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鋰電池行業專題報告:麒麟電池,結構改變帶來材料機遇

(報告出品方/作者:國金證券,陳屹、楊翼滎、王明輝)

一、麒麟電池:效能大幅提升,結構改變帶來材料機遇

6 月 23 日下午,寧德時代攜第三代 CTP 技術-麒麟電池亮相,宣佈 2023 年這款麒麟電池就將量產問世。

體積利用率高達 72%。根據釋出會公告,寧德時代的麒麟電池是當今全 球最高整合度的動力電池,其體積利用率高達 72%,相比寧德時代在 2019 年收首發的第一代 CTP 技術 55%的體積利用率顯然提升不少,這 也將直接使得新能源汽的續航里程突破 1000 公里不再是問題。

換熱面積擴大四倍,解決熱失控問題。相比起傳統動力電池將水冷功能件 放臵在底部的策略,寧德時代的麒麟電池選擇水冷板放臵在電芯較大面積 的側面,這樣就臵於兩個電芯之間,導致整體電池的換熱面積擴大了四倍, 電芯控溫時間也縮短至以前的一半,在極端情況下還可以急速降溫,有效 阻隔電芯間的異常熱量傳導。能在一定程度上解決動力電池熱擴散的問題 (解決熱擴散問題本身這也是寧德時代走在前沿的一個點,2020 年 9 月, 寧德時代就已經在 811 電池產品上實現了無熱擴散技術),同時這樣能夠 預防電池包裡面單個電芯由於高溫引發的連鎖爆炸反應。寧德時代的麒麟 電池是由平臺電芯模組、可拓展電氣模組、柔性可拓展熱管理模組和柔性 可拓展箱體模組組成。

能量密度高達 255Wh/kg,比 4680 電池更高。麒麟電池創新的選擇讓多 個功能模組共用底部空間,將結構防護,高壓連線,熱失控排氣功能模組 智慧排布,進一步增加了 6%的能量空間,而且由於麒麟電池本質上是工 藝的改善,並沒有在動力電池活性物質上進行改變,所以無論是磷酸鐵鋰 材料還是三元材料都可以相容進去,寧德時代的第三代 CTP 技術在應用 於三元電池的情況下,其電池系統重量能量密度可以提升至 255Wh/kg, 體積能量密度則突破 450Wh/L;而寧德時代的第三代 CTP 技術在應用於 磷酸鐵鋰電池的情況,其電池系統重量能量密度可以提升至 160Wh/kg, 體積能量密度則突破 290Wh/L。

電池結構改變帶來材料機遇。麒麟電池透過設立彈性夾層、改變水冷板結 構、智慧利用底層空間等方式實現了電池更安全、更長續航里程、實現快 充等效能提升,電池結構的改變也伴隨著相關材料的升級與增長,我們認 為,麒麟電池在隔熱、輕量化、絕緣等方向上的升級將會給水冷板、導熱 球鋁、LIFSI、聚氨酯、氣凝膠、絕緣材料等帶來投資機遇。

二、水冷板:熱管理系統核心部件,國內市場高速增長

2.1 麒麟電池改進水冷板設計,水冷板臵於每兩個電芯之間

電池最佳工作溫度在 10-30℃範圍,電池熱管理對於提升電池安全性和效 率至關重要。電池是新能源汽車動力輸出核心,電子、控制系統和空調系 統均需要電池供電。而鋰電池最佳工作溫度在 10-30℃範圍內,工作溫度 過熱可能導致電池熱失控,環境過冷導致放電效率降低影響續航里程。電 池熱管理包括加熱和冷卻兩個部分,目前電池冷卻技術按照冷卻媒介的不 同主要分為空氣冷卻、液體冷卻和相變冷卻三類,其中液體冷卻比容大、 換熱係數高,是目前新能源汽車最主流的冷卻技術。

液冷板是電池熱管理系統水冷功能模組的核心部件。液冷板是一種透過液 冷流動實現熱交換的模組裝臵。液冷板的製造需要在金屬板材內加工形成 流道,並設臵進出口,冷卻液體從換熱模組的入口進入、出口流出以此循 環,電子器件安裝於金屬板材的表面(中間塗裝導熱介質),將電子器件發 出的熱量帶走,從而保證器件的正常工作。

