更强更快更薄隔膜装备问世为动力电池注入新动能

　　2023年3月24日，青岛中科华联股份有限公司子公司山西蓝科途新材料有限公司新产品发布会在山西永济举行。更强、更宽、更薄锂电池隔膜的推出是这次活动的鲜明特色，展示了全球隔膜装备的最新成果。欲穷千里目，更上一层楼是唐代诗人王之涣登临永济鹳雀楼留下的千古名诗，此情此景也正与大诗人的所思所感交相呼应，充满历史穿越的味道。
　　新能源汽车销量高速增长已成燎原之势
　　1886年1月29日，德国工程师卡尔本茨率先获得三轮汽车专利权，这一天被人们称为汽车诞生日，这标志着世界上第一辆汽油发动机汽车诞生。这一百多年来，汽车工业蓬勃发展，而如今跨越百年的燃油车将退出历史舞台。2月14日，欧洲议会在斯特拉斯堡以340票赞成、279票反对和21票弃权，通过了2035年欧洲停售燃料发动机车辆议案，以此加快向电动汽车的转变。
　　近年来，新能源汽车行业方兴未艾，汽车电动化趋势势如破竹。在政策和产品的双重驱动下，新能源汽车销量逐年突破新高。根据中汽协数据，2020年中国新能源汽车销量136。7万辆，2021年销量352。1万辆，2022年中国新能源汽车销量达到688万辆。说明了中国市场新能源汽车行业增长已实现了从政策驱动向产品驱动的转换。放眼国际，全球新能源汽车行业发展更是如火如荼。政策驱动对于欧洲市场及美国新能源汽车渗透率提升的促进作用非常显著。
　　2022年全球新能源汽车销量合计达1082万辆，其中中国688万辆、美国100万辆、欧洲超过240万辆。与此相对应，2022年全球动力电池出货量达684GWh，而中国出货量达465GWh，占比高达68。预期未来三年，全球及中国的新能源汽车销量也会保持20以上年均复合增长，相当于三年再翻倍。新能源汽车仍是备受投资者瞩目的人气赛道，热度不减。
　　据长江证券分析认为，2023年全球新能源汽车将达到1400万辆，行业仍维持可观增速。蓬勃发展的动力电池行业为新能源汽车销量的高增长提供了不可或缺的动力保障，带动了产业链的景气高涨，而动力电池是新能源汽车产业链上的核心赛道。新能源汽车行业的迅猛发展也得益于动力电池技术的革新和进步。相比于其他类型的动力电池，锂离子电池凭借能量密度高的独特优势，成为率先实现产业化的新能源汽车动力电池。据中国电池产业研究院院长吴辉预测，2030年全球新能源汽车将超过5200万辆，全球动力电池出货量有望达到4。4TWH。
　　不仅动力电池如此，2023年同时是储能电池进入高速成长的元年。从全球和中国储能项目构成看，比较成熟的储能技术分别为抽水储能、电化学储能、熔融盐储能、压缩空气储能和飞轮储能五种。电化学储能装机量的增长最为迅猛，成为推动储能市场发展的主要力量。
　　我国截至2021年底，电力储能装机约4600万千瓦，相比于2020年增长30，占全球电力系统储能装机量的22。2021年全年新增电力储能装机约1000万千瓦，其中抽水蓄能增加约800万千瓦，新型储能装机增加约200万千瓦。在新型储能的580万装机中，锂离子电池占比最高，接近90，折合装机规模约520万千瓦。预计至2030年，我国电力装机规模将达36亿千瓦，其中风电8亿千瓦，光伏10亿千瓦，占比约50。
　　我国储能电池行业的竞争格局较为集中，头部效应较为明显，逐渐形成垄断竞争格局。储能电池行业的CR3达到了67，CR6达到了75，CR8达到了77；其中，宁德时代和比亚迪市场占比分别为59。7和16。随着我国政策对储能电池产品提出更高的要求，以及行业资金和技术密集的特点，市场份额将进一步向头部企业集中。
　　从主要材料构成看，目前锂离子电池在电化学储能方面的应用最多。2023年，钒电池、钠电池有望步入产业化初期，成为储能行业大发展赛道上冉冉升起的新星，但总体产量不会对锂电池出货构成较大威胁。
　　钒电池寿命长、规模大、安全可靠的优势尤为突出，可用于建造千瓦级到百兆瓦级储能电站，十分适合作为储能电池，尤其是在光伏、风电等新能源领域。目前钒电池市场体量较小，龙头格局未显，产业仍处于发展初期。钒电池在储能领域的渗透率将稳步提升，20222025年是钒电池渗透率提升的爆发期。
