干法电极是较传统湿法电极的全面升级
基本原理:传统湿法电极采用粉体材料与溶剂混合制备浆料,然后进行涂布、干燥、溶剂回收等工序制备电极。干法电极利用粘接剂的原纤化作用实现活性物质的粘连,粉体材料混合后直接制备自支撑膜,与集流体辊压后制备成电极。
【资料图】
工序差异:干法电极取消了浆料制备、涂布、干燥及溶剂回收等工序,新增了干法制膜工序,常见的制膜方法:粘接剂原纤化法法、静电喷涂法,其中以粘接剂原纤化法为主。
材料差异:粘接剂从正极的PVDF 和负极的CMC+SBR 变更为PTFE。
设备差异:取消涂布、烘干、溶剂回收设备;增加纤维化设备,主要为气流粉碎、螺杆挤出机、开炼机;制膜所需的辊压机要求提升。
性能差异:制造成本降低18%;正、负极材料压实密度分别提升32.61%(磷酸铁锂)、8.38%(三元)、11.04%(石墨),能量密度提高20%;循环性能、耐久度、阻抗等在实验室条件下均更优。
与下一代电池更适配:1)固态电池:干法电极与固态电池设计思路均为取消传统液态材料,难点均为材料均匀性及固固界面阻抗问题。干电极制造的无溶剂特性更适配固态电池,且原纤化工艺可用于提高固态电解质膜性能;2)预锂化:避免溶剂与预锂添加剂发生反应;3)4680:特斯拉收购Maxwell 掌握干电极中的粘接剂原纤化法工艺,4680 样件中已在负极使用干电极,目前正在突破正极难点。
干电极所需新型粘接剂PTFE,市场空间巨大
传统PVDF 不适配干电极。干电极制膜主流采用粘接剂原纤化法,而PVDF 无法纤维化,只能应用在非主流的静电喷涂法中。
主流纤维化法所需粘接剂PTFE 尚未成熟。PTFE 聚合分子量较大,可形成更长的原纤维,惰性强抗腐蚀,同时有良好机械性能,综合性能更优,目前适用于干电极的高端PTFE 尚未成熟。特斯拉专利显示普通PTFE 无法直接应用于干电极,必须进行改性,方法包括 1)碳包覆PTFE:改善导电性,提高稳定性,抑制电解液分解等;2)与非原纤化材料混合:降低粒径,改善均匀性,提高粘连性。
干电极PTFE 需求增速是传统粘接剂的4 倍。干电极的正负极均可采用PTFE 作为粘接剂,且质量占比从传统正极~2%(PVDF)/负极~3%(SBR+CMC)分别提升至5~8%,在干电极渗透率逐步提高的背景下,PTFE 需求有望高增。
干电极渗透率提升拉动PTFE 需求量。假设干电极渗透率在24 年达到1%,25 年达到3%,30 年达到15%,PTFE 均价5.2 万元/吨。保守测算下,2030 年干电极带来的高端PTFE 市场需求将达到21.91 万吨,2024-2030 年CAGR=94.10%;预计高端PTFE 的市场价值在2025 年达到27.83 亿元,2030 年达到161.86 亿元。
干电极提升纤维化及制膜设备需求
纤维化设备:当前有三条技术路线:气流粉碎机,螺杆挤出机,开炼机。
气流粉碎机效率最高,螺杆挤出机良率最高。
辊压机:传统湿法辊压仅为压实压密作用,最大压力不足100 吨。干法工艺对辊压要求更高,特斯拉最新采购的SACMI 2000 最大压力可达3500 吨,被认为将用于干电极正极辊压。
设备集成化:大型设备集成加料、混料、纤维化、制膜、辊压、分切、收卷等功能,降低流转时间,提高效率及一致性等,设备价值量更高。
投资建议:关注新型电池粘接剂PTFE,增量纤维化、制膜设备、辊压机等。
国内头部氟化工企业目前正布局高端PTFE 生产,有望充分受益于从0 到1 的产业红利;头部辊压机厂商产品迭代能力更强,能更快适配干法工艺对于新型辊压机的需求。建议关注:永和股份、巨化股份、纳科诺尔。
风险提示:干法工艺难点攻克速度不及预期,行业扩产过快加剧行业竞争,地缘政治、贸易摩擦阻碍海外供应链,安全事故影响企业产销,新技术落地不及预期。
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