寧德時代麒麟電池改進水冷板設計,橫縱梁、水冷板與隔熱墊合三為一。 麒麟電池採用的寧德時代 CTP3。0 技術對水冷板設計進行了改進,將原本 處於電芯底部的水冷板,放到了每兩個電芯之間,將橫縱梁、水冷板與隔 熱墊合三為一,整合為多功能彈性夾層,水冷板兼備隔熱、緩衝和水冷的 作用,這樣的改進主要有三點優勢:(1)降低了電芯熱傳導,單個電芯出 問題時其熱擴散降低,提升了安全性;(2)改善了快充的效率,快充的缺 點就是發熱太快,電芯之間的水冷板加強了冷卻效率,使得電池能用 4C 充電,提升快充效率;(3)水冷板具有緩衝作用,可一定程度提高電池壽 命。每兩個電芯之間使用水冷板使得單車使用量增加,單車使用水冷板的 價值量有望提升。

2.2 國內液冷板市場高速增長

國內液冷板市場近五年增速超 35%,預計 2025 年市場規模近 70 億元。 由於新能源電池液冷板製作工藝不同、面積不同,單板價格差異較大。根 據華經產業研究院預測,假設國內乘用車液冷板單車價值量為 800 元,國 內商用車液冷板單車價值量為 1200 元,我國新能源汽車用液冷板市場規 模從 2017 年的 8。59 億元增長至 2021 年的 28。92 億元,近 5 年 CAGR 為 35。44%。受益於電動化滲透率提升,新能源汽車液冷板市場規模將會逐年 增加,根據智研諮詢預測,2025 年我國液冷板市場接近 70 億元。

我國液冷板行業市場格局尚未定型,綜合性熱管理零部件及系統廠商具備 先發優勢。液冷板生產廠家一類是銀輪股份、三花智控等本身是綜合性熱 管理零部件及系統廠商,第二是納百川、科創新源子公司瑞泰克等專門從 事冷卻板生產和銷售的企業。2020 年液冷板市佔率前三名包括三花智控、 納百川和銀輪股份,其中銀輪股份市佔率超過 30%,納百川市佔率超過 25%,科創新源(瑞泰克)2020 年市佔率 1。5%,其他廠商 2020 年合計 市佔率約為 9%。憑藉熱管理技術的相通性,飛榮達等也切入冷卻板行業。

三、導熱球鋁:跟隨新能源車放量與電池結構升級,需求高速增長

3.1 導熱介面材料:新能源車引領 10 年 10 倍需求增長

導熱介面材料,Thermal Interface Materials(TIM),是用於塗敷在散熱 電子元件與發熱電子元件之間,降低兩個電子元件之間接觸熱阻所使用的 材料總稱。高導熱性的介面材料可以填滿電子元件和散熱器之間的間隙, 從而排出間隙間的空氣,提高電子元件的散熱效果。

導熱介面材料由基體和填料組成。基體主要有矽油、礦物油、矽橡膠、環 氧樹脂、聚丙烯酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚醯亞胺等; 導熱填料分兩類,一類為導熱絕緣填料,主要為金屬氧化物、碳化物及氮 化物,如 Al2O3、MgO、ZnO、SiO2、BeO、BN、AIN、Si3N4、SiC 和 金剛石粉等;另一類為導熱導電性填料,以金屬粉末為主,如 Ag、Ni、石 墨等。導熱填料新增到基體中,可提高體系的熱導率,並對基體補強,提 高其力學效能。

導熱填料以球形氧化鋁為主。導熱介面材料常用的填料有氧化鋁、氮化硼、 碳化矽、氧化鎂、氫氧化鋁或其混合物,其中氧化鋁由於其熱導率高、價 格便宜、阻燃效能優異等特性,是應用最多的導熱填料,而球形填料有助 於發揮導熱填料的熱傳導功能,目前市場上較多采用球形氧化鋁方案。

