2024年PAA行业研究报告:新型水性粘结剂,市场空间广阔

  • 来源:东吴证券
  • 发布时间:2024/11/12
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PAA行业研究报告:新型水性粘结剂,市场空间广阔。新型水性粘结剂,1)适配硅基材料:PAA材料能与硅形成类似固体电解质界面(SEI)的包覆层,维持电极稳定,显著改善硅基负极的循环性能及减轻膨胀影响。2)环保优势:使用水作为溶剂,相较于传统粘结剂PVDF(需要有毒溶剂NMP),具有更好的环保性,减少了对环境的污染风险。3)成本优势:PAA生产成本及价格更低,在正极和隔膜涂覆中配合PVDF使用,及在负极材料中替代SBR具有成本优势。适用多种材料:硅基负极是PAA主流应用领域,可更好控制体积膨胀;石墨负极可替代部分SBR,铁锂/锰铁锂正极中作为电极活性物质内部binder、配合PVDF边涂、配合铝箔...

PART1 PAA:新型水性粘结剂,下游应用广泛

PAA:新型锂电池水性粘结剂

PAA为一种新型锂电池水性粘结剂:全称聚丙烯酸(Polyacrylic Acid),是一种新型锂电池负极粘结剂, 常用于改善电极结构的稳定性。作为一种优于传统粘结剂(如PVDF、 CMC+SBR )的材料,由于其独特 的粘结特性和与硅基材料的良好兼容性,PAA正在逐渐替代传统的负极粘结剂(CMC+SBR),特别是在 高比容量锂电池应用中,具有巨大的市场潜力。PAA的化学式[C3H4O2 ]n,其中含有大量的羧基(-COOH) 基团,这使其在电极材料中能形成强力的粘结效果。

与传统粘结剂对比:更环保,适配硅基材料

锂电池粘结剂主要分为油性和水性两大类: 1)油性粘结剂:典型代表是PVDF, PVDF是目前最广泛应用的锂电池粘结剂,2020年在国内市场的占比 达到54%。然而,PVDF作为油性粘结剂,其溶剂对环境有害,且含氟,容易与嵌锂石墨发生副反应,影响 电池性能。 2)水性粘结剂:包括CMC+SBR和PAA等。水性粘结剂CMC+SBR环保性好,但黏附力相对有限,尤其在 高比容量硅基负极中难以有效应对膨胀问题。 新型粘结剂PAA因其独特的性能迎来了发展机遇。PAA的侧链含有较多官能团,能与负极活性物质表面形 成氢键,提供较强的黏附力;同时,PAA还能与硅形成类似固体电解质界面(SEI)的包覆层,显著改善硅 基负极的循环性能,减轻膨胀影响。

PAA:具备水溶性、高粘结力、化学稳定性、循环性能优

水溶性与环保性:PAA是一种水性粘结剂,使用水作为溶剂,相较于传统粘结剂PVDF(需要有毒溶剂 NMP),具有更好的环保性,减少了对环境的污染风险,且生产成本更低。 适配硅基材料:PAA在锂电池负极中表现出高粘结强度和良好的柔韧性,尤其适合硅基负极。硅基负极材 料在充放电过程中会产生高达300-400%的体积膨胀,PAA能够有效缓冲这种膨胀,维持电极的稳定性,从 而提升循环寿命和容量保持率。 机械与热稳定性:PAA具有优异的粘结强度,能够在充放电循环中保持活性物质与集流体之间的紧密连接 ,有效抵抗电极内部的膨胀应力。此外,PAA的体积热膨胀系数低,能够在高温条件下保持较为稳定的性 能,降低因膨胀引起的电池结构破坏。 循环性能:PAA在硅基负极中有更好的循环性能;ACC/PAA作为硅基负极黏结剂时,由于其高交联网络和机 械韧性,能够承受硅基负极剧烈的体积膨胀,在100次循环后仍可保持75%的容量且电极表面依旧平整。

下游应用:负极为主,下游应用广泛

负极:1)传统石墨负极:PAA型粘结剂可替代部分SBR,减少SBR用量。2)硅基负极:对于膨胀率较高的 硅基体系电池,PAA型粘结剂因其更高的机械强度,能够更好地控制硅基材料的体积膨胀,减少活性材料 脱落,提升电池循环性能。 正极材料: PAA粘结剂主要应用于磷酸铁锂和锰酸锂体系。由于三元材料具有一定的弱碱性,因此通常不 使用PAA型粘结剂。 1)电极活性物质内部binder,2)边涂:配合PVDF使用;3)集流体:通过在铝箔 上涂覆1-2μm的浆料(包括炭黑和PAA粘结剂等),再进行涂炭,能够有效降低内阻。  涂覆隔膜:PAA型粘结剂主要配合主流涂覆材料使用,“小粒径PAA粘结剂”:可与PVDF、分散剂和陶瓷 粉体混合后制成浆料,再进行涂覆; “大粒径PMMA粘结剂” :要求粒径约为5μm,采用核壳结构,能 够在3MPa、100℃热压60秒条件下保持球形并维持较强的粘结力,目前该类产品仍处于开发阶段。

