麒麟電池：效能大幅提升，結(jié)構(gòu)改變帶來材料機遇
6月23日下午，寧德時代攜第三代CTP技術(shù)-麒麟電池亮相，宣布2023年這款麒麟電池就將量產(chǎn)問世。
體積利用率高達(dá)72%。根據(jù)發(fā)布會公告，寧德時代的麒麟電池是當(dāng)今全球最高集成度的動力電池，其體積利用率高達(dá)72%，相比寧德時代在2019年收首發(fā)的第一代CTP技術(shù)55%的體積利用率顯然提升不少，這也將直接使得新能源汽的續(xù)航里程突破1000公里不再是問題。
換熱面積擴(kuò)大四倍，解決熱失控問題。相比起傳統(tǒng)動力電池將水冷功能件放臵在底部的策略，寧德時代的麒麟電池選擇水冷板放臵在電芯較大面積的側(cè)面，這樣就臵于兩個電芯之間，導(dǎo)致整體電池的換熱面積擴(kuò)大了四倍，電芯控溫時間也縮短至以前的一半，在極端情況下還可以急速降溫，有效阻隔電芯間的異常熱量傳導(dǎo)。能在一定程度上解決動力電池?zé)釘U(kuò)散的問題(解決熱擴(kuò)散問題本身這也是寧德時代走在前沿的一個點，2020年9月，寧德時代就已經(jīng)在811電池產(chǎn)品上實現(xiàn)了無熱擴(kuò)散技術(shù)），同時這樣能夠預(yù)防電池包里面單個電芯由于高溫引發(fā)的連鎖爆炸反應(yīng)。寧德時代的麒麟電池是由平臺電芯模塊、可拓展電氣模塊、柔性可拓展熱管理模塊和柔性可拓展箱體模塊組成。
能量密度高達(dá)255Wh/kg，比4680電池更高。麒麟電池創(chuàng)新的選擇讓多個功能模塊共用底部空間，將結(jié)構(gòu)防護(hù)，高壓連接，熱失控排氣功能模塊智能排布，進(jìn)一步增加了6%的能量空間，而且由于麒麟電池本質(zhì)上是工藝的改善，并沒有在動力電池活性物質(zhì)上進(jìn)行改變，所以無論是磷酸鐵鋰材料還是三元材料都可以兼容進(jìn)去，寧德時代的第三代CTP技術(shù)在應(yīng)用于三元電池的情況下，其電池系統(tǒng)重量能量密度可以提升至255Wh/kg，體積能量密度則突破450Wh/L；而寧德時代的第三代CTP技術(shù)在應(yīng)用于磷酸鐵鋰電池的情況，其電池系統(tǒng)重量能量密度可以提升至160Wh/kg，體積能量密度則突破290Wh/L。
電池結(jié)構(gòu)改變帶來材料機遇。麒麟電池通過設(shè)立彈性夾層、改變水冷板結(jié)構(gòu)、智能利用底層空間等方式實現(xiàn)了電池更安全、更長續(xù)航里程、實現(xiàn)快充等性能提升，電池結(jié)構(gòu)的改變也伴隨著相關(guān)材料的升級與增長，我們認(rèn)為，麒麟電池在隔熱、輕量化、絕緣等方向上的升級將會給水冷板、導(dǎo)熱球鋁、LIFSI、聚氨酯、氣凝膠、絕緣材料等帶來投資機遇。
水冷板：熱管理系統(tǒng)核心部件，國內(nèi)市場高速增長
麒麟電池改進(jìn)水冷板設(shè)計，水冷板臵于每兩個電芯之間
電池最佳工作溫度在10-30℃范圍，電池?zé)峁芾韺τ谔嵘姵匕踩院托手陵P(guān)重要。電池是新能源汽車動力輸出核心，電子、控制系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)均需要電池供電。而鋰電池最佳工作溫度在10-30℃范圍內(nèi)，工作溫度過熱可能導(dǎo)致電池?zé)崾Э?，環(huán)境過冷導(dǎo)致放電效率降低影響續(xù)航里程。電池?zé)峁芾戆訜岷屠鋮s兩個部分，目前電池冷卻技術(shù)按照冷卻媒介的不同主要分為空氣冷卻、液體冷卻和相變冷卻三類，其中液體冷卻比容大、換熱系數(shù)高，是目前新能源汽車最主流的冷卻技術(shù)。
液冷板是電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)水冷功能模塊的核心部件。液冷板是一種通過液冷流動實現(xiàn)熱交換的模組裝臵。液冷板的制造需要在金屬板材內(nèi)加工形成流道，并設(shè)臵進(jìn)出口，冷卻液體從換熱模組的入口進(jìn)入、出口流出以此循環(huán)，電子器件安裝于金屬板材的表面（中間涂裝導(dǎo)熱介質(zhì)），將電子器件發(fā)出的熱量帶走，從而保證器件的正常工作。