　　钠电池即将渡过产业化早期阶段，进入产业化迅猛发展时期。在制造工艺方面，钠离子电池可以实现与锂离子电池生产设备、工艺的完美兼容，产线可进行快速切换，完成产能快速布局。但不管是动力电池还是储能电池，不论是锂电池、钒电池还是钠电池，目前都离不开一样东西：隔膜。
　　湿法隔膜仍是锂电池构成的主力军
　　锂电池隔膜是锂电池四大主材之。《果壳硬科技》陈闷雷撰文指出：目前商业化锂电池隔膜主要为聚乙烯（PE）隔膜、聚丙烯（PP）隔膜以及PE和PP复合多层微孔膜。PE隔膜强度高，加工范围宽；PP隔膜孔隙率、透气率、力学性能高。
　　隔膜的成本主要包括原料成本、能源成本、人工成本及折旧摊销等。其中原料成本占比最大，约为41，主要为制作隔膜所需的主材和辅助材料，其中包括主材PE、PP和辅材石蜡油（白油）、二氯甲烷等等，合计占比近80；高占比的折旧摊销，以及电汽等能源成本。
　　隔膜在动力电池成本中的占比一般在10左右，但在20212022年中这一比例明显降低，主要是正极材料涨幅过大，影响了成本构成，2023年正极材料价格明显回落。
　　隔膜的生产艺主要分为干法与湿法两大类。
　　干法工艺的核心原材料为PP，且生产设备的国产化已经基本完成，所以成本比较低，因几乎没有热收缩现象而具有较高的安全性。但干法工艺产品的横向强度较差、微孔尺寸和分布不均匀，稳定性不高。干法隔膜适用于对成本比较敏感，但对能量密度要求不高的应用场景，比如储能市场。
　　湿法隔膜的厚度更薄，微孔均匀，孔隙率高，能够提高电池的能量密度及循环性能，更加契合当前电池的发展趋势以及电池厂的需求。湿法隔膜下游需求远大于干法薄膜，且差距仍在拉大。缺点在于湿法工艺更加复杂，原材料更加昂贵，设备投入大，因此生产成本比较高。
　　据吴辉介绍，从出货量看，当前的湿法隔膜与干法隔膜市场经历了一个此起彼伏的过程。2014年时干法占市场的70，而湿法不到30；2017年时双方各占半壁江山，而在2022年，湿法隔膜占比高达79。这种趋势主要是由于下游动力电池企业对电池性能的要求不断提高，湿法隔膜的产品优势被持续放大，隔膜企业为满足需求不断增加湿法产能，而干法尽管在定程度上受益于储能产业的扩产，但增速仍然不及湿法。但总体来说，隔膜市场仍然是典型的增量市场，无论是干法还是湿法都在增长，不存在出货量下滑的情况。
　　涂覆隔膜则是隔膜行业近年最重大的演化趋势。本质是一种改性手段，所谓涂覆，是在聚烯烃隔膜上涂覆特定材料，改变基膜性能，使其能够满足下游更加多元化的需求。通过涂覆加工处理，不仅可提升隔膜的热稳定性、改善其机械强度，防止隔膜收缩而导致的正负极大面积接触，还能提高隔膜的耐刺穿能力，防止电池长期循环工况下锂枝晶刺穿隔膜引发的短路。同时，涂覆工艺有利于增强隔膜的保液性和浸润性，从而延长电池循环寿命。概括地说，涂覆隔膜的性能要明显优于基膜，更能满足如今下游电池厂日渐增长的性能需求，且产品溢价高，是隔膜行业必然的选择。数据显示2021年，涂覆膜占隔膜出货量比例超45（含第三方涂覆）。
　　除了涂覆颗粒外，隔膜的加工过程还需要涂覆溶剂。涂覆溶剂可分为水性（去离子水、乙醇、丙三醇等）与油性（丙酮、NMP等）两种。油性涂覆用于有机涂覆颗粒，均匀性和粘附性优于水性涂覆，但成本偏高，主要受高端电池产线青睐；水性涂覆尽管性能方面有所欠缺，但性价比高，更受成本敏感的企业欢迎。涂覆溶剂和涂覆颗粒的搭配共同决定了最终薄膜产品的性能。
　　在中国电池百人会秘书长于清教看来，湿法隔膜行业格局表现为一超多强，干法格局则为三足鼎立：恩捷股份作为当之无愧的行业龙头在湿法市场占比近半，中材科技位居第二；干法市场CR3达到80，中兴新材、星源材质、惠强新材三家头部企业远超尾部企业。
　　当前的固态电池成熟度很低，仍然面临大量技术难题，距离量产与商业化还较为遥远，面临的不确定性很大，且也未必就是电池技术的最优解，以此为据强调隔膜行业的发展风险有待商榷；半固态电池近期内也不会产业化。陈闷雷指出。
