一、PVDF:用途多樣的高分子氟聚合物
PVDF:高分子含氟共聚物,廣泛應(yīng)用于多個下游場景
聚偏二氟乙烯(PVDF)是指偏氟乙烯(VDF)的均聚物或VDF與少量含氟乙烯基單體的共聚物,含氟量60%左右,是一種重要的半結(jié)晶 高分子材料,兼具含氟樹脂及通用樹脂的優(yōu)點。在含氟樹脂產(chǎn)品中,PVDF產(chǎn)量僅次于聚四氟乙烯(PTFE)。由于氟原子極化率更低、電 負性更強、氧化能力強且C-F鍵能較高,因此PVDF具備耐腐蝕、耐高溫、機械強度高和電擊穿強度大等多種優(yōu)良特性。
PVDF主要應(yīng)用場景為涂料、注塑、光伏背板膜、鋰電和水處理膜,近年來隨著鋰電需求端旺盛,作為正極粘結(jié)劑的
電池級PVDF市場需求 增長迅速,預(yù)計2020年需求占比已提升至20%。在鋰電領(lǐng)域,PVDF主要用作正極粘結(jié)劑和隔膜涂覆材料。
PVDF可作為粘結(jié)劑用于正極
鋰電池用粘結(jié)劑主要分為油溶性和水基粘結(jié)劑兩大類,PVDF作為油溶性粘結(jié)劑之一在鋰電領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,其將電極活性材料、導(dǎo)電劑和 電極集流體相互連接,發(fā)揮多種作用:1)分散和增稠:保證關(guān)鍵活性材料在極片表面均勻分布;2)穩(wěn)定結(jié)構(gòu):主要通過分子間作用力將 集流體和導(dǎo)電活性物質(zhì)穩(wěn)定連接,保持極片機械完整性;3)促進傳輸:可改善電極表面和電解質(zhì)界面的潤濕性,從而促進鋰離子的傳輸。
PVDF粘合劑的性能和用量對鋰電池的電化學(xué)性能有較大影響,通常高粘結(jié)性可提高電池循環(huán)壽命,而影響其粘結(jié)性的主要因素為分子量 和結(jié)晶度:1)分子量越小,粘結(jié)性越小,分子量過高則不利于活性物質(zhì)的分散,易形成凝膠;2)結(jié)晶度高使分子間作用力增強,粘結(jié)效 果更好,但高結(jié)晶性同時不利于離子運輸,電池充放電過程中極化增加,電池內(nèi)阻升高。
電池級PVDF性能較普通PVDF更高
雖然PVDF粘結(jié)劑添加量較少,但將直接影響電池的循環(huán)性能、快速充放能力與電池內(nèi)阻。與普通PVDF相比,電池級PVDF性能要求較高:1)一致性:在實際工業(yè)生產(chǎn)過程中易發(fā)生副反應(yīng)導(dǎo)致分子量分布不均,分子量過小會使 產(chǎn)品性能不穩(wěn)定,分子量過大會導(dǎo)致PVDF溶脹,性能難以完全發(fā)揮,因此鋰電PVDF對一致性要求高;2)粘結(jié)力:需要在少量添加下提 供足夠的粘結(jié)強度,才能防止活性物質(zhì)從集流體上脫落,或在電池裝配過程中劣化,所以需要較高分子量,約100-120萬;3)純度:電 池運行中的雜質(zhì)會干擾電化學(xué)反應(yīng),從而影響電池壽命;4)柔韌性:粘結(jié)劑具有較好的柔韌性是保證活性物質(zhì)在體積變化過程中不脫落 的重要條件。(報告來源:未來智庫)
PVDF早期由海外公司壟斷,目前部分領(lǐng)域已實現(xiàn)國產(chǎn)化
國內(nèi)PVDF研究進程較海外延遲,20世紀70年代開始研發(fā)PVDF樹脂,90年代中期開始中試生產(chǎn)。到2005年,國內(nèi)PVDF市場需求量約為 3000噸,但國內(nèi)生產(chǎn)僅能滿足10%需求,且主要用于涂料,PVDF市場總體進口依賴度極高。目前,國內(nèi)PVDF在涂料、注塑等主要應(yīng)用領(lǐng)域已完成國產(chǎn)化,鋰電級PVDF仍在突破中。
二、PVDF 產(chǎn)業(yè)鏈與制造工藝概覽