寧德時代麒麟電池改進(jìn)水冷板設(shè)計，橫縱梁、水冷板與隔熱墊合三為一。麒麟電池采用的寧德時代CTP3.0技術(shù)對水冷板設(shè)計進(jìn)行了改進(jìn)，將原本處于電芯底部的水冷板，放到了每兩個電芯之間，將橫縱梁、水冷板與隔熱墊合三為一，集成為多功能彈性夾層，水冷板兼?zhèn)涓魺?、緩沖和水冷的作用，這樣的改進(jìn)主要有三點優(yōu)勢：
- 降低了電芯熱傳導(dǎo)，單個電芯出問題時其熱擴(kuò)散降低，提升了安全性；
- 改善了快充的效率，快充的缺點就是發(fā)熱太快，電芯之間的水冷板加強了冷卻效率，使得電池能用4C充電，提升快充效率；
- 水冷板具有緩沖作用，可一定程度提高電池壽命。每兩個電芯之間使用水冷板使得單車使用量增加，單車使用水冷板的價值量有望提升。
國內(nèi)液冷板市場高速增長
國內(nèi)液冷板市場近五年增速超35%，預(yù)計2025年市場規(guī)模近70億元。由于新能源電池液冷板制作工藝不同、面積不同，單板價格差異較大。根據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測，假設(shè)國內(nèi)乘用車液冷板單車價值量為800元，國內(nèi)商用車液冷板單車價值量為1200元，我國新能源汽車用液冷板市場規(guī)模從2017年的8.59億元增長至2021年的28.92億元，近5年CAGR為35.44%。受益于電動化滲透率提升，新能源汽車液冷板市場規(guī)模將會逐年增加，根據(jù)智研咨詢預(yù)測，2025年我國液冷板市場接近70億元。
我國液冷板行業(yè)市場格局尚未定型，綜合性熱管理零部件及系統(tǒng)廠商具備先發(fā)優(yōu)勢。液冷板生產(chǎn)廠家一類是銀輪股份、三花智控等本身是綜合性熱管理零部件及系統(tǒng)廠商，第二是納百川、科創(chuàng)新源子公司瑞泰克等專門從事冷卻板生產(chǎn)和銷售的企業(yè)。2020年液冷板市占率前三名包括三花智控、納百川和銀輪股份，其中銀輪股份市占率超過30%，納百川市占率超過25%，科創(chuàng)新源（瑞泰克）2020年市占率1.5%，其他廠商2020年合計市占率約為9%。憑借熱管理技術(shù)的相通性，飛榮達(dá)等也切入冷卻板行業(yè)。
導(dǎo)熱球鋁：跟隨新能源車放量與電池結(jié)構(gòu)升級，需求高速增長
導(dǎo)熱界面材料：新能源車引領(lǐng) 10 年 10 倍需求增長
導(dǎo)熱界面材料，Thermal Interface Materials（TIM），是用于涂敷在散熱電子元件與發(fā)熱電子元件之間，降低兩個電子元件之間接觸熱阻所使用的材料總稱。高導(dǎo)熱性的界面材料可以填滿電子元件和散熱器之間的間隙，從而排出間隙間的空氣，提高電子元件的散熱效果。
導(dǎo)熱界面材料由基體和填料組成。基體主要有硅油、礦物油、硅橡膠、環(huán)氧樹脂、聚丙烯酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚酰亞胺等；導(dǎo)熱填料分兩類，一類為導(dǎo)熱絕緣填料，主要為金屬氧化物、碳化物及氮化物，如Al2O3、MgO、ZnO、SiO2、BeO、BN、AIN、Si3N4、SiC和金剛石粉等；另一類為導(dǎo)熱導(dǎo)電性填料，以金屬粉末為主，如Ag、Ni、石墨等。導(dǎo)熱填料添加到基體中，可提高體系的熱導(dǎo)率，并對基體補強，提高其力學(xué)性能。
導(dǎo)熱填料以球形氧化鋁為主。導(dǎo)熱界面材料常用的填料有氧化鋁、氮化硼、碳化硅、氧化鎂、氫氧化鋁或其混合物，其中氧化鋁由于其熱導(dǎo)率高、價格便宜、阻燃性能優(yōu)異等特性，是應(yīng)用最多的導(dǎo)熱填料，而球形填料有助于發(fā)揮導(dǎo)熱填料的熱傳導(dǎo)功能，目前市場上較多采用球形氧化鋁方案。