當前需求以消費電子和通訊裝置為主,電子整合度提升、高頻訊號引入等 因素推動行業增長。導熱介面材料包括導熱墊片、導熱矽脂、導熱灌封膠及導熱凝膠等,終端應用於手機、電腦等電子通訊裝置的 CPU 散熱、電腦 顯示卡、伺服器等電子通訊裝置的晶片散熱、新能源汽車電池元件散熱、電 源充電器元器件散熱、LED 燈散熱以及戶外電源、變壓器等場所散熱、防 水、防潮產品的灌封等領域。根據頭豹研究院的資料,2018 年導熱介面材 料的需求結構中,消費電子佔 48%,通訊裝置 38%,新能源汽車 6。2%。 根據 Preference Research,2021 全球熱介面材料市場價值 23 億美元, 預計到 2030 年將達到 52。5 億美元,預計 2022 年至 2030 年期間複合年增 長率將達到 9。6%。未來隨著 5G 通訊裝置、高階智慧手機等電子產品功能 日趨複雜且小型化發展趨勢,導熱介面材料在電子領域仍將保持較快增長。

導熱介面材料應用於新能源汽車:未來需求 10 年 10 倍。為了保證新能源 電動汽車的核心部件“三電”(電池組、電控系統、驅動電機)及充電樁的 安全效能與使用壽命,需要用到導熱介面材料讓熱量及時有效的釋放出去。 未來 10 年,電動汽車市場不僅將繼續快速增長,並且在這一趨勢下,電動 汽車電池將朝著更高的能量密度、更快的充電速度、更長的使用壽命和更 高的防火安全方向發展,所有這些都需要有效的熱管理和熱介面材料來提 供支援。IDTechEx 預計,未來 10 年新能源車將逐漸主導導熱介面材料的 需求,與 2020 年相比,2031 年電動汽車行業所需的導熱介面材料量將增 加 10 倍。(報告來源:未來智庫)

3.2 導熱球鋁:新能源車放量與電池結構升級帶動需求高速增長

球形氧化鋁的主要需求是導熱介面材料,21 年全球市場規模 1。7 億美元。 球形氧化鋁粉是以火焰法將不規則角形顆粒的特定原料加工成球形而獲得 的一種比表面積小、流動性好的氧化鋁粉體材料。根據聯瑞新材的公告, 球形氧化鋁的應用行業主要有:1)導熱介面材料如導熱墊片、導熱矽脂、 導熱灌封膠及導熱凝膠等;2)導熱工程塑膠;3)導熱鋁基覆銅板;4)高導熱塑封料;5)特種陶瓷領域等。根據 QYResearch 的資料,2018 年 球形氧化鋁在熱介面材料領域應用需求較高,佔比達到 48%,其次是導熱 工程材料,佔比為 17%,高導熱鋁基覆銅板佔比約為 14%。 根據 QYResearch 的統計及預測,2021 年全球球形氧化鋁市場銷售額達到了 1。7 億美元,預計 2028 年將達到 4。2 億美元,年複合增長率為 13。9%。

新能源車行業高β驅動導熱用球形氧化鋁高速增長,麒麟電池或至球形氧 化鋁單車用量提升。球形氧化鋁作為導熱用介面材料的填充料,應用於動 力電池 BMS 電池管理系統及同類型新能源儲能電池模組防護、導熱及粘 接固定等多元場景需求;應用於動力電池 PACK 的熱管理系統中,起到導 熱、灌封、防潮、防腐蝕、防震的作用;應用於電驅及車載充電機系統逆 變器,滿足功率器件對導熱和防護的需求。當下麒麟電池全球首創的電芯 大面冷卻技術,基於電芯的變化,將水冷功能臵於電芯之間,使換熱面積 擴大四倍,或導致球形氧化鋁單車用量提升。根據壹石通的公告,預估每 輛新能源汽車大約需要使用不低於 10 公斤的導熱用球形氧化鋁,單價假設 為 3 萬元/噸,我們保守估計每輛純電動車使用 5 公斤,2025 年提升至 7 公斤/輛,同時假設導熱用球形氧化鋁在純電動汽車中的滲透率是 40%,則 2021 年,全球銷售 460 萬臺純電動汽車對應的球形氧化鋁需求為 0。9 萬噸, 假設 2025 年純電動車銷量增長至 1486 萬臺,則對應全球球形氧化鋁需求 量為 4。2 萬噸,4 年複合增速 45%。

