锂电池产业链最后的高地,增速超40%的铝塑膜市场大揭秘

2017.08.03 来源:全象有数/ Unima新材网

铝塑膜是软包电池核心材料,对于电池轻量化起着关键作用。相较于钢壳、铝壳或塑料壳等包装材料,铝塑膜具有质量轻、厚度薄、外形设计灵活等优势,正在逐渐成为市场主流。2016年我国锂电池铝塑膜的需求量达到9500 万平,同比增长高达44%。

铝塑膜基本介绍

特点和优势

铝塑复合膜(简称“铝塑膜”)是由外层尼龙层(ON 层)、中间铝箔层(AL 层)、内层热封层(CPP 或PP)构成的复合材料,层与层之间通过胶黏剂进行压合粘结。相较于钢壳、铝壳或塑料壳等包装材料,铝塑膜具备质量轻、厚度薄、外形设计灵活等优势,在3C消费电子、动力电池、储能等许多领域得到了广泛应用

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铝塑膜应用场景

(来源:网络)

铝塑膜是软包装锂电池电芯封装的关键材料,单片电池组装后用铝塑膜密封形成电池。由于软包锂电池节省了系统的体积和重量,比容量相较于其他类型电池更高,且具备安全性能好、内阻小、外形设计灵活等优点,许多车企开始采用软包电池技术路线,比如畅销车型leaf和volt,2016年leaf以48777量的销售排名全球电动车销量第一。

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铝塑膜与软包电池示意图


(来源:网络)

由于电池内部有电解液的存在,要求软包材料能够抵挡有机溶剂的溶胀、溶解和吸收,同时还要求保证氧气和水分的严格阻隔。因此,铝塑膜材料的设计、制造及应用技术都和普通的复合包装材料有质的差别,其技术难度超过隔膜、正极、负极、电解液,铝塑膜也是锂离子电池材料领域技术难度较高的环节,综合毛利率可以达到40%以上。

铝塑膜能力要求

(来源:GGII)

结构

软包锂电池有两大技术方向,一是满足小型化和轻薄化需求,主要满足消费类电子产品需求,这就要求铝塑膜在保证水、氧阻隔性同时向轻薄、柔韧性发展;二是满足高密度大容量和大充放电倍率的需求,主要应用与动力电池和储能领域,要求铝塑膜具有更高机械轻度、更高阻隔性和长期使用寿命。

因此目前市场上常规铝塑膜的厚度一般分为88μm、113μm、153μm 三档,其中86μm 和113μm 两档用于消费类电子产品,153μm用于新能源车动力锂电池和工业储能领域。

铝塑膜分类

(来源:网络)

从铝塑膜的结构来看,主要分为表层尼龙层(ON层)、中间铝箱层(AL层),以及内层热封层(CPP或PP),为满足锂电池的需求,各层对材料和技术都有很高的要求。

铝塑膜结构

不同制备方法铝塑膜结构区分

(来源:网络)

表层尼龙层

作用:主要是保护中间层铝箔层不受划伤,并且在加工过程中能够连续操作而不破坏外观,以及在电池的使用过程中防止由于跌落等对电池造成的冲击震荡等来进行保护内部。

要求:对外层材料的最主要要求就是抗冲击性能好、耐穿刺性能好、耐热及绝缘性能,耐摩擦性能好。

厚度:尼龙层的优选厚度为12~40μm,

中间铝箔层

作用:铝箔层的主要作用是防止水分的侵入,金属Al在室温下会与空气中的氧反应生成氧化膜,阻止水汽渗入从而保护电芯内部。同时铝箔层在铝塑膜成型的时候还提供了冲坑的塑性。

要求:材料一般使用纯铝类或铝-铁类合金的0材(软质材)。

厚度:铝箔芯层的厚度一般30~50μm。

内层CPP 层

作用:软包电池失效的主要因素是电芯胀气和漏液,而电芯胀气的主要原因是由极耳与聚丙烯薄膜(CPP)粘合不良引起的。

要求:CPP材料必须与金属Ni、Al及极耳胶块有良好的热封粘贴性,具有耐电解液、绝缘性和耐戳穿性能,能防止电极与锂离子电池软包装材料之间的短路,同时要求与其铝箔层间的复合强度高。