當(dāng)前需求以消費電子和通信設(shè)備為主，電子集成度提升、高頻信號引入等因素推動行業(yè)增長。導(dǎo)熱界面材料包括導(dǎo)熱墊片、導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱灌封膠及導(dǎo)熱凝膠等，終端應(yīng)用于手機、電腦等電子通訊設(shè)備的CPU散熱、電腦顯卡、服務(wù)器等電子通訊設(shè)備的芯片散熱、新能源汽車電池組件散熱、電源充電器元器件散熱、LED燈散熱以及戶外電源、變壓器等場所散熱、防水、防潮產(chǎn)品的灌封等領(lǐng)域。根據(jù)頭豹研究院的數(shù)據(jù)，2018年導(dǎo)熱界面材料的需求結(jié)構(gòu)中，消費電子占48%，通信設(shè)備38%，新能源汽車6.2%。根據(jù)PreferenceResearch，2021全球熱界面材料市場價值23億美元，預(yù)計到2030年將達(dá)到52.5億美元，預(yù)計2022年至2030年期間復(fù)合年增長率將達(dá)到9.6%。未來隨著5G通信設(shè)備、高端智能手機等電子產(chǎn)品功能日趨復(fù)雜且小型化發(fā)展趨勢，導(dǎo)熱界面材料在電子領(lǐng)域仍將保持較快增長。
導(dǎo)熱界面材料應(yīng)用于新能源汽車：未來需求10年10倍。為了保證新能源電動汽車的核心部件“三電”（電池組、電控系統(tǒng)、驅(qū)動電機）及充電樁的安全性能與使用壽命，需要用到導(dǎo)熱界面材料讓熱量及時有效的釋放出去。未來10年，電動汽車市場不僅將繼續(xù)快速增長，并且在這一趨勢下，電動汽車電池將朝著更高的能量密度、更快的充電速度、更長的使用壽命和更高的防火安全方向發(fā)展，所有這些都需要有效的熱管理和熱界面材料來提供支持。IDTechEx預(yù)計，未來10年新能源車將逐漸主導(dǎo)導(dǎo)熱界面材料的需求，與2020年相比，2031年電動汽車行業(yè)所需的導(dǎo)熱界面材料量將增加10倍。
導(dǎo)熱球鋁：新能源車放量與電池結(jié)構(gòu)升級帶動需求高速增長
球形氧化鋁的主要需求是導(dǎo)熱界面材料，21年全球市場規(guī)模1.7億美元。球形氧化鋁粉是以火焰法將不規(guī)則角形顆粒的特定原料加工成球形而獲得的一種比表面積小、流動性好的氧化鋁粉體材料。根據(jù)聯(lián)瑞新材的公告，球形氧化鋁的應(yīng)用行業(yè)主要有：
- 導(dǎo)熱界面材料如導(dǎo)熱墊片、導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱灌封膠及導(dǎo)熱凝膠等；
- 導(dǎo)熱工程塑料；
- 導(dǎo)熱鋁基覆銅板；
- 高導(dǎo)熱塑封料；
- 特種陶瓷領(lǐng)域等。
根據(jù)QYResearch的數(shù)據(jù)，2018年球形氧化鋁在熱界面材料領(lǐng)域應(yīng)用需求較高，占比達(dá)到48%，其次是導(dǎo)熱工程材料，占比為17%，高導(dǎo)熱鋁基覆銅板占比約為14%。根據(jù)QYResearch的統(tǒng)計及預(yù)測，2021年全球球形氧化鋁市場銷售額達(dá)到了1.7億美元，預(yù)計2028年將達(dá)到4.2億美元，年復(fù)合增長率為13.9%。
新能源車行業(yè)高β驅(qū)動導(dǎo)熱用球形氧化鋁高速增長，麒麟電池或至球形氧化鋁單車用量提升。球形氧化鋁作為導(dǎo)熱用界面材料的填充料，應(yīng)用于動力電池BMS電池管理系統(tǒng)及同類型新能源儲能電池模塊防護(hù)、導(dǎo)熱及粘接固定等多元場景需求；應(yīng)用于動力電池PACK的熱管理系統(tǒng)中，起到導(dǎo)熱、灌封、防潮、防腐蝕、防震的作用；應(yīng)用于電驅(qū)及車載充電機系統(tǒng)逆變器，滿足功率器件對導(dǎo)熱和防護(hù)的需求。當(dāng)下麒麟電池全球首創(chuàng)的電芯大面冷卻技術(shù)，基于電芯的變化，將水冷功能臵于電芯之間，使換熱面積擴(kuò)大四倍，或?qū)е虑蛐窝趸X單車用量提升。根據(jù)壹石通的公告，預(yù)估每輛新能源汽車大約需要使用不低于10公斤的導(dǎo)熱用球形氧化鋁，單價假設(shè)為3萬元/噸，我們保守估計每輛純電動車使用5公斤，2025年提升至7公斤/輛，同時假設(shè)導(dǎo)熱用球形氧化鋁在純電動汽車中的滲透率是40%，則2021年，全球銷售460萬臺純電動汽車對應(yīng)的球形氧化鋁需求為0.9萬噸，假設(shè)2025年純電動車銷量增長至1486萬臺，則對應(yīng)全球球形氧化鋁需求量為4.2萬噸，4年復(fù)合增速45%。