全球生產企業較少,國內產能快速釋放。2019 年全球球形氧化鋁產量約為 2 萬噸左右,其中中國球形氧化鋁產量為 1。2 萬噸,在導熱用球形氧化鋁方 面,國內廠商已成為主要供應方,佔全球供應比例達到 52。5%。目前全球球形氧化鋁主要生產企業有新日鐵住金株式會社、Denka、Showa Denko、 CMP、聯瑞新材、雅安百圖、壹石通等,其中聯瑞新材當前名義產能 1。6 萬噸(含 21 年四季度試生產產能),雅安百圖 2019 年產能在 3000 噸,壹 石通當前產能相對較低,但在建 9800 噸導熱用球形氧化鋁產能。

四、LIFSI:新型鋰鹽效能優異,技術不斷成熟助力其推廣使用

電解液鋰鹽是電解液的重要組成部分,鋰鹽應該具有以下效能:易溶於有 機溶劑,具有良好的電導率,具有良好的熱穩定效能,電化學穩定性好, 對隔膜、集流體等電池配件無腐蝕性,分解產物具有環境友好性。

目前 LiPF6 的熱穩定性差,加熱至 60℃就能分解出 PF5 和 LiF。並且 LiPF6 與生成的 PF5 可以與電解液中的微量水反應,反應生成 HF 等腐蝕 性氣體,會影響電池的迴圈壽命和安全性。LiFSI 因其良好結構穩定性和電 化學效能等優異效能,在學術界和產業界都受到了研究者的廣泛青睞,也 成為了產業化程序最快的新型鋰鹽。和 LiPF6 相比,LiFSI具有以下優點: 1)LiFSI 的陰離子半徑更大,更易於解離出鋰離子,進而提高鋰離子電池 的電導率;2)當溫度大於 200℃時,LiFSI 仍然能夠穩定存在,不發生分 解,熱穩定性好,進而提高鋰離子電池的安全效能;3)以 LiFSI 為電解質 的電解液,與正負極材料之間保持著良好的相容性,可以顯著提高鋰離子 電池的高低溫效能。

目前 LiFSI 作為電解液鋰鹽有兩種應用方式:1)可用作常用電解質 LiPF6 的新增劑;2)作為新型電解質替代 LiPF6。目前 LiFSI 主要作為 LiPF6 的 新增劑使用,其新增量從 1%-18%不等,有國外龍頭電解液廠商已經研發 了 LiFSI 新增量為 18%的電解液,其效能可以滿足高階領域需求。有研究 團隊將 LiFSI 溶解在碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯/碳酸二乙酯(質量比為 1∶1∶ 1)有機溶劑中,對比研究了該電解液體系在鋰離子電池中的電化學效能。 實驗結果顯示:與普通電解液相比,新增有 LiFSI 的電解液具有更高的電導率和鋰離子遷移數,最優濃度為 1。2mol/L(質量佔比約 13%),此時電解 液具有最大的電導率。同時,將該電解液應用於鋰離子電池中,電池也顯 示出更好的迴圈效能和倍率效能。

總體來說,LiFSI 的電導率和熱穩定性較六氟磷酸鋰效能更優,價格方面, 六氟磷酸鋰的價格呈現週期性變化,LiFSI 的價格隨著技術工藝的成熟而逐 步下降,目前 LiFSI 以新增劑的形式為主,隨著價格的逐步下降,我們認 為 LiFSI 在高鎳趨勢下有望加速其應用。預計 2025 年 LIFSI 需求有望達到 6。6-9。3 萬噸。

目前主流工藝均用到氯化亞碸,當前工藝 1 噸的 LiFSI 消耗 2。5 噸氯化亞 碸,預計隨著 LiFSI 工藝不斷成熟,我們認為 25 年左右 1 噸 LiFSI 對於氯 化亞碸的單耗有望降低到 1。7 左右(根據環評報告,理論值為 1。5),我們 預計 25 年 LiFSI對於氯化亞碸潛需求將達到 11。2-15。8 萬噸。

