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鋰電池專用粘結劑的主要作用有兩個:粘結和導電。鋰電池在充放電的過程中不可避免的會產生體積收縮或膨脹,一方面,粘結穩定了電極活性材料與導電劑的空間接觸。另一方面,其導電率極大地影響了電極的活性,進而對電池充放電效率、內阻降低等綜合性能起到了非決定性的拉動效應。雖然粘結劑在正負極片中用量非常少,在鋰電池成本占比中不超過3%,但是其作用卻不容小覷。目前,涉及鋰電池的材料國產化率普遍比較高,但是高端水性粘結劑的國產市場幾乎是一片空白,本文將對鋰電池專用水性粘結劑國產廠商的切膚之痛進行一一剖析。
現階段,工業化大規模生產的鋰電池專用粘結劑是聚偏氟乙烯(PVDF)油溶性粘結劑,因為聚偏氟乙烯屬于熱塑性樹脂,需要溶劑溶解才能制成油溶性粘結劑,而這些溶劑通常會選用強極性有機化合物,對人體健康損傷非常大,并且考慮成本的控制,還要進行回收處理。相比而言,水性粘結劑具有無溶劑釋放、對環境友好等優點,被認為是鋰電池專用粘結劑的發展方向。
向正極材料的技術拓展瓶頸無法攻克
常用的水性粘結劑有聚四氟乙烯乳液型PTFE、丁苯乳液型SBR、聚丙烯酸脂型PAA、羥甲基纖維素CMC等,它們可以與正極材料的磷酸鐵鋰搭配使用,部分錳酸鋰也可以,但三元材料尤其是高鎳三元,無法搭配甚至格格不入,存在難以攻克的技術難點,讓水性粘結劑在正極材料的拓展變得非常困難。
目前,歐盟已經出臺政策禁止銷售油溶性粘結劑,中國很有可能在未來幾年出臺相關政策。到時,水性粘結劑的研發力度會不斷加大,逐漸開始替代聚偏氟乙烯(PVDF)油溶性粘結劑成為了可能。預計未來拉動市場增長的關鍵因素是下游的動力電池的市場規模的不斷擴大。
市場需求量大,但幾乎被日企壟斷
根據市場調研的結果,2017年水性粘結劑的需求量大約為2000噸,其中高端水性粘結劑的價格為每公斤300~400元,低端水性粘結劑的價格為每公斤20~30元。在高端領域的國內廠商幾乎可以被稱為“消聲匿跡”。市場增量最大的動力電池市場超過70%的份額由前10家企業占據。瑞翁、雙日、JSR等日本企業壟斷著市場,攫取著國產廠商無法比擬的高額利潤。
水性比油性貴7倍,產業鏈下游囊中羞澀又無可奈何
對于位于產業鏈下游的電池廠商來說,成本當然是首要考慮的因素。如果從成本核算的角度來看,油溶性粘結劑每公斤40元上下,水性粘結劑每公斤300~400元,貴了7倍左右。技術升級換代的市場驅動力不大。
在產業鏈下游高端應用市場方面:3C和動力電池領域長期被日企占據。這些要得益于:日企對于產品質量的嚴格管控,對中國市場的較早布局,十年耕耘,采用“上海進口,日本生產”的商業模式,緊跟國內大客戶的發展戰略。
國產廠商起步晚,研發實力較弱
對標日本企業——瑞翁從1992年開始鋰電池專用材料研究,1995年開始銷售水性粘結劑,從全球范圍來看都是最早的,其客戶包括全球十大電池企業。JSR在國內合作的高端客戶超過一百家,2017年水性粘結劑出貨量接近300噸。國產水性粘結劑廠商也只能保持技術跟進,并且長期在中低端市場徘徊,也就是每公斤20~30元的水性粘結劑市場,當然還可以外延到超級電容器的市場,雖然有一定規模,但是銷售價格也無法保證國產廠商從“生存”、“發展”到“卓越”的累積和跨越。
國內基礎工業跟不上,原材料需要提純
鋰電池專用水性粘結劑原材料屬于石油化工產品的二級和三級產品,日本國標對于石化產品的處理要求很高,并且日企也嚴格遵守標準執行生產,所以它們的原材料采購后可直接用于生產,不需要二次加工提純。而在中國市場上找不到相關的高品質原材料。
一般情況下,石化行業產線的前期投入很大,回報周期較長,沒有足夠大的規模和利潤,很少有水性粘結劑企業愿意涉足上游自己做原材料提純工序。
結語
目前,鋰電池專用水性粘結劑國產廠商處于一種很尷尬的現狀,一方面,他們有強大的意愿進入高端市場和日本企業進行直接競爭,但是受制于基本國情,無法在短時間內取得立竿見影的成效。因為國內基礎工業的發展,技術瓶頸的攻克,取得市場信任和品牌建立都不能一蹴而就。另一方面,水性粘結劑在鋰電池性能和結構組成中處于非支配地位,成本占比很小,長期被忽視。久而久之,壟斷成為了一種“習慣”,無法打破。這些都是鋰電池專用水性粘結劑國產廠商的切膚之痛。
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