全球生產(chǎn)企業(yè)較少，國內(nèi)產(chǎn)能快速釋放。2019年全球球形氧化鋁產(chǎn)量約為2萬噸左右，其中中國球形氧化鋁產(chǎn)量為1.2萬噸，在導(dǎo)熱用球形氧化鋁方面，國內(nèi)廠商已成為主要供應(yīng)方，占全球供應(yīng)比例達(dá)到52.5%。目前全球球形氧化鋁主要生產(chǎn)企業(yè)有新日鐵住金株式會社、Denka、ShowaDenko、CMP、聯(lián)瑞新材、雅安百圖、壹石通等，其中聯(lián)瑞新材當(dāng)前名義產(chǎn)能1.6萬噸（含21年四季度試生產(chǎn)產(chǎn)能），雅安百圖2019年產(chǎn)能在3000噸，壹石通當(dāng)前產(chǎn)能相對較低，但在建9800噸導(dǎo)熱用球形氧化鋁產(chǎn)能。
LIFSI：新型鋰鹽性能優(yōu)異，技術(shù)不斷成熟助力其推廣使用
電解液鋰鹽是電解液的重要組成部分，鋰鹽應(yīng)該具有以下性能：易溶于有機溶劑，具有良好的電導(dǎo)率，具有良好的熱穩(wěn)定性能，電化學(xué)穩(wěn)定性好，對隔膜、集流體等電池配件無腐蝕性，分解產(chǎn)物具有環(huán)境友好性。
目前LiPF6的熱穩(wěn)定性差，加熱至60℃就能分解出PF5和LiF。并且LiPF6與生成的PF5可以與電解液中的微量水反應(yīng)，反應(yīng)生成HF等腐蝕性氣體，會影響電池的循環(huán)壽命和安全性。LiFSI因其良好結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電化學(xué)性能等優(yōu)異性能，在學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界都受到了研究者的廣泛青睞，也成為了產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程最快的新型鋰鹽。和LiPF6相比，LiFSI具有以下優(yōu)點：
- LiFSI的陰離子半徑更大，更易于解離出鋰離子，進(jìn)而提高鋰離子電池的電導(dǎo)率；
- 當(dāng)溫度大于200℃時，LiFSI仍然能夠穩(wěn)定存在，不發(fā)生分解，熱穩(wěn)定性好，進(jìn)而提高鋰離子電池的安全性能；
- 以LiFSI為電解質(zhì)的電解液，與正負(fù)極材料之間保持著良好的相容性，可以顯著提高鋰離子電池的高低溫性能。
目前LiFSI作為電解液鋰鹽有兩種應(yīng)用方式：
- 可用作常用電解質(zhì)LiPF6的添加劑；
- 作為新型電解質(zhì)替代LiPF6。
目前LiFSI主要作為LiPF6的添加劑使用，其添加量從1%-18%不等，有國外龍頭電解液廠商已經(jīng)研發(fā)了LiFSI添加量為18%的電解液，其性能可以滿足高端領(lǐng)域需求。有研究團(tuán)隊將LiFSI溶解在碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯/碳酸二乙酯（質(zhì)量比為1∶1∶1）有機溶劑中，對比研究了該電解液體系在鋰離子電池中的電化學(xué)性能。實驗結(jié)果顯示：與普通電解液相比，添加有LiFSI的電解液具有更高的電導(dǎo)率和鋰離子遷移數(shù)，最優(yōu)濃度為1.2mol/L(質(zhì)量占比約13%)，此時電解液具有最大的電導(dǎo)率。同時，將該電解液應(yīng)用于鋰離子電池中，電池也顯示出更好的循環(huán)性能和倍率性能。
總體來說，LiFSI的電導(dǎo)率和熱穩(wěn)定性較六氟磷酸鋰性能更優(yōu)，價格方面，六氟磷酸鋰的價格呈現(xiàn)周期性變化，LiFSI的價格隨著技術(shù)工藝的成熟而逐步下降，目前LiFSI以添加劑的形式為主，隨著價格的逐步下降，我們認(rèn)為LiFSI在高鎳趨勢下有望加速其應(yīng)用。預(yù)計2025年LIFSI需求有望達(dá)到6.6-9.3萬噸。
目前主流工藝均用到氯化亞砜，當(dāng)前工藝1噸的LiFSI消耗2.5噸氯化亞砜，預(yù)計隨著LiFSI工藝不斷成熟，我們認(rèn)為25年左右1噸LiFSI對于氯化亞砜的單耗有望降低到1.7左右（根據(jù)環(huán)評報告，理論值為1.5），我們預(yù)計25年LiFSI對于氯化亞砜潛需求將達(dá)到11.2-15.8萬噸。
雙氟磺酰亞胺鋰的合成工藝一般需要三個步驟：