R142b是生產(chǎn)PVDF的主要原料
R142b用途可分為制冷劑和氟樹脂原料。1)ODS配額:作為制冷劑用途,R142b屬于ODS(消耗臭氧層物質(zhì)),生產(chǎn)和外售受到國家管控, 每年產(chǎn)量不得超過當年配額(其中內(nèi)用生產(chǎn)配額產(chǎn)品僅限中國境內(nèi)銷售),國家出于環(huán)保要求,每年ODS配額逐年下調(diào);2)外售商品量:作為PVDF等化工生產(chǎn)原料,原有142b產(chǎn)能仍可以作為PVDF生產(chǎn)原料對外銷售,但新建項目產(chǎn)能只可作為PVDF一體化配套,不可外售。R142b總生產(chǎn)配額由ODS配額+外售商品量(PVDF原料)組成,其中ODS配額也可以作為PVDF原料外售。
制備VDF技術(shù)路線多樣,國內(nèi)一般采用R142b脫HCl法
PVDF主要由VDF單體聚合而成,目前制備VDF路徑主要有以下五種:1)R142b脫HCl制VDF,其中R142b可由三種方式得到:乙炔合成 R152a后氯化得到、甲級氯仿CCl3CH3與HF反應(yīng)得到、偏氯乙烯(VDC)CCl2CH2與HF反應(yīng)得到。2)R152a脫氫制VDF;3)VDC直 接氟化合成VDF;4)R143a脫HF制備VDF;5)R132b脫氯制備VDF。國內(nèi)一般采用R142b脫HCl方法制備VDF,各公司對應(yīng)工藝和專利不 同,對于反應(yīng)溫度、催化劑和促進劑的選擇各有不同,且制備R142b的路線不同。
VDF經(jīng)聚合反應(yīng)生成PVDF
PVDF經(jīng)聚合反應(yīng)制得:1)根據(jù)原材料不同可分為共聚和均聚,均聚指僅用VDF單體反應(yīng),共聚指除VDF單體外還加入HFP、TFE等其他 單體共同聚合,共聚型PVDF較均聚型性能更好,用于高附加值下游應(yīng)用,兩者反應(yīng)路線基本一致,核心在于共聚單體的選擇和添加量;2) 根據(jù)制備工藝不同主要有懸浮聚合、乳液聚合和溶液聚合,其中懸浮和乳液聚合工業(yè)應(yīng)用較多,與懸浮聚合相比,乳液聚合具有更小的粒 徑從而使其更容易溶解在有機溶劑(NMP)之中。
共聚PVDF一般具備更好物理化學(xué)性能
相較均聚PVDF,共聚PVDF在制備過程中可通過添加除VDF以外的其他含氟單體,從而提升產(chǎn)品性能。此外,還可以通過使用不同PVDF 共混提升性能。
外資企業(yè)技術(shù)更成熟,多使用懸浮+共聚法制備PVDF
提高分子量和增加分子極性是提高正極粘接劑的粘結(jié)力的方法。1)懸浮聚合可以提高分子量,但設(shè)備要求和技術(shù)壁壘相較于乳液聚合更 高;2)共聚是增加分子極性的工藝,共聚相對均聚難度更高,在選擇合適的共聚單體以及用量上有技術(shù)壁壘,國外企業(yè)技術(shù)更成熟。
懸浮法專利主要集中于外資企業(yè)
鋰電級PVDF性能要求較高,多以懸浮聚合為主。懸浮聚合技術(shù)壁壘較高,選擇不同的懸浮劑、引發(fā)劑、反應(yīng)溫度和壓力導(dǎo)致PVDF產(chǎn)品性 能不一,外資企業(yè)在此方面具有深厚的專利積累,國內(nèi)鋰電級PVDF仍處于嘗試開發(fā)階段。
三、原材料R142b緊缺+鋰電級PVDF壁壘高,緊缺或成常態(tài)
鋰電高速發(fā)展驅(qū)動PVDF需求爆發(fā)
電動車銷量快速增加帶動鋰電池需求爆發(fā),PVDF具備優(yōu)異的耐化學(xué)性、電絕緣性,作為鋰電池正極粘接劑、隔膜材料及隔膜涂覆材料, 是鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈中不可或缺的關(guān)鍵材料之一,尤其是作為正極粘接劑短期內(nèi)并沒有替代品,市場需求保持較高增速