生产工艺:关键在于精确控制聚合反应和后续处理

生产工艺:PAA生产流程关键在于精确控制聚合反应和后续处理。原料准备影响最终产品的纯度;聚合反 应中的温度和引发剂量决定分子量和粘度;纯化与浓缩确保产品纯净;配制与调节调控性能满足应用需求 ;干燥与后处理影响运输和储存方式;质量检测确保产品符合标准。每一步精确控制都会影响PAA的粘结 强度、化学稳定性和适应性。

PART2 市场空间广阔,需求长期复合增速30%+

市场空间:短期增速高,长期市场空间广阔

硅基负极:按2.5%添加量并逐步提升计算,预计24-26年需求0.8/1.2/1.6万吨,复合增速超40%,远期 2030年需求达4万吨粉体。石墨负极:考虑对SBR替代逐步渗透,预计2030年需求达2.6万吨粉体。铁锂正 极:预计2030年需求达1.2万吨粉体。 预计PAA粉体需求2030年达7.8万吨,对应50万吨+浆料,长期复合增速30%+。

PART3 国产化率高,多家厂商布局

国产化率高,茵地乐、回天新材规划较大

根据高工锂电数据,2022年PAA国产化率达95%,主要原因为国内茵地乐等企业PAA粘结剂产能已达万吨 级水平,而瑞翁等国外企业产能处于千吨级水平,且PAA技术壁垒较SBR低,国内企业较容易进入。

PAA主流公司:茵地乐

国内PAA龙头厂商,多年深耕:1998年,茵地乐研发部门前身(中科院成都有机化学研究所聚合物固态电解质项目 组)针对粘合剂产品开发了“一体化”PAA类粘合剂,是行业首家主营PAA类锂电水性粘结剂的企业,公司主要产 品包括锂电池负极粘结剂、正极边涂粘结剂及隔膜粘结剂,广泛应用于动力电池、储能电池、3C消费电池、涂覆隔 膜及涂碳铝箔等领域。其主要子公司荣获四川省市级企业技术中心、工程技术研究中心及四川省专精特新企业。多 年来,标的公司坚持与中科院成都有机化学公司、南京大学等知名大学和科研院所进行产学研和联合实验室科技合 作,拥有多名锂电粘结剂材料领域的资深教授专家组成的强大技术研发团队,承担了多项国家863计划科技项目和 省市级成果转化项目。标的公司已获得100余项国际国内发明专利和实用新型专利,同时获得多项权威资质认证, 为标的公司持续致力于锂电池新材料的创新开发和工业化应用提供了强大的竞争力和优势保障。

产能规划领先,负极龙头参股:茵地乐公司拥有四川眉山和新津两大生产基地,。2023年底已具备年产60000吨级 多系列锂电池专用粘结剂生产规模,PAA产品已成功导入众多主流客户。面向高速发展的锂电粘结剂市场,茵地乐 已实施了在彭山工厂二期20万吨的产能建设项目,为海内外客户市场需求的增长做好了准备。璞泰来参股茵地乐, 布局PAA粘结剂,持股26%,有望与负极业务形成协同效应,茵地乐与璞泰来联合开发的水性粘结剂在粘力、用量 等方面竞争优势显著,有效提升璞泰来在隔膜涂覆和负极领域产品竞争力。

PAA主流公司:回天新材

回天新材是一家专业从事胶粘剂和新材料研发、生产和销售的高新技术企业集团,在鄂、沪、粤、苏四地 分别建有产业基地和研发中心。回天新材以胶粘剂等新材料的研发、生产作为主营业务,主要聚焦于汽车 胶、电子胶、光伏胶与包装胶四大赛道。 2023年,汽车胶业绩表现亮眼,营收7.24亿元,同比增长28.03%。其中,锂电池负极胶营收约2.14亿元, 增幅约47%。这主要得益于动力电池异军突起,公司长线稳定地为头部客户提供批量新品,例如,为锂电 企业提供结构胶,为动力电池龙头企业等批量提供锂电负极胶PAA等。 具体来看,锂电池负极胶分为水性丁苯乳液SBR和水性丙烯酸溶液PAA两个技术路线。2023年6月,规划 年产1.5万吨锂电负极胶PAA的湖北宜城工厂已经投产,目前处于满负荷的运作状态。 公司第一代、第二代水性丙烯酸类负极胶产品(PAA)和第一代丁苯乳液负极胶(SBR)产品已经通过多 家标杆客户验证,实现稳定量产供货。第三代 PAA 和第二代 SBR 产品开发完成,处于客户导入阶段。

PAA主流公司:蓝海黑石

蓝海黑石(BO&BS)是国内领先的化工新材料、新技术开发及产业化平台。 自2007年成立至今,蓝海黑石已成功开发及产业化的化工新材料有新能源材料(锂离子电池正极水性化专 用PAA粘结剂、硅基负极与石墨负极专用水性PAA胶粘剂、高性能隔膜涂覆专用水性粘结材料PAA、水性 碳纳米管CNT导电浆料)、纸基新材料(美纹纸胶带专用水性离型材料)、高铁新材料。

报告节选:


(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

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