- 雙（氯磺酰）亞胺的合成：將氨基磺酸、氯化亞砜及氯磺酸臵于“一鍋”中反應(yīng)并減壓蒸餾得到(ClSO2)NH（雙氯磺酰亞胺），該反應(yīng)生成的HCl及SO2能很容易地從反應(yīng)體系中除去，促進(jìn)了反應(yīng)進(jìn)行，因而產(chǎn)率很高，達(dá)99%；使用的原料毒性都較小，腐蝕性遠(yuǎn)低于氟磺酸，故為工業(yè)化生產(chǎn)的主流方法。
- 雙（氯磺酰）亞胺和氟化物在催化劑存在的條件下反應(yīng)獲得雙氟磺酰亞胺，一般選用料成本較低、且市場容量大的氟化氫作為氟化物，借助SbCl5、TiCl4、SnCl4等催化劑提升轉(zhuǎn)化率，生成的產(chǎn)物為雙氟磺酰亞胺和氯化氫，氯化氫易于揮發(fā)，進(jìn)而提高雙氟磺酰亞胺產(chǎn)品的純度。
- 雙（氟磺酰）亞胺和含鋰化合物如氫氧化鋰，碳酸鋰，氟化鋰進(jìn)一步反應(yīng)制備雙氟磺酰亞胺鋰。
聚氨酯：動力電池催生高端聚氨酯新材料需求增長
聚氨酯材料除應(yīng)用于汽車內(nèi)飾以外，還大量應(yīng)用在動力電池的制造上。由于鋰離子電池的電化學(xué)儲能裝臵的需求不斷增長，對于大型應(yīng)用例如電網(wǎng)存儲和電動交通工具，經(jīng)常使用串并聯(lián)陣列連接的多個單元，讓單體構(gòu)成電池組，而安全性是大型單元持續(xù)存在的問題。如充放電過程中單元容易因熱脹冷縮而發(fā)生形變、車輛運行過程中因震動而造成的相互擠壓、單個電池的熱失控狀態(tài)引起相鄰電池單元的熱失控傳播問題等。因此在動力電池組件中使用的電池襯墊或緩沖墊必須具備足夠硬度以保持部件固定到位；必須擁有高壓縮復(fù)原特性以應(yīng)對電池使用過程中的尺寸變化；必須擁有較好的保溫性能來減少組件之間的熱傳導(dǎo)率，而聚氨酯材料獨特的軟硬段嵌段共聚的結(jié)構(gòu)賦予了其優(yōu)秀機械性能，以及非常寬的硬度可調(diào)節(jié)范圍，其在鋰離子電池惡劣的使用工況下依舊可以提供可靠的緩沖、隔振和密封性能，是其他彈性體產(chǎn)品無法替代的。
親質(zhì)、堅硬、導(dǎo)熱高效的聚氨酯電池外殼正在逐漸受到青睞。通過拉擠成型工藝將聚氨酯材料和玻璃纖維或碳纖維可制成模塊化、輕質(zhì)且堅固的電池外殼，為電池組減重同時可封裝更多鋰離子電池單元；在電池外殼中，填入基于聚氨酯改性的粘合劑和縫隙填料，改善從電芯到冷卻設(shè)備的熱傳遞，提高電池的導(dǎo)熱性，帶來更高性能表現(xiàn)。
動力電池CTP、4680等工藝創(chuàng)新提升能量密度，同時對安全性要求提升。為了實現(xiàn)更長距離的續(xù)航，提升電池能量密度是動力電池廠家的核心追求之一。除了電池材料上的創(chuàng)新，CTP（Cell to Pack）、CTC（Cell to Chassis）、4680電池等工藝創(chuàng)新，也將提升電池包的能量密度。但提升電池能量密度的同時，也提升了電池散熱、隔熱、緩沖、保溫等性能的需求，催生了新材料在動力電池領(lǐng)域的應(yīng)用。從寧德時代發(fā)布的專利看，動力電池對聚氨酯等新材料的應(yīng)用需求提升。
海外材料公司研發(fā)電池用新型材料，滿足電池安全性需求
以科思創(chuàng)為例，科思創(chuàng)是拜耳集團(tuán)的子公司，其高科技聚合物材料廣泛應(yīng)用于諸多關(guān)鍵行業(yè),包括汽車、電氣和電子、建筑、運動休閑等，2020年實現(xiàn)收入859億元。為解決碰撞時電池安全問題，采用成熟的拉擠成型工藝，采用耐用聚氨酯樹脂和玻璃纖維或碳纖維制作復(fù)合框架零件，生產(chǎn)出堅固輕質(zhì)的電池外殼。
以羅杰斯為例，公司PORON聚氨酯和BISCO硅膠防振襯墊是得到汽車行業(yè)認(rèn)可的解決方案，可以用作減振和隔振材料，能夠可靠地提供持續(xù)的反彈力，讓單體電池成組，同時起到防塵防水密封作用，避免因振動造成損壞。
麒麟電池對于新材料使用存在巨大邊際帶動。聚氨酯材料的使用已經(jīng)在傳統(tǒng)鋰電池中得到驗證，隨著電池容量的進(jìn)一步擴(kuò)大，廠商對于輕量化、緩沖性、導(dǎo)熱性新材料的需求將更加旺盛。
公司研發(fā)并量產(chǎn)多款動力電池新材料產(chǎn)品。公司2021年中報披露，公司成功研制出多種新能源車配套聚氨酯產(chǎn)品，部分產(chǎn)品已通過客戶要求的產(chǎn)品測試，開始小批量生產(chǎn)并試銷。