雙氟磺醯亞胺鋰的合成工藝一般需要三個步驟: (1)雙(氯磺醯)亞胺的合成:將氨基磺酸、氯化亞碸及氯磺酸臵於 “一鍋”中反應並減壓蒸餾得到(ClSO2)NH(雙氯磺醯亞胺),該反應生成 的 HCl 及 SO2 能很容易地從反應體系中除去,促進了反應進行,因而產率 很高,達 99%;使用的原料毒性都較小,腐蝕性遠低於氟磺酸,故為工業 化生產的主流方法。 (2)雙(氯磺醯)亞胺和氟化物在催化劑存在的條件下反應獲得雙氟磺 醯亞胺,一般選用料成本較低、且市場容量大的氟化氫作為氟化物,藉助 SbCl5、TiCl4、SnCl4 等催化劑提升轉化率,生成的產物為雙氟磺醯亞胺 和氯化氫,氯化氫易於揮發,進而提高雙氟磺醯亞胺產品的純度。 (3)雙(氟磺醯)亞胺和含鋰化合物如氫氧化鋰,碳酸鋰,氟化鋰進一 步反應制備雙氟磺醯亞胺鋰。

五、聚氨酯:動力電池催生高階聚氨酯新材料需求增長

聚氨酯材料除應用於汽車內飾以外,還大量應用在動力電池的製造上。由 於鋰離子電池的電化學儲能裝臵的需求不斷增長,對於大型應用例如電網 儲存和電動交通工具,經常使用串並聯陣列連線的多個單元,讓單體構成 電池組,而安全性是大型單元持續存在的問題。如充放電過程中單元容易 因熱脹冷縮而發生形變、車輛執行過程中因震動而造成的相互擠壓、單個 電池的熱失控狀態引起相鄰電池單元的熱失控傳播問題等。因此在動力電 池元件中使用的電池襯墊或緩衝墊必須具備足夠硬度以保持部件固定到位; 必須擁有高壓縮復原特性以應對電池使用過程中的尺寸變化;必須擁有較 好的保溫效能來減少元件之間的熱傳導率,而聚氨酯材料獨特的軟硬段嵌 段共聚的結構賦予了其優秀機械效能,以及非常寬的硬度可調節範圍,其 在鋰離子電池惡劣的使用工況下依舊可以提供可靠的緩衝、隔振和密封性 能,是其他彈性體產品無法替代的。

親質、堅硬、導熱高效的聚氨酯電池外殼正在逐漸受到青睞。透過拉擠成 型工藝將聚氨酯材料和玻璃纖維或碳纖維可製成模組化、輕質且堅固的電 池外殼,為電池組減重同時可封裝更多鋰離子電池單元;在電池外殼中, 填入基於聚氨酯改性的粘合劑和縫隙填料,改善從電芯到冷卻裝置的熱傳 遞,提高電池的導熱性,帶來更高效能表現。

動力電池 CTP、4680 等工藝創新提升能量密度,同時對安全性要求提升。 為了實現更長距離的續航,提升電池能量密度是動力電池廠家的核心追求 之一。除了電池材料上的創新,CTP(Cell to Pack)、CTC(Cell to Chassis)、4680 電池等工藝創新,也將提升電池包的能量密度。但提升電 池能量密度的同時,也提升了電池散熱、隔熱、緩衝、保溫等效能的需求,催生了新材料在動力電池領域的應用。從寧德時代釋出的專利看,動力電 池對聚氨酯等新材料的應用需求提升。

海外材料公司研發電池用新型材料,滿足電池安全性需求。

以科思創為例,科思創是拜耳集團的子公司,其高科技聚合物材料廣泛應 用於諸多關鍵行業,包括汽車、電氣和電子、建築、運動休閒等,2020 年 實現收入 859 億元。為解決碰撞時電池安全問題,採用成熟的拉擠成型工 藝,採用耐用聚氨酯樹脂和玻璃纖維或碳纖維製作複合框架零件,生產出 堅固輕質的電池外殼。

以羅傑斯為例,公司 PORON 聚氨酯和 BISCO 矽膠防振襯墊是得到汽車 行業認可的解決方案,可以用作減振和隔振材料,能夠可靠地提供持續的 反彈力,讓單體電池成組,同時起到防塵防水密封作用,避免因振動造成 損壞。

