铝塑膜国产替代已成趋势,市占率加速提升
文章出处:admin 人气:发表时间:2020-11-04 14:59
预计2021-2025年铝塑膜行业需求复合增速26%,国内企业取得工艺突破,国产替代迎发展良机。
摘要
·电池轻量化关键材料,具有材料、工艺、设备三大壁垒。铝塑膜主要用于软包电池的电芯封装,是决定电池可靠性和安全性的关键材料,其在阻隔性、冷冲压成型性、化学稳定性和绝缘性等方面均有严格要求,尤其动力电池对铝塑膜的机械强度、使用寿命不断提出更高要求,整个行业技术壁垒高筑且持续提升。
·比亚迪入局加速铝塑膜需求增长,国内软包动力电池渗透率或将迅速提升。欧洲车企主打软包路线,2020年装机占比42%,而国内软包动力电池装机量不足4GWh,渗透率仅为6%。软包动力电池兼具高能量密度和高安全性两大优势,是动力电池技术发展的重要方向。2021年初,比亚迪开始在DMI车型采用“软包+硬壳”解决方案,磷酸铁锂可解决软包电池在极端情况下被穿刺起火的痛点,成为国内软包电池需求放量催化剂。据我们测算,2025年全球软包电池出货量有望达到650GWh,对应铝塑膜需求量6.38亿平米,2021-2025年复合增速26%。以22元/平米的均价计算,2025年全球铝塑膜市场规模超过140亿元。
· 材料国产化加速铝塑膜进口替代,行业拐点已至。铝塑膜是锂电材料中少有的尚未完全国产化的环节,国产化率不足25%,尤其在动力领域几乎完全由日企占领。国产铝塑膜主要受原材料限制,部分中低端和所有高端铝塑膜原材料依赖进口,原材料国产化突破后铝塑膜进口替代加速。国产铝塑膜价格比进口低10%-30%,高性价比叠加海外企业产能供应不足,下游动力电池厂资质认证较为积极,国产铝塑膜迎发展良机。
· 固态电池必然选择。①软包电池采用叠片工艺,圆柱和方形电池多采用卷绕工艺,由于无机固态电解质膜柔韧性较差,无法卷绕,只能采用软包叠片工艺;②锂离子在迁徙过程中会形成整体的涨缩,铝塑膜的延展性优于铝壳,与软包路线较为适配;③软包较轻,有利于提升电池能量密度,和发展固态电池的初衷较为契合。
· 投资建议:铝塑膜国产替代趋势已成,率先通过认证并量产的公司享受行业发展先机。重点推荐处于产能第一梯队的紫江企业(轻工行业覆盖)、新纶新材(化工覆盖)以及具备技术亮点的明冠新材,建议关注道明光学(化工覆盖)、华正新材(电子行业覆盖),以及铝塑膜原材料企业:万顺新材(轻工行业覆盖)、华峰铝业、明泰铝业、洁美科技(电子行业覆盖)。
· 风险提示:新能源汽车销量不及预期、软包电池渗透率提升不及预期、海外铝塑膜厂商大规模扩产等。
一、铝塑膜:电池轻量化关键材料
铝塑膜是软包电池重要材料,对电池轻量化起着关键作用。铝塑膜主要用于软包电池的电芯封装,其在阻隔性、冷冲压成型性、耐穿刺性、化学稳定性和绝缘性方面均有严格要求,已被广泛用于新能源汽车、消费电子、储能等电芯的生产中。由于铝塑膜材质轻于铝壳和钢壳,且软包电池采用叠片工艺使得电池结构更紧密,同等容量下软包电池较钢壳方形电池轻40%,较铝壳方形电池轻20%;同等规格尺寸,软包电池的容量较钢壳电池容量高50%,较铝壳电池高20-30%,是电池朝着轻量化、小体积发展的关键材料。
软包电池兼具高能量密度和高安全性两大优势,是动力电池技术发展的重要方向。目前锂电池主流封装工艺包括三种:圆柱形、方形和软包。三种电池的组成要素区别不大,核心差异是圆柱和方形电池采用金属材料作为外壳,软包电池采用铝塑膜作为外壳。软包电池主要优点如下:
能量密度高:根据GGII数据,当前量产的三元方形动力电池平均能量密度210-230Wh/kg,而同材料体系的三元软包电池平均能量密度240-250Wh/kg,软包单体电芯的能量密度比方形电池平均高10%-15%;
安全性能好:铝塑膜机械性能不强,如果发生电池热失控,一般会鼓气裂开,不会爆炸;而方形、圆柱电池采用硬壳包装,若热量无法及时释放,较大的内部压力可能会引起爆炸。
内阻小:软包电池采用多极耳,内阻较小,可以极大降低电池的自耗电,提升电池倍率和循环寿命。经测试,同材料体系的软包电池,100次循环衰减比铝壳少4%-7%。
设计灵活:在特定、异形、狭小空间可以容纳更多电芯,适配多种车型。
铝塑膜由多层材料复合而成,性能要求严苛。铝塑膜的最外层是外阻层,通常由尼龙或PET组成,需要具有良好的抗冲击、耐穿刺、耐热、耐摩擦及绝缘性,用于保护内部铝箔不被划伤。中间为阻透层,通常由铝箔组成,用来阻止水分、氧气侵入。最内层为热封层,通常由流延聚丙烯改性而成,主要作用是防止泄露的电解液腐蚀铝箔层。为了保证软包锂电池能够持续稳定运行,不产生鼓包、漏液等问题,铝塑膜需要具备极高的阻隔性、良好的热封性、耐电解液、耐腐蚀性以及较强的延展性、柔韧性等。
根据厚度不同,铝塑膜可分为88μm、113μm、152μm三种型号。88μm的铝塑膜主要用于手机等薄型化要求较高的电池,113μm主要用于电动工具产品。动力电池领域对铝塑膜强度和外观有更高要求,通常选用152μm厚度,该型号价格更贵,生产工艺要求更高,目前全球仅四家企业可以量产(DNP、昭和电工、新纶新材、紫江企业)。
二、新能源赛道长坡厚雪,带动电池产业链长期繁荣
2.1锂电池核心材料,行业复合增速26%
全球软包电池出货量持续走高,带动铝塑膜需求高速增长。据我们测算,2025年全球软包电池装机量有望达到650GWh,对应铝塑膜需求量6.38亿平米,2021-2025年复合增速26%。以22元/平米的均价计算,2025年全球铝塑膜市场规模超过140亿元。
2.2比亚迪入局,动力领域渗透率提升空间巨大
动力领域贡献铝塑膜需求主要增量。据SNE数据,目前软包全球装机占比约28%,主要应用于数码领域。具体来看,软包电池在动力领域渗透率15%,储能领域渗透率10%,数码领域渗透率85%。软包电池在相同重量下具有能量密度高、安全性好、使用寿命长、设计灵活的优点,未来几年有望在动力领域大放异彩,实现渗透率快速提升。预计至2025年,全球动力领域铝塑膜需求3.67亿平/年,复合增速56%。
海外市场:欧洲车企主打软包路线,装机占比快速攀升。据EVsales数据,2020年欧洲销量前20的车型中,有15种搭载软包电池,具体包括戴姆勒、日产、雷诺、大众、现代、沃尔沃等知名汽车品牌。这15种车型的总销量占欧洲新能源车总销量的47%。欧洲新能源汽车渗透率提升带动软包电池出货量快速增长,据GGII数据,2020年海外软包电池装机占比为42%,较2019年翻倍增长。
国内市场:三大痛点或将悉数解决,软包路线蓄势而发。因宁德时代和比亚迪的快速崛起,方形电池长期在国内占据主导地位。2020年,国内方形电池出货量占比80%,对比之下软包动力电池装机量不足4GWh,渗透率仅为6%。国内与海外的不同路线偏好主要是受成本、生产技术和产能供应的影响。