氣凝膠：隔熱材料領(lǐng)域佼佼者，有望迎來大規(guī)模應(yīng)用
隔熱性能優(yōu)勢顯著，生產(chǎn)技術(shù)壁壘較高
氣凝膠是一種用氣體代替凝膠中的液體而本質(zhì)上不改變凝膠本身的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或體積的特殊凝膠，國際純化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會將氣凝膠定義為“以氣體為分散相的微孔固體凝膠”。因其半透明的色彩和超輕重量，有時也被稱為“固態(tài)煙”或“凍住的煙”。
內(nèi)部結(jié)構(gòu)獨樹一臶，隔熱性能尤為突出。氣凝膠材料具有低密度、比表面積大、孔隙率高等特點，具有耐高溫、低熱導(dǎo)率、低折射率和低聲傳播速度等特殊的熱、光、電、聲性能。依賴于自身獨特的結(jié)構(gòu)，氣凝膠通過無對流效應(yīng)、無窮遮擋效應(yīng)以及無窮長疏松路徑效應(yīng)具備了遠(yuǎn)超硅酸鋁、玻璃棉等傳統(tǒng)隔熱材料的隔熱性能。因而在具有極高的隔熱要求，且需要輕度較低，穩(wěn)定性較好的應(yīng)用領(lǐng)域，氣凝膠是極佳的應(yīng)用材料。
材料體系多樣化發(fā)展，下游應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。按照材料的不同可將氣凝膠分為無機氣凝膠、有機氣凝膠、混合氣凝膠以及復(fù)合氣凝膠四大類，根據(jù)各自具備的性質(zhì)對應(yīng)下游航空航天、工業(yè)設(shè)備、石油化工、建筑管道等應(yīng)用領(lǐng)域。其中無機氣凝膠的SiO2氣凝膠作為一種防火隔熱性能非常優(yōu)秀的輕質(zhì)納米多孔非晶固體材料，是目前生產(chǎn)技術(shù)及商業(yè)化應(yīng)用最為成熟的產(chǎn)品具有低密度、低導(dǎo)熱系數(shù)、高孔隙率、高比表面積等優(yōu)異性能，在管道保溫隔熱、隔熱涂料、節(jié)能玻璃、管道防腐、吸附催化等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
溶液-凝膠法成為主流工藝，干燥環(huán)節(jié)是關(guān)鍵步驟。SiO2氣凝膠通常采用溶膠-凝膠法進(jìn)行制備：首先選擇合適的硅源和催化劑，并讓硅源在催化劑條件下進(jìn)行水解，水解產(chǎn)物中攜帶的羥基基團(tuán)進(jìn)行縮合反應(yīng)后形成溶膠，溶膠粒子以鏈狀結(jié)構(gòu)組成粒子團(tuán)簇，在容器中形成濕凝膠，最后通過干燥工藝將濕凝膠中的水分或溶劑除去，即可制得干凝膠，也稱為氣凝膠。制備過程中硅源的類型、催化劑的性能、以及干燥工藝的選擇，都是影響SiO2氣凝膠結(jié)構(gòu)與性能的重要因素。
硅源的選擇：硅源大體上可以分為單一硅源、復(fù)合硅源、功能性硅源三大類，而單一硅源按照材料種類又可細(xì)分為無機硅源（硅酸鈉）與有機硅源（正硅酸甲酯（TMOS）、正硅酸乙酯（TEOS））兩種。以正硅酸甲酯和正硅酸乙酯為代表的有機硅源雖然成本相對較高，但是具有工藝適應(yīng)性好、產(chǎn)品純度高等顯著優(yōu)勢，是目前規(guī)?；a(chǎn)二氧化硅凝膠的主流選擇。
干燥工藝：干燥工藝是SiO2氣凝膠由濕凝膠向干凝膠轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵步驟。干燥工藝要求在除去濕凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中填充的溶劑的同時，還要保持其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不被破壞，目前工業(yè)化生產(chǎn)中主要使用超臨界干燥技術(shù)和常壓干燥技術(shù)。一般情況下，超臨界干燥技術(shù)往往選擇有機硅作為硅源進(jìn)行生產(chǎn)，設(shè)備投資與能耗均高于常壓干燥技術(shù)，但是產(chǎn)品純度相對較高。
傳統(tǒng)隔熱中高端領(lǐng)域持續(xù)滲透，新能源、建筑領(lǐng)域有望形成快速增長點