　　而被认为是折中方案的半固态电池技术路线，即混用固态电解质与液态电解液的固液混合电池，与传统电池的技术差异远小于固态电池。其研发难度、成本、综合性价比方面较当前的固态电池有着较为明显的优势，商业前景更为清晰，产业化难度更低，是更为现实的升级路线。同时，半固态电池的制造工艺与流程与传统液态电池兼容性很高，且不兼容的部分也可经由改造现有产线实现，无需复杂的全方位升级。换言之，隔膜仍是半固态电池的主材之一，且恩捷股份在业绩说明会上表示，用量也与传统工艺区别不大。这意味着即使电池行业进入半固态时代，对隔膜行业的支撑也有保障。
　　隔膜紧平衡态势短期不会改变
　　隔膜是锂电池关键原材料之一，号称电池之肺。锂离子电池由正极材料、负极材料、隔膜、电解液四个主要部分组成，锂电池隔膜位于电池内部正负极之间，保证锂离子通过的同时，阻碍电子传输，是一种具有微孔结构的薄膜，是锂离子电池产业链中最具技术壁垒的关键内层组件。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。
　　在电动车成本构成中，动力系统占比最大，接近50，动力系统主要由电池、电机和电控构成，其中电池最为核心，成本占比76；在电池系统成本构成中，正极在电池中成本占比约为45，负极在电池中成本占比约为10，隔膜在电池中成本占比约为10，电解液在电池中成本占比约为10。
　　锂电隔膜行业具备高度的行业壁垒，主要体现在技术壁垒、资金壁垒、设备壁垒和客户壁垒，其中技术及设备为核心壁垒。
　　锂电池隔膜属于技术密集型行业，需要长期技术积累。锂电隔膜主要涉及高分子材料学、纳米技术、表面和界面学、机械设计与自动化控制技术、成套设备设计等多个学科领域。国内主流隔膜企业在技术研发、生产专利技术、原材料配方工艺和生产线设备搭建等多方面均有长期技术积累，掌握了双向拉伸工艺及涂覆工艺等，能保证薄膜的稳定性、一致性、安全性等多种特性达标。
　　隔膜项目需投入大量资金，设备投资占比在50以上。隔膜企业新建或更新产线时，需要投入大量资金，单平隔膜产能投资在3。6元左右，即一亿平隔膜项目投资在3。6亿元左右，其中设备投资占比较大，一般高于50。
　　锂电池干法隔膜的制造设备已经实现进口替代，而湿法隔膜的核心制造设备主要依赖进口，主流的设备厂商为日本制钢所、德国布鲁克纳、法国依索普、日本东芝，技术较为先进，隔膜产品质量较高，且单线产出较高，从而降低隔膜单平投资成本。当前隔膜企业已与主要隔膜设备厂商绑定买断。目前隔膜生产设备供应存在瓶颈，上游核心设备厂商产能有限，无法匹配全球新能源汽车大发展对隔膜需求的增量，是目前隔膜扩产中比较大的制约因素之一。因此，隔膜产线的扩张速度很大程度上取决于隔膜设备的供应情况，导致扩产周期约需23年。
　　隔膜行业客户壁垒较高，认证时间长。因为动力电池和3C产品对安全性要求较高，电池厂商对选择和更换隔膜供应商会非常慎重，通常需进行严格的产品功能、性能等技术参数和产品整体质量控制体系方面的认证工作，涵盖从样品测试、实地考察、试用、小规模采购到最终认证及批量供货等整体流程，一般情况下整体认证期大概需要12年，且认证后不易更换供应商，合作关系稳定。
　　隔膜市场集中度将不断提升。据吴辉分析，2022年全球电池隔膜出货量为164亿平方米，而中国达到133亿平方米。他预测到2030年，全球电池隔膜出货量将会超过1000亿平方米，而中国则会占到全球90左右。全球隔膜竞争格局由四个国家主导：中国、韩国、日本和美国。中国份额提升速度明显。海外方面主流隔膜企业集中于日韩，新增产能有限，无法匹配行业需求增速；国内方面，国内主流隔膜企业产能大幅扩张，同时全球化供应的步伐加速，隔膜有望成为继负极、电解液之后第三个实现全面出口的锂电中游材料。