成本:2019年,LG软包电池的价格在1.54元/Wh左右,同期宁德时代的三元方形电池包价格约为1.14元/Wh,松下的圆柱单体电芯价格约为0.96元/Wh。在新能源车补贴退潮影响下,高能量密度带来的边际效用减少,整车厂对成本更加敏感,主打高端的软包电池在2020年短期遇冷。目前软包电池生产工艺逐步成熟,铝塑膜国产化后成本将逐步下降。
技术:软包电池由于外包装较薄,在出现极端情况时容易被刺穿,因而在电池包环节需要加入金属防护层给予更多的保护,导致成组效率不高。软包电池在封装环节也较难控制,容易发生鼓胀等问题,使得产品一致性较差。目前业内已发展出兼具高能量密度、高安全性的“软包+硬壳”解决方案。2021年初,比亚迪宣布其DMI车型开始采用软包磷酸铁锂(又称小刀片)电池,该电池采用二次密封技术,其电芯使用铝塑膜(软包)封装,刀片电池采用硬铝壳封装。这一结构创新可改善软包电池在极端情况时容易被刺穿的劣势,有望加速软包电池渗透率提升。
产能供应:海外车企的软包供应商主要有LG化学、SKI和远景AESC,国内企业主要是孚能科技、捷威、宁德时代、亿纬锂能、多氟多、万向123、微宏等。软包电池在海外的崛起也得益于LG化学快速放量,但国内软包电池厂商在前几年发展较为缓慢。
电池厂积极扩产,已对铝塑膜需求形成强力支撑。软包电池的安全和高能量密度优势更符合新能源汽车长期发展趋势,国内车企已开始加速布局。2021年,蔚来开始选用软包电池,小鹏搭载的电池也由圆柱转向软包。随着技术进步带来的降本和终端市场消费升级,国内市场或将向欧洲看齐。据GGII预测,2025年中国软包动力电池的出货量或将达到88.6GWh,年均复合增速36%。
考虑到全球主流软包电池企业均有大规模扩产计划,同时宁德时代、比亚迪和国轩高科等国内电池龙头也开始重点布局软包,预计至2025年,全球动力领域铝塑膜需求3.67亿平/年,复合增速56%。
2.3消费电子构建铝塑膜需求基本盘
手机、平板电脑等传统应用领域出货量的增加,以及TWS耳机、无人机和电子烟等新兴应用是推动3C软包电池增长的主要驱动力。2020年,全球消费类电池出货占比39.9%,其中手机和便携式电脑合计出货47.7GWh,其他数码类电池出货69.8GWh。据EVTank等发布的《中国小软包锂离子电池行业发展白皮书(2021年)》,预计至2025年,全球小软包锂离子电池出货量将达到96.0亿颗,年复合增速11.70%。随着消费电子对高续航、便携化的需求增加,下游电池厂商对电池容量、设计灵活性以及循环寿命提出了更高要求,预计软包电池在手机、便携式电脑的渗透率继续提升,对铝塑膜的需求或将在2025年达到2.4亿平,年均复合增速6%。
2.4固态电池或成大趋势,软包工艺是最佳匹配方案
据Lux Research预测,固态电池在2035年市占率有望达到25%。固态电池不含易燃易爆、易挥发等成分,可彻底消除因漏液引发的冒烟、起火,以及在充放电过程中生成锂枝晶造成的安全隐患,被称为最安全电池体系。能量密度方面,固态电池可提供的能量密度约为300-400Wh/kg,远远超出传统电池。
软包路线是固态电池必然选择:①软包电池采用叠片工艺,圆柱或方形电池采用卷绕工艺,由于无机固态电解质膜相柔韧性较差,无法卷绕,只能采用软包叠片工艺;②锂离子在迁徙过程中会形成整体的涨缩,铝塑膜的延展性优于铝壳,与软包路线天然适配;③固态电池和软包都具备高能量密度特点,两者匹配可进一步强化续航优势。
三、高行业壁垒,国产化大有可为
3.1日企垄断全球市场,国内厂商“自研+收购”逐步布局