厚度: CPP 层一般是20~100μm的厚度。

层间胶粘剂

要求:胶粘剂特别是层与层之间的胶层,需要有较强的耐电解液性能、耐温热老化性能和较强的粘接性能,同时胶粘剂层不能与电解液发生化学反应。

制备方法

铝塑膜的制备主要有干法和热法两种。干法制备在AL和CPP之间用接着剂粘结后,直接压合而成。而热法在AL层和CPP层之间用MPP接着,然后再缓慢升温升压的条件热合成,制作过程较长。

干法和热法工艺区别

(来源:网络)

干法应用广泛,昭和ALF产量95%为干法,主要应用于手机电池、MP3、MP4 等高能量重度的电池上。另外还大量应用在电动车、航模等大倍率、高容量动力电池上;热法只可应用在对容量要求不高的电池上。

干法和热法工艺对比

(来源:网络)

我国铝塑膜行业现状分析

市场增速迅速。2016年中国锂电池铝塑膜的需求量(不含外资企业在中国的工厂,ATL 除外)为9500万平方米,同比增长44%;市场规模为29.5亿元,同比增长39.1%

2016年软包数码电池产值占总数码产值的比例从2015年的56%上升到68%;动力软包电池开始逐步放量,预计2017年软包动力电池产值同比增长超过30%

对于数码类铝塑膜,国内有部分企业可以进行生产,因此在数码锂电池领域软包电池渗透率较高;而在动力电池领域,2017年新能源汽车政策补贴大幅退坡,终端降成本压力将进一步传导至动力电池等厂商,电池环节的压力加剧。对比软包、方形、圆柱锂电池价格,软包电池目前价格偏高,因此2016年软包电池在动力锂电池渗透率仅约9%

2016年锂电池类型占比

2016年动力锂电池类型占比

(来源:GGII)

而从长期来看,市场普遍预测软包电池的价格会下降从而带动渗透率的提升,依据主要有两点:一是由于leaf带动软包锂电池市场渗透率提升,企业开始参与研制产软包电池,比如万向A123、多氟多、亿纬锂能等;2)在动力电池原材料市场中,隔膜已经逐步完成进口替代,预计铝塑膜近两年内也会逐步进口替代,国产化铝塑膜会有会有明显的价格优势。

2014-2016国内外容量型软包电芯价格走势

2014-2016我国软包、铝壳、圆柱电芯价格走势

(来源:GGII)

铝塑膜未来市场需求预测

消费电子

在3C数码消费领域,消费电子产品对于电池的要求向着体积小、轻薄化的趋势发展。软包聚合物锂电池凭借其优异的综合性能,在智能手机、平板电脑、可穿戴设备等消费类电子产品中广泛使用,且增长速度远超过锂电池行业平均水平。

Apple 公司是聚合物锂电池最大的采购商,其 iPhone、iPad、MacBook 等移动电子产品全部是采用聚合物锂电池,占主导地位。其它企业如三星、LG、华为等,消费电子产品都已开始采用聚合物锂电池。

ipad聚合物锂电池展示

(来源:网络)

聚合物锂电池相较于液锂电池,具有能量密度高、更小型化、超薄化、轻量化,以及高安全性和低成本等多种明显优势,因此在3C消费领域得到了快速的发展。据统计,在全球范围内2009年软包聚合物锂离子电池在移动PC电池中的应用占比仅为7.6%,而2015占比达64%以上。在整个3C消费电子领域,聚合物锂电池在消费电池中的占比已经从2012年的26%上升至60%

聚合物锂离子电池与液态锂离子电池比较

(来源:网络)

虽然传统3C消费类产品增速趋缓,但是智能手机更新换代和“双电芯”提高续航能力的要求将持续提升锂电池的需求。随着可穿戴设备、无人机等新兴市场不断涌现,新的消费产品的问世将弥补智能手机、笔记本电脑增长疲软的问题。预计3C消费锂电池的需求在未来几年都能够维持9%左右的复合增长率,且软包电池的渗透率将进一步提升。