　　隔膜供需紧平衡，隔膜企业扩产加速，在新能源车和储能带动下，隔膜需求高速增长。假设全球汽车动力电池出货量保持50的增速；小型电池（包含消费类电池、小动力类电池等）稳定发展，叠加5G带来新应用，每年增速10；储能领域随着商业模式成熟及成本下降而显著发展，每年增速80。按照1GWh锂电池对应隔膜需求1500万平方米估算，20232025年全球锂电池需求预计分别为1200、1805、2757GWh，对应隔膜需求分别为171亿平米、257亿平米、392亿平米。
　　相较于新能源电池汽车的其他环节，隔膜行业壁垒高，且几乎体现在各个方面。
　　首先，电池隔膜是非常典型的重资产行业，固定资产占比显著高于其他电池主材。以信达证券整理的6家具有代表性的电池主材上市公司为例，隔膜制造商恩捷股份和星源材质的固定资产占比约为40，远远高于其它细分领域企业。
　　隔膜行业的重资产特征来自于行业的设备投资巨大。举例来说，星源材质的高性能锂离子电池湿法隔膜及涂覆隔膜（一期、二期）项目，总投资75亿元，硬件设备投资50。61亿元，占比67；恩捷股份的年产4亿平方米锂离子电池隔膜项目（一期），总投资金额为17。5亿元，其中设备投入占比达81。
　　与其它电池材料相比，隔膜行业的投资门槛也比较高。《电池网》测算，隔膜单GWh投资额通常在5500万以上，高于三元正极，是负极材料的23倍，电解液的7倍以上。
　　隔膜的另个重要特征，就是装备严重产能不足。全球湿法装备年产量10条线以上的不足5家，全球生产线总供给量也就50多条，这与巨大的市场需求形成鲜明反差。另外隔膜的工艺流程远比其它电池主材复杂，工序不但很长，其中不少环节对精度的要求也很高，这导致隔膜行业的平均良率不佳，不同水平企业的差距很大，从60到接近90皆有。其中规模小的企业频繁切换也是直重要影响效益的因素之一。
　　对生产工艺要求高，本质上就是对生产设备的要求高。日本东芝、日本制钢所、德国布鲁克纳、我国中科华联是全球四大湿法隔膜装备制造商。《科技日报》公布的我国35项卡脖子技术中的第29项，本质上就是指隔膜装备卡脖子。
　　当前的优质设备供应商已经与头部隔膜企业深度绑定，产能早已被锁定，留给线企业的剩余产能非常有限。以恩捷股份为例，公司与主要隔膜设备供应商之的日本制钢所关系非常紧密，已锁定其未来三年设备订单，2022年获得20条产线，但仍无法满足扩产需求；星源材质与德国布鲁克纳长期合作，双方已经签订中华区独供协议，设备供给锁定至2026年。导致头部企业进步压缩了二线企业的扩产空间，间接打击了竞争对手，扩大自身领先优势。
　　躬耕电池之肺的孤勇者
　　2023年3月24日，山西永济。
　　在国内众多动力电池厂家及隔膜同行的见证下，青岛中科华联新材料股份有限公司旗下山西蓝科途新材料科技有限公司7。5m超宽超薄湿法隔膜生产线正式投入运营。对我国来说一直卡脖子的锂电池隔膜装备实现了凤凰涅槃，浴水重生。这标志着国产湿法隔膜装备经过多年跟跑、并跑之后，第一次领跑全球。中科华联坐落于青岛西海岸新区，是我国湿法隔膜装备的缔造者。蓝科途是中科华联是专业从事隔膜业务的子公司。中科华联创始人郅立鹏曾当选青岛市人大代表、泰山产业领军人才、全国万人计划。
　　郅立鹏1975年出生在山西运城永济，从中北大学毕业到了青岛马士基在外企干了6年。2004年与在澳珂玛工作的陈继朝一起创业，创办了华世洁，最早只做VOC工业有机废气处理设备。从2006年开始，他们尝试去制作超高分子量聚乙烯纤维，当时国内还没人做高分子量聚乙烯纤维的环保设备，他们抓住机会做了高分子量聚乙烯纤维的纤维的环保设备延续至今。2022年，华世洁VOC治理设备板块儿营收达到七八个亿，被工信部认定为国家级专精特新小巨人。
　　谈起创业历程，郅立鹏介绍说，2012年，国家大力支持新能源产业发展，特别是新能源汽车。锂电池是新能源汽车的核心部件，而电池使用的湿法隔膜和超高分子量聚乙烯纤维的制作工艺相通，2011年郅立鹏于是便设立了中科华联。在2012年到2013年间，中科华联就累计投入了7000多万，开发了一条隔膜演示线。这条线体主要用于向客户展示隔膜装备的制作过程和制作效果，不以卖隔膜为主要用途。2014年至2018年间，中科华联开始推广湿法隔膜装备，国内从北方的辽源鸿图、沧州明珠到南方的上海恩捷、星源材质这些厂家，都曾是中科华联或者华世洁的客户。在客户的不断反馈下，中科华联在技术上不断改进和创新，设备性能得到很大提升，实现了与国外设备同台竞技。
