干法電極是較傳統(tǒng)濕法電極的全面升級(jí)
基本原理:傳統(tǒng)濕法電極采用粉體材料與溶劑混合制備漿料,然后進(jìn)行涂布、干燥、溶劑回收等工序制備電極。干法電極利用粘接劑的原纖化作用實(shí)現(xiàn)活性物質(zhì)的粘連,粉體材料混合后直接制備自支撐膜,與集流體輥壓后制備成電極。
【資料圖】
工序差異:干法電極取消了漿料制備、涂布、干燥及溶劑回收等工序,新增了干法制膜工序,常見(jiàn)的制膜方法:粘接劑原纖化法法、靜電噴涂法,其中以粘接劑原纖化法為主。
材料差異:粘接劑從正極的PVDF 和負(fù)極的CMC+SBR 變更為PTFE。
設(shè)備差異:取消涂布、烘干、溶劑回收設(shè)備;增加纖維化設(shè)備,主要為氣流粉碎、螺桿擠出機(jī)、開(kāi)煉機(jī);制膜所需的輥壓機(jī)要求提升。
性能差異:制造成本降低18%;正、負(fù)極材料壓實(shí)密度分別提升32.61%(磷酸鐵鋰)、8.38%(三元)、11.04%(石墨),能量密度提高20%;循環(huán)性能、耐久度、阻抗等在實(shí)驗(yàn)室條件下均更優(yōu)。
與下一代電池更適配:1)固態(tài)電池:干法電極與固態(tài)電池設(shè)計(jì)思路均為取消傳統(tǒng)液態(tài)材料,難點(diǎn)均為材料均勻性及固固界面阻抗問(wèn)題。干電極制造的無(wú)溶劑特性更適配固態(tài)電池,且原纖化工藝可用于提高固態(tài)電解質(zhì)膜性能;2)預(yù)鋰化:避免溶劑與預(yù)鋰添加劑發(fā)生反應(yīng);3)4680:特斯拉收購(gòu)Maxwell 掌握干電極中的粘接劑原纖化法工藝,4680 樣件中已在負(fù)極使用干電極,目前正在突破正極難點(diǎn)。
干電極所需新型粘接劑PTFE,市場(chǎng)空間巨大
傳統(tǒng)PVDF 不適配干電極。干電極制膜主流采用粘接劑原纖化法,而PVDF 無(wú)法纖維化,只能應(yīng)用在非主流的靜電噴涂法中。
主流纖維化法所需粘接劑PTFE 尚未成熟。PTFE 聚合分子量較大,可形成更長(zhǎng)的原纖維,惰性強(qiáng)抗腐蝕,同時(shí)有良好機(jī)械性能,綜合性能更優(yōu),目前適用于干電極的高端PTFE 尚未成熟。特斯拉專利顯示普通PTFE 無(wú)法直接應(yīng)用于干電極,必須進(jìn)行改性,方法包括 1)碳包覆PTFE:改善導(dǎo)電性,提高穩(wěn)定性,抑制電解液分解等;2)與非原纖化材料混合:降低粒徑,改善均勻性,提高粘連性。
干電極PTFE 需求增速是傳統(tǒng)粘接劑的4 倍。干電極的正負(fù)極均可采用PTFE 作為粘接劑,且質(zhì)量占比從傳統(tǒng)正極~2%(PVDF)/負(fù)極~3%(SBR+CMC)分別提升至5~8%,在干電極滲透率逐步提高的背景下,PTFE 需求有望高增。
干電極滲透率提升拉動(dòng)PTFE 需求量。假設(shè)干電極滲透率在24 年達(dá)到1%,25 年達(dá)到3%,30 年達(dá)到15%,PTFE 均價(jià)5.2 萬(wàn)元/噸。保守測(cè)算下,2030 年干電極帶來(lái)的高端PTFE 市場(chǎng)需求將達(dá)到21.91 萬(wàn)噸,2024-2030 年CAGR=94.10%;預(yù)計(jì)高端PTFE 的市場(chǎng)價(jià)值在2025 年達(dá)到27.83 億元,2030 年達(dá)到161.86 億元。
干電極提升纖維化及制膜設(shè)備需求
纖維化設(shè)備:當(dāng)前有三條技術(shù)路線:氣流粉碎機(jī),螺桿擠出機(jī),開(kāi)煉機(jī)。
氣流粉碎機(jī)效率最高,螺桿擠出機(jī)良率最高。
輥壓機(jī):傳統(tǒng)濕法輥壓僅為壓實(shí)壓密作用,最大壓力不足100 噸。干法工藝對(duì)輥壓要求更高,特斯拉最新采購(gòu)的SACMI 2000 最大壓力可達(dá)3500 噸,被認(rèn)為將用于干電極正極輥壓。
設(shè)備集成化:大型設(shè)備集成加料、混料、纖維化、制膜、輥壓、分切、收卷等功能,降低流轉(zhuǎn)時(shí)間,提高效率及一致性等,設(shè)備價(jià)值量更高。
投資建議:關(guān)注新型電池粘接劑PTFE,增量纖維化、制膜設(shè)備、輥壓機(jī)等。
國(guó)內(nèi)頭部氟化工企業(yè)目前正布局高端PTFE 生產(chǎn),有望充分受益于從0 到1 的產(chǎn)業(yè)紅利;頭部輥壓機(jī)廠商產(chǎn)品迭代能力更強(qiáng),能更快適配干法工藝對(duì)于新型輥壓機(jī)的需求。建議關(guān)注:永和股份、巨化股份、納科諾爾。
風(fēng)險(xiǎn)提示:干法工藝難點(diǎn)攻克速度不及預(yù)期,行業(yè)擴(kuò)產(chǎn)過(guò)快加劇行業(yè)競(jìng)爭(zhēng),地緣政治、貿(mào)易摩擦阻礙海外供應(yīng)鏈,安全事故影響企業(yè)產(chǎn)銷(xiāo),新技術(shù)落地不及預(yù)期。
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