麒麟電池對於新材料使用存在巨大邊際帶動。聚氨酯材料的使用已經在傳 統鋰電池中得到驗證,隨著電池容量的進一步擴大,廠商對於輕量化、緩 衝性、導熱性新材料的需求將更加旺盛。

公司研發並量產多款動力電池新材料產品。公司 2021 年中報披露,公司 成功研製出多種新能源車配套聚氨酯產品,部分產品已透過客戶要求的產 品測試,開始小批次生產並試銷。

六、氣凝膠:隔熱材料領域佼佼者,有望迎來大規模應用

6.1 隔熱效能優勢顯著,生產技術壁壘較高

氣凝膠是一種用氣體代替凝膠中的液體而本質上不改變凝膠本身的網路結 構或體積的特殊凝膠,國際純化學與應用化學聯合會將氣凝膠定義為“以氣體為分散相的微孔固體凝膠”。因其半透明的色彩和超輕重量,有時也被 稱為“固態煙”或“凍住的煙”。

內部結構獨樹一臶,隔熱效能尤為突出。氣凝膠材料具有低密度、比表面 積大、孔隙率高等特點,具有耐高溫、低熱導率、低折射率和低聲傳播速 度等特殊的熱、光、電、聲效能。依賴於自身獨特的結構,氣凝膠透過無 對流效應、無窮遮擋效應以及無窮長疏鬆路徑效應具備了遠超矽酸鋁、玻 璃棉等傳統隔熱材料的隔熱效能。因而在具有極高的隔熱要求,且需要輕 度較低,穩定性較好的應用領域,氣凝膠是極佳的應用材料。

材料體系多樣化發展,下游應用領域廣泛。按照材料的不同可將氣凝膠分 為無機氣凝膠、有機氣凝膠、混合氣凝膠以及複合氣凝膠四大類,根據各 自具備的性質對應下游航空航天、工業裝置、石油化工、建築管道等應用 領域。其中無機氣凝膠的 SiO2 氣凝膠作為一種防火隔熱效能非常優秀的輕 質奈米多孔非晶固體材料,是目前生產技術及商業化應用最為成熟的產品 具有低密度、低導熱係數、高孔隙率、高比表面積等優異效能,在管道保 溫隔熱、隔熱塗料、節能玻璃、管道防腐、吸附催化等領域具有廣泛的應 用前景。

溶液-凝膠法成為主流工藝,乾燥環節是關鍵步驟。SiO2 氣凝膠通常採用溶 膠-凝膠法進行製備:首先選擇合適的矽源和催化劑,並讓矽源在催化劑條 件下進行水解,水解產物中攜帶的羥基基團進行縮合反應後形成溶膠,溶 膠粒子以鏈狀結構組成粒子團簇,在容器中形成溼凝膠,最後透過乾燥工 藝將溼凝膠中的水分或溶劑除去,即可製得幹凝膠,也稱為氣凝膠。製備 過程中矽源的型別、催化劑的效能、以及乾燥工藝的選擇,都是影響 SiO2 氣凝膠結構與效能的重要因素。

矽源的選擇:矽源大體上可以分為單一矽源、複合矽源、功能性矽源 三大類,而單一矽源按照材料種類又可細分為無機矽源(矽酸鈉)與 有機矽源(正矽酸甲酯(TMOS)、正矽酸乙酯(TEOS))兩種。以正 矽酸甲酯和正矽酸乙酯為代表的有機矽源雖然成本相對較高,但是具 有工藝適應性好、產品純度高等顯著優勢,是目前規模化生產二氧化 矽凝膠的主流選擇。

乾燥工藝:乾燥工藝是 SiO2 氣凝膠由溼凝膠向幹凝膠轉變的關鍵步驟。 乾燥工藝要求在除去溼凝膠網路結構中填充的溶劑的同時,還要保持 其網路結構不被破壞,目前工業化生產中主要使用超臨界乾燥技術和 常壓乾燥技術。一般情況下,超臨界乾燥技術往往選擇有機矽作為矽 源進行生產,裝置投資與能耗均高於常壓乾燥技術,但是產品純度相 對較高。(報告來源:未來智庫)