　　为了把装备做好，中科华联为此成立了隔膜装备研究院，对装备进行了持续改进和优化。2022年，顺利取得了电池头部企业的供应商代码，并且采购了中科华联的新产品5的超高强隔膜。坚持走特色化之路是中科华联的生命线。国内隔膜头部企业现在已投产的产线数量有80多条，而我们目前才只有4条，同时头部企业融资已经高达近百亿，而我们的融资规模也才只有十几个亿。在这样的竞争态势下，就要充分发挥我们装备与工艺的优势，开足马力生产设备以满足客户对隔膜的强劲需求，郅立鹏表示，我们最近在山西蓝科途新上的生产线的宽幅可以做到7。5米，然后我们把萃取干燥的环节也做了工艺优化，车速能做到80米分钟，隔膜厚度减少一半，这样的话我们一条生产线就能相当于现在市场上部分其他企业2条生产线的产能。这样无论是设备投资还是膜的单平米原料物料能耗，都会大幅下降。
　　不仅如此，湿法隔膜12以下的规格基本上都要下线进行二次涂覆，而中科华联开发的在线涂覆工艺，使二道工序合二为一，在线涂覆的效果更均匀、产品性能更好、速度更快、成本更低。
　　在技术储备方面，中科华联创始人杨波介绍说，湿法隔膜的原材料最常用的是PE，干法隔膜最常用的原材料是PP，二者性能各有千秋。中科华联从2020年开始研发在湿法工艺中使用PP。干法隔膜的制备原料PP优点在于它的耐温性好、工艺简单、投资少。但是干法薄膜的缺点在于它做不薄、孔隙不均匀，强度也不高。现在湿法PP隔膜最薄可以做到6，孔隙更均匀，强度仅次于聚乙烯，而远胜于干法PP。PPPEPP三层复合隔膜，公司也顺利完成小试。2022年中国的电池产能已经达到900GWH。杨波认为，根据现在的态势，到2026年，很有可能达到2。5TWH3。5TWH。另外，除了动力电池之外，钠电池也需要隔膜。
　　据报道，锂电池隔膜上市公司有5家分别是恩捷股份（002812）、星源材质（300568）、璞泰来（603659）、沧海明珠（002108）、中材科技（002080）。这5家上市公司2022年营收总计600亿元，净利润超过百亿元。出货量前三的是恩捷股份、星源材质、中材科技。
　　据《我的电池网》报道，电池厂需求强劲对隔膜厂形成了强大拉力。2023年蓝科途将在全国至少建设4个隔膜生产基地，四川遂宁基地已开工建设。中科华联副董事长陈继朝介绍说。
　　据开来资本总经理王志华分析，按照目前的扩产节奏，叠加隔膜设备厂商制约产能释放，预计全球隔膜维持至少23年的紧平衡。另一方面，全球产能不断向中国集中，中国产能向头部企业集中，国内厂商以恩捷股份、星源材质、中材科技等企业为主，国外以东丽、旭化成、宇部、Wscope、SKI、住友等企业为主，预计2023年国内隔膜厂CR3全球份额将增至70、在海外电池厂隔膜供应份额将升至50。
　　郅立鹏说，蓝科途这次投用的7。5m的生产线创新点还是很多的，它不仅能实现在线涂覆、两条双螺杆、加持干燥，而且使线体达到80米每分钟的车速，这样公司的一条线就等于部分企业的两条线，产能将直接翻番。产能的大幅提升，不光带来了大产量，同时也大幅降低了单条线体装备的生产能耗，隔膜产品的单平米能源成本、装备折旧成本。即新产线也带来了湿法电池隔膜的低成本优势。同时，新产线还引进了在线涂覆技术和多层共挤技术，大大提高了隔膜的涂覆效率、涂覆质量和产品性能。在大幅降本提效的同时，新装备产线第三大特点是仍然保证了隔膜产品超薄、超强的高性能，极大地提升了使用此隔膜锂电池的能量密度、缩短了锂电池充放电时间，做到效率和品质的双重提升。由于受成本影响，固态电池、氢电池近5年内不可能实现商业化。中科华联通过持续的技术创新和工艺改进，有望颠覆现有的行业竞争格局。于清教认为。