、導電劑和集流體,保持活性物質制漿時的均勻性和穩定性,提供電極內所需的電子傳導,對電池的容量維持、使用壽命、穩定性等起到至關重要的作用。

        鋰電粘結劑 PVDF 在其應用領域內無成熟替代品,需求具備剛性。常規級 PVDF 在涂料、注塑領域的應用主要因為其相對傳統樹脂材料*為穩定,起到“錦上添花”的作用,存在替代品;在光伏背板氟膜領域受雙玻組件占比上升影響,存在被逐漸替代的可能性;在隔膜涂敷領域受到 PAA、PMMA 等替代材料沖擊。鋰電粘結劑 PVDF 是鋰電池的**輔材,與溶劑 NMP 經過復雜的比例調整搭配使用。粘結劑用量較小,但性能優劣直接影響電池的各項電化學性能,即使有新型粘結劑的出現,實際應用前也須通過下游漫長而嚴苛的測試。因此鋰電粘結劑 PVDF 具備較強的需求剛性。

        鋰電粘結劑 PVDF 占下游成本低,有提價潛力。以寧德時代 2020 年 3.48 億/GWh 的原料采購成本測算,PVDF 僅占其采購成本的約 1.7%(按照 PVDF 添加量50 噸/GWh,2020 年鋰電用 PVDF 價格 11 萬元/噸測算)。2021 年來,盡管 PVDF 價格飆升,但在鋰電材料整體價格大漲的背景下,其成本占比也僅上升至約 5%。假設其他材料價格保持不變,未來鋰電正*粘結劑級 PVDF 每漲價 10 萬元/噸,成本占比提升僅約 1%,其價格上漲對下游電池廠成本端影響較小,仍具備潛在提價潛力。

        鋰電高速成長賽道,拉動粘結劑產品需求高增受益新能源高速成長賽道,鋰電粘結劑 PVDF 需求進入放量期。受益于近年新能源汽車產量的*增長,動力電池需求保持*增加,預計 2025 年**新能源汽車產量可達2318 萬輛,較 2021 年增長 269.0%,2021 到 2025 年復合增長率高達 38.6%。電動車外,儲能、3C 等需求同樣增長可觀,預計 2021 到 2025 年,**鋰電總裝機量年復合增速可達 35.2%。受益于下游鋰電池裝機需求高速增長,鋰電粘結劑 PVDF 的需求將有較快增長。

        鐵鋰正*出貨占比提升,帶動 PVDF 粘結劑需求上行。正*材料結構性的變化也會帶動PVDF 需求量上行。與三元正*相比,鐵鋰正*的活性物質顆粒*小,所需 PVDF 正*粘結劑也更多,添加量為 3.5%(質量分數),較三元正*添加量 1.5%(質量分數)有明顯提升。鋰電行業的高速增長和鐵鋰正*滲透率提升的結構性變化,我國鋰電級 PVDF 需求增長十分可觀,預計將由 2021 年的 2.5 萬噸增長至 2024 年的 9.4 萬噸,2021 至2024 年復合增長率高達 55.5%。

        供給端:*寡占技術,原料供給受限2021 年我國 PVDF 產能約 7.1 萬噸/年,產業規?;鸩綍r間相比歐美較晚。2020 年及以前,我國 PVDF 行業開工率較低,主要由于市場以低端注塑級產品為主,行業供給過剩,競爭激烈,行業開工率只有不足 70%。2021 年,受益于地產竣工景氣的涂料等需求提升和鋰電池*放量,PVDF 需求大幅放量,行業開工率一度上升至 90%以上,根據百川盈孚數據,2021 年我國 PVDF 行業開工負荷高達 82%。行業集中度較高,外資企業技術良好。當前我國 PVDF 行業有 10 余家生產企業,行業集中度較高,CR4 達 60%,三家外資企業(法國阿科瑪、比利時索爾維、日本吳羽株式會社)產能占比約 37%。法國阿科瑪、東岳集團 PVDF 產能分別為 14500 噸/年、12000噸/年,規模**行業。