6.2 傳統隔熱中高階領域持續滲透,新能源、建築領域有望形成快速增長點

氣凝膠的優勢較為突出,在高階工程、裝置建造等領域應用相對廣泛。一 方面由於氣凝膠的產品效能優越且密度較低,因而在多數保溫、隔熱應用 領域裡具有非常好的適用性,但氣凝膠的生產壁壘相對較高,裝置投入相對較大,工藝把握相對較難,因而氣凝膠的成本也相對較高,因而主要在 工程、裝置對於應用場景、使用效果等領域要求較高的場景中使用。

現階段氣凝膠的下游需求主要來自於油氣領域。2021 年,石油化工佔氣凝 膠總需求的 56%,其次是工業隔熱佔比約為 18%,其餘需求領域佔比均在 10%以下。氣凝膠在石油化工領域主要應用於能源基礎設施包含蒸餾塔、 反應管道、儲罐、泵、閥門、天然氣和 LNG 液化氣管道等裝置的保溫材料。 在高溫蒸汽、導熱油以及工藝流體介質管線是熱電、煉油、化工等領域至 關重要的裝置當中,氣凝膠管道能夠很好的減少管道暴露所帶來的熱損失。 根據 IDTechEX 預測,到 2026 年國內石油化工領域的需求佔比仍高達 47%,未來石油化工領域仍將是氣凝膠下游需求的主戰場。

2020 年,國內氣凝膠製品和氣凝膠材料產量分別為 12。6 萬噸與 10 萬立方 米,分別同比增長 28。05%與 27。88%,均呈現出快速上升趨勢。伴隨氣凝 膠的供給企業不斷增多,工藝不斷完善,氣凝膠有望在現有保溫隔熱需求 領域實現中高階應用的滲透,從而持續帶動市場需求的提升和擴充套件。

建築領域是拉動氣凝膠需求的主力軍。在碳中和的戰略背景下,建築保溫 隔熱材料也向節能、環保以及高效等方向發展。當前市場上主要的建築保 溫材料,如岩棉、玻棉等無機纖維棉,存在纖維結構疏鬆,易吸溼等問題, 使用週期中保溫效能會大幅下降。聚苯乙烯和聚氨酯泡沫等有機保溫材料 存在火災風險。二氧化矽氣凝膠輕質、導熱低、壽命長且疏水效能好,可 以滿足建築領域的保溫隔熱防火隔音防水等需求。目前,二氧化矽氣凝膠 的應用形式主要有氣凝膠節能玻璃、氣凝膠塗料、氣凝膠氈墊、氣凝膠板 材、氣凝膠混凝土和砂漿以及屋頂太陽能集熱器等。2015-2020 年,國內 建築外牆保溫材料市場規模接近 1500 億元,年均複合增長率約為 16。4%, 二氧化矽氣凝膠的替代空間巨大。

氣凝膠作為鋰電池隔熱材料極具潛力。現階段新能源汽車主要以鋰離子電 池作為動力電池,而極端條件下熱失控是新能源汽車動力電池的重大安全 隱患。氣凝膠隔熱材料在新能源汽車領域主要應用於動力電池電芯之間的 隔熱阻燃以及模組與殼體之間的隔熱防震、電池箱的外部防寒層和高溫隔 熱層,從而更好地實現電池的溫控和電控管理,大幅降低電池發生熱失控 的可能性。與傳統的 IXPE 隔熱泡棉相比,氣凝膠隔熱片在使用溫度、導 熱係數、阻燃效能等多方面核心指標具有明顯優勢。

電池安全性要求帶動隔熱材料需求持續提升。伴隨電池包對於安全效能要 求的進一步提升,氣凝膠作為更高階的隔熱材料可以大幅提升電池的安全 效能,因而在電池應用中不斷滲透,其中三元電池的壓實密度更高,續航 里程更長,對於安全性的要求使得相關電池包生產過程中逐步選用更為高 端的氣凝膠材料,滲透率不斷提升,而其他的磷酸鐵鋰動力電池以及儲能 電池領域也有逐步切入,一方面伴隨下游的電池出貨量的不斷提升,作為 PACK 隔熱材料的氣凝膠應用將隨之提升,同時伴隨成本的管控和滲透率 的提升,氣凝膠的應用佔比也將進一步增大,預期新能源電池也將帶動氣 凝膠需求的快速放量,成為除建築領域的另一大潛力市場。

