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锂电级PVDF价格猛涨,它在锂电领域为何如此受宠?
据业内人士称,锂电级PVDF的价格已经由最初的10万元/吨左右,疯涨到现在的60万元/吨以上,且经常处于缺货状态!今天我们,就来扒一扒,这款高分子材料为什么这么火?



聚偏二氟乙烯(PVDF)在含氟高分子材料家族中主要的特殊性在于:既有C-F键也有C- H键,其中C-F键提供结构稳定性,C-H键提供可溶解性,使得其易加工。
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C-F化学键是已知最强的化学键之一,因此含氟高分子材料具有优异的结构稳定性, PVDF 是性能优异的新材料。特殊的分子结构使其兼具结构稳定性和易加工性,具备优异的耐老化、耐高低温、绝缘、耐化学、耐UV性能和阻燃性。

PVDF树脂特别适合用于被溶剂溶解制成涂料、粘性胶液的形态使用,如涂料、锂电池隔膜涂层、锂电正极粘结剂(与溶剂制成粘性胶液)、光伏背板涂层。
       图片PVDF用于正极粘结剂及隔膜涂覆

锂离子电池粘结剂是一种高分子化合物,是锂离子电池电极片中的非活性成分。主要用途是连接电极活性物质、导电剂、电机集流体,使它们之间具有整体连接性,从而减小电极阻抗,并使电极片具有良好的机械性能和可加工性能。

粘结剂在锂电池中用量极少,占全成本不到1%,但作用不可替代,其性能优劣直接影响电池的各项电化学性能。
       图片锂离子电池用油溶性和水溶性粘结剂

锂电池电极粘结剂类似胶液的形态,由树脂和溶剂制成。包括水性、油性两种方案,水性方案为SBR丁苯胶乳+羧甲基纤维素钠,油性方案为PVDF树脂+NMP溶剂。目前,水性方案主要应用于负极,油性方案主要用于正极。

PVDF占锂电池正极粘结剂份额约90%,占正极质量约1.5至3.5% (其中磷酸铁锂用量更高)。


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PVDF用于锂离子电池隔膜涂层

传统锂电池隔膜主要使用PE、PP 等聚烯烃材料,涂覆隔膜是指以聚烯烃、聚酯等为基材,利用干式涂布、湿式涂布、浸涂、复合等工艺生产的隔膜。常用涂覆材料有氧化铝陶瓷、PVDF、陶瓷和胶混合涂覆、油系芳纶涂覆等。

PVDF 拥有良好的回弹性、气密性,应用于湿法隔膜涂覆层,作用在于:


  1. 聚烯烃隔膜耐化学腐蚀性不高,易于老化,影响了电池的循环使用寿命,PVDF涂层可克服此缺陷;
  2. PVDF对电解液具有良好的亲和性 (PVDF 里存在的β晶有利于电解液的亲和性);
  3. 孔径大小合适,在孔径大小和阻隔之间寻求平衡;
  4. PVDF 热传导性差, 解决了高温容易短路的问题。


       图片锂电隔膜的几种涂覆工艺

由于湿法隔膜工艺使电池具有更高能量密度,成为电池隔膜工艺的主流,其涂覆材料PVDF的需求量也不断攀升。

有技术壁垒, 锂电级PVDF短期难以大幅扩产

目前,PVDF下游需求扩张速度快,供给端壁垒高,并且下游高性能涂料、光伏、锂电材料对涨价接受度强,最近一年多来价格上涨迅猛。

需求方面, 受下游锂电、光伏需求高速扩张拉动,预计我国PVDF需求将从2020年的4.80 万吨增长至2025年的11.37万吨,其中锂电级将达到5万吨, 占届时总需求44%。供给方面,2020年我国PVDF产能约6.98万吨,产量仅3.67万吨,且其中仅少数产能可满足锂电、光伏需求,供需矛盾较为突出。

PVDF可以通过结晶度、纯度、分子量等形成差异化,因此不同厂商生产出来的品质是不一样的。并且,应用于锂电池的 PVDF对纯度、分子量等要求较高,具有更高的技术壁垒。目前PVDF的产业扩产周期约 2-3 年。

锂电级PVDF技术壁垒较高。PVDF 制作工艺分为悬浮法与乳液法,两者对于技术以及生产设备的要求都较高,其中悬浮法难度更大。锂电级 PVDF 对铝、铜、钙、锂等各类杂质含量要求较为苛刻,因此需要进行提纯,工艺壁垒较高。
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PVDF聚合方法:悬浮法和乳液法

更重要的是,PVDF的原材料R142b新增产能审批受到了严格的限制。据统计,2022年底全行业新增产能较少,而下游需求持续超预期增长,PVDF及R142b将成为下游锂电及光伏行业需求扩张中的最核心的原料瓶颈。

产业链利润集中在R142b环节,一体化厂商大幅受益

从 PVDF 产业链看, 其包括了萤石、氢氟酸、 R142b、VDF、PVDF 五个环节。其中 R142b 是核心中间原料。目前生产 R142b 的工艺路线包括了R152a 路线和VDC 路线等,生产过程中要使用氯气、氢氟酸作为原材料。
       图片
PVDF产业链

R142b作为制冷剂,从两个方面对环境产生危害
1)R142b 含有氯原子,在大气平流层中通过紫外线的作用产生光解, 产生氯离子,氯离子会和臭氧发生自由基反应,使得臭氧变成氧,加重臭氧层空洞的现象。因此 R142b 作为制冷剂用途的用量受到《蒙特利尔协定》的约束,在我国由生态环境部实施配额管制,并且其作为制冷剂的配额正在持续被削减;
2)R142b 的温室效应是二氧化碳的 1982 倍(GWP 值为 1982)。因此,其生产审批受到国家严格限制,必须同步配套下游产品上项目。

R142b 的下游除 PVDF外,还包括氟橡胶 FKM、第三代制冷剂 R143等。

R142b为PVDF的直接原材料,由于R142b对臭氧层具有破坏作用、具有较强温室效应、生产过程需要使用氯气等原因,其产能审批受到严格的限制,目前扩产周期约三年

需求方面,外资厂商苏威、阿科玛需外购 R142b,外资厂商 PVDF 聚焦于高端应用领域, 加上产品性能优异, 售价大幅高于行业平均水平, 外资厂商外购 R142b 的需求对R142b的价格产生了强势的边际拉动。

目前,R142b 报价已超过18万/吨,而2021年初仅2万/吨,上涨幅度800%以上,价格上涨幅度领先于PVDF;成本方面,R142b 的主要原材料为电石、氢氟酸,价格涨幅相对较小,这导致了目前整个产业链的核心利润集中在R142b 环节。配套R142b产能的一体化PVDF厂商将大幅受益于 R142b-PVDF 的产业链高景气。

参考资料:国盛证券,招商证券,西部证券,CNKI,各公司官网等。



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