        粘結劑產品生產壁壘高,寡頭壟斷市場我國于 20 世紀 60 年代展開 PVDF 聚合工藝探究,當前常規級 PVDF 的生產技術已較為成熟,幾乎不存在技術壁壘,鋰電粘結劑 PVDF 生產技術要求較高,只有少數企業掌握并具備量產能力。常規以均聚為主的 PVDF 產品難以滿足鋰電池粘結劑的使用要求。具體表現為:易結晶使得電解液分子難以流通,充放電復合增大;收縮率和集流體的收縮率差異較大,活性物質易從集流體剝離;分子量不足導致粘結能力不足等。因此鋰電粘結劑 PVDF 一般選用 PVDF 均聚物改性,以解決降低結晶度、提高粘結性、適當的分子質量和對電解液的溶脹性等問題。聚合物改性的方法、共聚單體的選取、設備參數的設定等都需要復雜的研發、測試,難度較大。

        針對鋰電粘結劑 PVDF 性能要求,生產廠商提供的產品解決方案不同。聚合方式對于PVDF 的性能具有重要影響,兩種聚合方式的介質、引發劑、鏈轉移劑、分散穩定劑以及后處理方法均不同,工藝相差很大,性能各有多長。阿科瑪采取乳液聚合工藝,產品HSV900 具備較低的結晶度,吳羽采用懸浮聚合工藝,代表產品 PVDF7300 溶脹度較小、剝離強度較大。由于技術壁壘高,少數 PVDF 能夠量產通過電池廠商驗證的鋰電粘結劑 PVDF 產品,2021 年我國鋰電粘結劑 PVDF 年產能預計僅 1.9 萬噸/年。

        原料 R142b 流通受制,PVDF 投產周期較長配額政策限制關鍵原料 R142b 供給,PVDF 產能放量受限。R142b 為 PVDF 單體 VDF 的主要原料,屬于 HCFCs 型(氫氯氟烴)*二代含氟制冷劑,由于環保不達標,已不符合我國對于環保新型制冷劑要求零 ODP、低 GWP,即將被*三代制冷劑所取代。我國已**了具體的*二代制冷劑生產配額制度,總生產配額逐漸縮減。2021 年我國用于制冷劑用途的 R142b 總生產配額為 13890 噸,計劃逐年縮減后于 2030 年清零。生態環境部于 2018 年發布的《關于生產和使用消耗臭氧層物質建設項目管理有關工作的通知》中明確規定:“新建、改建、擴建生產化工原料用途的消耗臭氧層物質(包含R142b)的建設項目,生產的消耗臭氧層物質僅用于企業自身下游化工產品的*原料用途,不得對外銷售”。原有 R142b 配額逐年減少,新增產能不允許出廠上市,R142b流通環節受阻,原料限制導致部分 PVDF 生產企業開工不滿。

        原料涉及危險化學,審批難度較大。R142b-PVDF 一體化生產過程涉及多種危毒化學品,乙炔和 VDF 是易燃易爆的?;?,而 R142b 制備過程中添加的氯氣也是劇毒物質,受到嚴格管控。由于原料 R142b 受到嚴格管控,現有 PVDF 新建項目大部分為配套原料 R142b 的一體化裝置,一體化裝置生產過程中涉及較多危毒物質,審批難度大。在近年化工安全生產監管趨嚴的大背景下,項目的審批面臨較嚴重的考驗。

        PVDF 生產工藝復雜,裝置建設周期較長。僅從 R142b 制備 PVDF 就須經歷十余步驟,過程冗長,裝置較多,生產建設繁復,裝置投資規模高。鋰電粘結劑 PVDF 裝置要求*高,且需額外改性調試、后期加工、并通過下游驗證,達到使用條件耗時常**預期。東岳集團(2019 年 4 月二期項目環評)、巨化股份(2014 年 12 月項目環評)、昊華科技(2016 年 7 月項目環評)的粘結劑 PVDF 項目實際達產時間均較預期延后。鋰電需求高速增長影響,PVDF 粘結劑需求暴增,內外資企業紛紛布局擴產 PVDF 產能,在建及規劃用于鋰電池粘結劑的 PVDF 新產能預計高達 12.4 萬噸/年,但投產進度普遍較慢,多集中在 2022 年底后投產。


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