七、絕緣材料:需求穩步向上,新領域帶來新增長

絕緣材料是在允許電壓下不導電的材料,我國市場規模穩步增長。絕緣材 料的電阻率很高,通常在 1010-1022Ω〃m 的範圍內,在直流電壓作用下 不導電或導電極微。絕緣材料的主要作用是在電氣裝置中將不同電位的帶 電導體隔離開來,使電流能按一定的路徑流通,還可起機械支撐和固定, 以及滅弧、散熱、儲能、防潮、防黴或改善電場的電位分佈和保護導體的作用。我國是最大的電氣絕緣材料市場,2020 年的市場份額高達佔 45%, 近幾年我國絕緣材料行業的市場規模持續擴大,2018 年市場規模約為 250 億元,目前已經逐漸增長至接近 300 億元的規模。

下游應用領域持續拓寬,新領域有望快速增長。從產業鏈角度來看,上游 原料包含有機化合物、高分子聚合物和無機物等,目前下游除了可以用於 與傳統的電力工業外,還可以用於汽車、新能源和 5G 通訊板塊,在碳中 和背景下需求有望持續提升。

絕緣材料對保障電工產品長期安全可靠執行具備重要意義。為了防止絕緣 材料的絕緣效能損壞造成事故,必須使絕緣材料符合國家標準規定的效能 指標。而絕緣材料的效能指標很多,各種絕緣材料的特性也各有不同,常 用絕緣材料的主要效能指標有擊穿強度、耐熱性、絕緣電阻和機械強度等。

氣體絕緣材料:能使有電位差的電極間保持絕緣的氣體。氣體絕緣遭破壞 後有自恢復能力,具備電容率穩定、介質損耗極小、不燃、不爆、化學穩 定性好、不老化、價格便宜等優點。常用的氣體絕緣材料可分為天然氣體 絕緣材料(空氣、氮、氫、二氧化碳等)、合成氣體絕緣材料(六氟化硫 等)。

液體絕緣材料:又稱絕緣油,是用以隔絕不同電位導電體的液體。主要取 代氣體,填充固體材料內部或極間的空隙,以提高其介電效能,並改進設 備的散熱能力。液體絕緣材料可分為礦物絕緣油、合成絕緣油和植物油 3 大類。工程上使用最多的仍然是礦物油。

固體絕緣材料:除了需要隔絕不同電位導電體一般還要求兼具支撐作用。 固體絕緣材料種類較多,主要可以分成無機(耐高溫、不易老化但加工性 能較差)和有機(柔韌、易加工但易老化且耐熱效能較差)兩大類。 無機 固體絕緣材料主要包括雲母、電瓷、玻璃和其他製品等;有機固體絕緣材 料分為天然有機材料(天然橡膠、絲綢、棉布等)和合成有機材料(絕緣 漆、塑膠和合成橡膠等)。

麒麟電池散熱面積增大,對應電接觸面積增大後對絕緣漆的需求或將同步 提升。絕緣漆由基料、阻燃劑、固化劑、顏填料、和溶劑等組成。按照使 用範圍絕緣漆可以分為浸漬漆、漆包線漆、覆蓋漆、矽鋼片漆、防電暈漆 等五類,根據產品的特性可應用在各種不同的領域,其中漆包線漆的細分 品類較為豐富,應用也相對廣泛。麒麟電池結構的變化導致散熱面積擴大, 未來對絕緣漆的需求也有望提升。

東材科技為絕緣材料龍頭,產品盈利能力穩步向上。絕緣材料是公司的傳 統業務,產銷量規模在 7 萬噸左右,目前絕緣材料收入佔公司業務 50%以 上。公司業務以新型絕緣材料為基礎,重點發展光學膜材料、電子材料、 環保阻燃材料等系列產品,廣泛應用於發電裝置、特高壓輸變電、智慧電 網、新能源汽車、軌道交通、消費電子、平板顯示、電工電器、5G 通訊等 領域。隨著公司絕緣材料在新領域應用的拓寬和產品的最佳化升級,毛利率 也顯著提升,從 2018 年的 15。5%提升至 2021 年的 24。8%。

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精選報告來源:【未來智庫】。