需求:到2025年P(guān)VDF需求量有望突破10萬噸
PVDF廣泛應(yīng)用于多個場景:1)受益鋰電下游增長,鋰電級PVDF增速較高,由于磷酸鐵鋰電池較三元電池消耗PVDF更多,鐵鋰占比提升 將進一步增加對PVDF需求;2)光伏背板用PVDF需求一方面受光伏發(fā)電占比提升影響增加,另一方面由于雙玻組件滲透率不斷提升,傳 統(tǒng)背板份額受到一定擠壓導(dǎo)致PVDF需求減少,總體看光伏用PVDF需求增速20%+;3)涂料、注塑及水處理膜下游需求較為穩(wěn)定,增速 較鋰電和光伏趨于平緩。
海外PVDF廠商瓶頸在原材料,國內(nèi)廠商鋰電級PVDF新增產(chǎn)能有限
外資廠商原料環(huán)節(jié)瓶頸突出。國內(nèi)電池級PVDF產(chǎn)能相對較少,主要集中在蘇威、阿科瑪、吳羽等海外廠商,但海外廠商缺少R142b配套產(chǎn)能,主要以采購原料為主,目前面臨原材料供應(yīng)緊張局面,難以有效釋放產(chǎn)能。
國內(nèi)PVDF企業(yè)新增產(chǎn)能受限:1)電池級PVDF技術(shù)壁壘較高,對新玩家來說,轉(zhuǎn)產(chǎn)存在技術(shù)瓶頸;2)廠商為保障非鋰電級PVDF客戶合作 與供應(yīng),即使具備know-how,轉(zhuǎn)產(chǎn)力度也較小,主要依賴新建項目擴大鋰電級產(chǎn)能;3)擴產(chǎn)周期需要約2-3年,疊加認證周期約1年左右, 產(chǎn)能釋放周期長。
原材料R142b受管制,外部配額嚴格受限
R142b產(chǎn)量受生產(chǎn)配額政策嚴格管控。R142b屬于含氫氯氟烴原料,會對臭氧層造成一定的破壞,根據(jù)《蒙特利爾協(xié)定》規(guī)定,新增產(chǎn)能 需要嚴格的審批備案,環(huán)境部每年公布制冷劑用R142b配額嚴格管控生產(chǎn),未來生產(chǎn)配額將只減不增。
短期供需缺口仍將持續(xù)擴大。因環(huán)保管制,新增R142b產(chǎn)能必須建設(shè)下游配套產(chǎn)能,PVDF擴產(chǎn)周期較長,預(yù)計最快形成有效142b供給時 間為22年Q4,22年供需缺口較21年將進一步擴大。
四、具備原料配套的一體化廠商優(yōu)勢明顯
成本占比較低,PVDF漲價影響下游成本較小
PVDF本輪漲價主要因為:1)供需錯配,下游鋰電作為正極粘結(jié)劑需求爆發(fā),但PVDF擴產(chǎn)周期較長,行業(yè)供給嚴重滯后于鋰電市場需求 增長,整體處于供不應(yīng)求的狀態(tài),預(yù)期最快形成有效供給時間將為22年底,22年供需缺口將進一步擴大,價格有望持續(xù)上漲;2)原材料 R142b因為外售配額管制導(dǎo)致市場供給量有限,對缺乏一體化布局的PVDF廠商來說,缺乏原料嚴重影響產(chǎn)能釋放;3)PVDF作為正極粘 結(jié)劑添加量較小,對電池整體成本影響相對較小,研發(fā)替代材料投入較大,下游電池廠商更愿意支付溢價,預(yù)計未來價格仍有上漲空間。
短期看已有R142b產(chǎn)能企業(yè),長期看一體化廠商
短期:具備R142b產(chǎn)能廠商將賺取高額價差。各廠商R142b可外售量由ODS配額+原有裝置生產(chǎn)量組成,由于ODS配額將逐年削減,舊裝 置生產(chǎn)量也為固定量,市場上可外售流通的R142b將逐漸減少。
長期:配套一體化R142b的PVDF企業(yè)可持續(xù)盈利。新增R142b產(chǎn)能必須配套一體化項目PVDF企業(yè)可持續(xù)盈利。目前新增的R142b產(chǎn)能 只允許建立一體化項目自用,僅用于外售的R142b新增項目將不予審批,所以新入玩家必須配套PVDF產(chǎn)能,利好具備一體化能力的廠商。
(責任編輯:Snow)