日韩企业全球供应占比73%。铝塑膜源于日本,第一代铝塑膜产品由日本昭和电工与索尼公司在1999年合作研发生产,后续大日本印刷DNP也开始自主研发。目前日本DNP市占率50% ,全球排名第一,其次是日本昭和电工和韩国栗村化学,市占率分别为12%和11%。
国内企业合计市占率25%。新纶新材通过收购日本凸版印刷旗下的T&T进入铝塑膜行业,紫江企业、道明光学等通过自行研发实现批量供货。我国是全球最主要的动力电池消费市场,2020年全球占比44%,相比之下铝塑膜供应地位与市场消费地位难以匹配。
3.2国产化率仅25%,三大壁垒构成主要障碍
生产难度高于四大基材,具有材料、工艺、设备三大壁垒。铝塑膜性能要求极高,国产铝塑膜大多用在要求较低的3C领域,国产化率40%左右;动力领域则几乎完全由日韩企业占领,国内企业处于送样和小规模供应阶段,是锂电材料中少有的尚未完全国产化的环节。
铝塑膜工艺分为干法和热法,两种方法优势各异。干法是将热封层与铝箔层直接粘结并压合,其产品在冲深成型、外观、裁切等方面性能优异,但耐电解液和阻水性能偏弱,设备要求不高但工艺流程复杂。热法是铝箔和CPP之间用改性聚乙烯MPP进行热合成,该方法对设备要求较高。其产品在耐电解液和阻水性能较好,但高温高压的制作过程使产品的冲深性能、外观、裁切性能偏弱。
材料、工艺、设备构成国产替代主要阻碍。材料方面,铝塑膜主要原材料为尼龙、压延铝箔、CPP和胶粘剂,部分中低端铝塑膜和所有高端铝塑膜原材料都依赖进口。工艺方面,国产铝塑膜的反应条件和精度控制较差,大多数耐电解液性能和冲深不过关。国产的冲深在5mm左右,国外可以做到8mm,甚至达12mm。设备方面,铝塑膜生产设备包括铝箔涂布机、干法复合机、双面涂布机、热法复合机等,其中精密涂布所需的设备严重依赖日本进口。尤其是动力类铝塑膜设备要求更高,大多为定制化精密设备,定制周期普遍在15个月以上。动力类产品认证周期也较长,一般18-24个月。
行业壁垒持续提升。锂离子电池未来的发展方向主要表现在:①小型化、薄型化,从而满足消费类电子产品的需求;②大容量、大功率充放电,从而满足应用于动力、储能领域。前者要求铝塑膜在保证水、氧等阻隔性的同时向轻薄、柔韧性方向发展,后者要求铝塑膜具有更高机械强度、更高阻隔性及更长使用寿命。技术要求的不断提高使得行业壁垒仍在持续提升。
3.3技术研发拨云见日,国产替代拐点已至
铝塑膜核心技术大多把控在日本、韩国等海外企业手中,国内企业由于起步较晚,生产工艺受到相关专利以及经验掣肘,导致产品性能与进口存在一定差距。近年来国内企业不断研发,现已取得实质性进展。
补贴退潮,成本先行,国产铝塑膜凭借高性价比打入动力市场。新能源汽车由政策导向转换为市场导向后,电池产业链降本需求急切。国产铝塑膜价格普遍比进口低10%-30%,生产工艺突破后性价比优势凸显,新纶新材、紫江企业和明冠新材等已经陆续开始动力电池厂的供应资质认证,目前进展较为顺利。
海外企业谨慎扩产,国产铝塑膜迎发展良机。铝塑膜并非DNP、昭和等厂商的核心业务,海外普遍更偏向切换3C产能以满足动力电池的需求。海外企业主攻动力后,3C类市场出现空缺,成为国产替代突破口。同时由于动力领域增长迅猛,海外供应商切换产能后仍难以满足需求增长,在此背景下国内铝塑膜企业积极扩产,预计市占率进入快速提升期。
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