氣凝膠的優(yōu)勢較為突出，在高端工程、設(shè)備建造等領(lǐng)域應(yīng)用相對廣泛。一方面由于氣凝膠的產(chǎn)品性能優(yōu)越且密度較低，因而在多數(shù)保溫、隔熱應(yīng)用領(lǐng)域里具有非常好的適用性，但氣凝膠的生產(chǎn)壁壘相對較高，設(shè)備投入相對較大，工藝把握相對較難，因而氣凝膠的成本也相對較高，因而主要在工程、設(shè)備對于應(yīng)用場景、使用效果等領(lǐng)域要求較高的場景中使用。
現(xiàn)階段氣凝膠的下游需求主要來自于油氣領(lǐng)域。2021年，石油化工占?xì)饽z總需求的56%，其次是工業(yè)隔熱占比約為18%，其余需求領(lǐng)域占比均在10%以下。氣凝膠在石油化工領(lǐng)域主要應(yīng)用于能源基礎(chǔ)設(shè)施包含蒸餾塔、反應(yīng)管道、儲罐、泵、閥門、天然氣和LNG液化氣管道等設(shè)備的保溫材料。在高溫蒸汽、導(dǎo)熱油以及工藝流體介質(zhì)管線是熱電、煉油、化工等領(lǐng)域至關(guān)重要的設(shè)備當(dāng)中，氣凝膠管道能夠很好的減少管道暴露所帶來的熱損失。根據(jù)IDTechEX預(yù)測，到2026年國內(nèi)石油化工領(lǐng)域的需求占比仍高達(dá)47%，未來石油化工領(lǐng)域仍將是氣凝膠下游需求的主戰(zhàn)場。
2020年，國內(nèi)氣凝膠制品和氣凝膠材料產(chǎn)量分別為12.6萬噸與10萬立方米，分別同比增長28.05%與27.88%，均呈現(xiàn)出快速上升趨勢。伴隨氣凝膠的供給企業(yè)不斷增多，工藝不斷完善，氣凝膠有望在現(xiàn)有保溫隔熱需求領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)中高端應(yīng)用的滲透，從而持續(xù)帶動市場需求的提升和擴(kuò)展。
建筑領(lǐng)域是拉動氣凝膠需求的主力軍。在碳中和的戰(zhàn)略背景下，建筑保溫隔熱材料也向節(jié)能、環(huán)保以及高效等方向發(fā)展。當(dāng)前市場上主要的建筑保溫材料，如巖棉、玻棉等無機纖維棉，存在纖維結(jié)構(gòu)疏松，易吸濕等問題，使用周期中保溫性能會大幅下降。聚苯乙烯和聚氨酯泡沫等有機保溫材料存在火災(zāi)風(fēng)險。二氧化硅氣凝膠輕質(zhì)、導(dǎo)熱低、壽命長且疏水性能好，可以滿足建筑領(lǐng)域的保溫隔熱防火隔音防水等需求。目前，二氧化硅氣凝膠的應(yīng)用形式主要有氣凝膠節(jié)能玻璃、氣凝膠涂料、氣凝膠氈墊、氣凝膠板材、氣凝膠混凝土和砂漿以及屋頂太陽能集熱器等。2015-2020年，國內(nèi)建筑外墻保溫材料市場規(guī)模接近1500億元，年均復(fù)合增長率約為16.4%，二氧化硅氣凝膠的替代空間巨大。
氣凝膠作為鋰電池隔熱材料極具潛力?，F(xiàn)階段新能源汽車主要以鋰離子電池作為動力電池，而極端條件下熱失控是新能源汽車動力電池的重大安全隱患。氣凝膠隔熱材料在新能源汽車領(lǐng)域主要應(yīng)用于動力電池電芯之間的隔熱阻燃以及模組與殼體之間的隔熱防震、電池箱的外部防寒層和高溫隔熱層，從而更好地實現(xiàn)電池的溫控和電控管理，大幅降低電池發(fā)生熱失控的可能性。與傳統(tǒng)的IXPE隔熱泡棉相比，氣凝膠隔熱片在使用溫度、導(dǎo)熱系數(shù)、阻燃性能等多方面核心指標(biāo)具有明顯優(yōu)勢。
電池安全性要求帶動隔熱材料需求持續(xù)提升。伴隨電池包對于安全性能要求的進(jìn)一步提升，氣凝膠作為更高端的隔熱材料可以大幅提升電池的安全性能，因而在電池應(yīng)用中不斷滲透，其中三元電池的壓實密度更高，續(xù)航里程更長，對于安全性的要求使得相關(guān)電池包生產(chǎn)過程中逐步選用更為高端的氣凝膠材料，滲透率不斷提升，而其他的磷酸鐵鋰動力電池以及儲能電池領(lǐng)域也有逐步切入，一方面伴隨下游的電池出貨量的不斷提升，作為PACK隔熱材料的氣凝膠應(yīng)用將隨之提升，同時伴隨成本的管控和滲透率的提升，氣凝膠的應(yīng)用占比也將進(jìn)一步增大，預(yù)期新能源電池也將帶動氣凝膠需求的快速放量，成為除建筑領(lǐng)域的另一大潛力市場。
絕緣材料：需求穩(wěn)步向上，新領(lǐng)域帶來新增長