2011-2020我国3C类锂电池需求及增速

(来源:网络)

动力锂电池

根据工信部颁布的《新能源汽车产业发展规划》指出,2020年新能源汽车的保有量要达到500万辆;未来十年政府将投入1000亿元,打造新能源汽车的产业链,到2030年我国纯电动汽车产业发展进入普及期,纯电动汽车保有量将达到6859万辆。锂电池作为新能源汽车的重要组成部分,成本占比达到50%,也已经进入了黄金发展期。

2014-2017年6月我国新能源汽车销量

(来源:中汽协)

2016年全球新能源车畅销车型排名靠前依次为Leaf、Model S、绅宝 (Senova)、秦 (Qin)、唐 (Tang)、Volt、Outlander、Model X 和ZOE。其中日产leaf迄今已经在世界范围内累计销售20万台以上,由于搭载了软包叠片电池,拥有更佳的稳定性,实现了非常高的安全性和续航距离,而leaf动力系统的供货商AESC也成为世界三大动力电池的制造商。

2016年全球销量前十的新能源车型

三种电芯车企及车型

(来源:第一电动车)

目前,国内如东风、众泰、北汽新能源、比亚迪等主流电动车企开始布局软包动力电池车型,国内主要软包电池供应商有ATL、多氟多、微宏动力、中航锂电等,同时卡耐新能源、亿纬锂能、山东恒宇、苏州宇量等企业也开始大力投建软包动力电池生产线。

国内部分软电芯能量密度情况

(来源:公司公告)

随着新补贴政策的出台,电池的系统能量密度成为一项重要考核指标。三元软包电池容量较同等尺寸规格的钢壳锂电高10~15%、较铝壳电池高5~10%,而重量却比同等容量规格的钢壳电池和铝壳电池更轻,因此,补贴新政对三元软包电池更有利。

需求总预测

2016年,国内锂电总总产量为63.76GWh,其中方形、圆柱、软包锂电池产量分别占比为36.68%、19.94%、43.38%,软包电池占比超过方形和圆柱;在动力电池领域,2016年方形、圆柱、软包锂电池占比分别为68%、23%、9%。

在消费电子领域,未来几年消费类锂电池会保持在7.5%左右的增速。在动力电池领域,由于软包电池所具备的能量密度、安全性等优势,预计未来动力电池领域软包电池的渗透率将会逐步提升至30%。根据2016内的数据,软包电池总产量为2766Gwh,铝塑膜总的需求量为9500万平。因此我们假设1GWh 锂电池需要铝塑膜343万平进行测算,通过计算2017~2020年国内铝塑膜需求复合增速达到24%,合计市场空间约160亿元

2015-2020我国铝塑膜需求预测

(来源:长城证券)

我国供应商情况

日韩企业垄断市场

铝塑膜生产难度大、技术壁垒高,全球市场基本被大日本印刷(DNP)、昭和电工、凸版印刷(T&T)、韩国栗村四家企业垄断。

全球铝塑膜市场格局

(来源:网络)

随着新能源汽车快速发展带来锂电池铝塑膜需求激增,DNP和昭和电工均纷纷进行扩产,DNP的产能已经达到600万平方米/月,昭和计划在200万平方米/月的基础上扩产30%。栗村目前现有200万平方米/月的产能。

全球铝塑膜龙头企业统计

(来源:网络)

国产化率低,进口替代空间大

2016年国内铝塑膜需求量为9500万㎡,而国内铝塑膜产量为494万㎡,目前国产化率尚不足8%。虽然国内一些企业开始涉足铝塑膜行业,但目前只有少数企业可以实现量产,极少数企业的技术指标可达到日本企业的水平。

国内铝塑膜企业供给现状

(来源:公司公告)

由于铝塑膜垄断性强,导致价格居高不下,毛利率达超过50%。同时,铝塑膜成本占软包电池成本的15%-20%,而国内外铝塑膜的价格差距约在20%~30%。国内锂电池厂商迫切要求降低锂电池原材料成本,因此铝塑膜实现进口替代、国产化需求日益凸显。