絕緣材料是在允許電壓下不導(dǎo)電的材料，我國市場規(guī)模穩(wěn)步增長。絕緣材料的電阻率很高，通常在1010-1022Ω〃m的范圍內(nèi)，在直流電壓作用下不導(dǎo)電或?qū)щ姌O微。絕緣材料的主要作用是在電氣設(shè)備中將不同電位的帶電導(dǎo)體隔離開來，使電流能按一定的路徑流通，還可起機械支撐和固定，以及滅弧、散熱、儲能、防潮、防霉或改善電場的電位分布和保護(hù)導(dǎo)體的作用。我國是最大的電氣絕緣材料市場，2020年的市場份額高達(dá)占45%，近幾年我國絕緣材料行業(yè)的市場規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，2018年市場規(guī)模約為250億元，目前已經(jīng)逐漸增長至接近300億元的規(guī)模。
下游應(yīng)用領(lǐng)域持續(xù)拓寬，新領(lǐng)域有望快速增長。從產(chǎn)業(yè)鏈角度來看，上游原料包含有機化合物、高分子聚合物和無機物等，目前下游除了可以用于與傳統(tǒng)的電力工業(yè)外，還可以用于汽車、新能源和5G通信板塊，在碳中和背景下需求有望持續(xù)提升。
絕緣材料對保障電工產(chǎn)品長期安全可靠運行具備重要意義。為了防止絕緣材料的絕緣性能損壞造成事故，必須使絕緣材料符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能指標(biāo)。而絕緣材料的性能指標(biāo)很多，各種絕緣材料的特性也各有不同，常用絕緣材料的主要性能指標(biāo)有擊穿強度、耐熱性、絕緣電阻和機械強度等。
氣體絕緣材料：能使有電位差的電極間保持絕緣的氣體。氣體絕緣遭破壞后有自恢復(fù)能力，具備電容率穩(wěn)定、介質(zhì)損耗極小、不燃、不爆、化學(xué)穩(wěn)定性好、不老化、價格便宜等優(yōu)點。常用的氣體絕緣材料可分為天然氣體絕緣材料（空氣、氮、氫、二氧化碳等）、合成氣體絕緣材料（六氟化硫等）。
液體絕緣材料：又稱絕緣油，是用以隔絕不同電位導(dǎo)電體的液體。主要取代氣體，填充固體材料內(nèi)部或極間的空隙，以提高其介電性能，并改進(jìn)設(shè)備的散熱能力。液體絕緣材料可分為礦物絕緣油、合成絕緣油和植物油3大類。工程上使用最多的仍然是礦物油。
固體絕緣材料：除了需要隔絕不同電位導(dǎo)電體一般還要求兼具支撐作用。固體絕緣材料種類較多，主要可以分成無機（耐高溫、不易老化但加工性能較差）和有機（柔韌、易加工但易老化且耐熱性能較差）兩大類。無機固體絕緣材料主要包括云母、電瓷、玻璃和其他制品等；有機固體絕緣材料分為天然有機材料（天然橡膠、絲綢、棉布等）和合成有機材料（絕緣漆、塑料和合成橡膠等）。
麒麟電池散熱面積增大，對應(yīng)電接觸面積增大后對絕緣漆的需求或?qū)⑼教嵘?。絕緣漆由基料、阻燃劑、固化劑、顏填料、和溶劑等組成。按照使用范圍絕緣漆可以分為浸漬漆、漆包線漆、覆蓋漆、硅鋼片漆、防電暈漆等五類，根據(jù)產(chǎn)品的特性可應(yīng)用在各種不同的領(lǐng)域，其中漆包線漆的細(xì)分品類較為豐富，應(yīng)用也相對廣泛。麒麟電池結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致散熱面積擴(kuò)大，未來對絕緣漆的需求也有望提升。
東材科技為絕緣材料龍頭，產(chǎn)品盈利能力穩(wěn)步向上。絕緣材料是公司的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)，產(chǎn)銷量規(guī)模在7萬噸左右，目前絕緣材料收入占公司業(yè)務(wù)50%以上。公司業(yè)務(wù)以新型絕緣材料為基礎(chǔ)，重點發(fā)展光學(xué)膜材料、電子材料、環(huán)保阻燃材料等系列產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于發(fā)電設(shè)備、特高壓輸變電、智能電網(wǎng)、新能源汽車、軌道交通、消費電子、平板顯示、電工電器、5G通信等領(lǐng)域。隨著公司絕緣材料在新領(lǐng)域應(yīng)用的拓寬和產(chǎn)品的優(yōu)化升級，毛利率也顯著提升，從2018年的15.5%提升至2021年的24.8%。
