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电池箔需求快速增长
河南有色金属网站 www.hnnm.cn 时间:2022-10-25 10:20 来源:

随着电池箔下游需求高景气,动力 储能打开行业空间,叠加扩产难度超预期,电池箔需求将迎来快速增长。以下是相关报告。

电池铝箔:电池生产基础材料

铝箔是铝延压加工行业的产品之一,上游是电解铝行业。铝箔加工企业从电解铝企业采购铝锭加工生产铝板带箔。铝板带是指以铝为主要原料,并且掺杂部分合金元素制造出来的铝板或者铝带,具有质轻、包覆性、屏蔽性好、耐腐蚀、强度高等优点,成片状的铝产品称为铝板,厚度大于0.2mm铝卷材称为铝带;铝箔一般是指厚度小于0.2mm、断面为长方形的轧制产品,具有质轻、密闭性和包覆性好等优点。我国目前是全 球Z大的电解铝生产国,巨大的铝锭产量及潜在可以释放的产能为下游铝加工行业提供了充足的原材料供应。光箔产品定价方式为“铝锭价 加工费”,加工费盈利较为稳定,经营业绩受铝锭价格周期波动的影响较小;涂碳箔定价方式为“一口价”,经营业绩受铝锭价格周期波动的影响较大。

铝箔按厚度可分为双零箔、单零箔、厚箔铝板带。厚箔厚度为0.1~0.2mm;单零箔是指厚度为0.01mm和小于0.1mm/的铝箔;双零箔是指厚度以mm为计量单位时小数点后有两个零的箔,通常厚度小于0.01的铝箔,即0.005~0.009mm铝箔。铝箔加工工艺较为复杂。目前行业内有两种常用加工工艺路线:铸锭热轧法和双辊铸轧法。热轧是采用半连续铸造法将铝熔体铸造成扁锭,对大块的金属铸锭在其再结晶温度以上进行热轧和冷轧,轧制成一定厚度的板材作为铝箔坯料;铸轧是将铝熔体通过铸嘴导入内部通有冷却水的两个轧辊之间,冷却水保持流动,两个不断转动的轧辊作为结晶器,铝液在凝固后立即进行轧制到一定的厚度作为坯料,在铸轧区完成凝固和热轧两个过程仅需2~3秒。

相比而言,热轧坯料通常质量较好更适合于轧制高品质的铝箔产品。铸锭热轧法中热轧坯料要经过铣面、铣边去除表面的氧化层等缺陷,然后经过均匀化退火使铝合金成分均匀化,再经过热轧、冷轧、中间退火等多重工序循环,有效改善成分偏析、晶粒尺寸等问题。相反铸轧坯料的质量较难控制,铸轧坯料厚度为3mm~7mm,轧制铝箔的变形量要小得多,所以铸轧坯料的质量,如气道、夹杂、偏析、粗大晶粒等缺陷对铝箔轧制的影响更直接,且由于结晶条件不同而易导致板边部与中心以及板上下表面组 织成分的不均匀。技术进步促使双辊铸轧法被越来越多企业使用。双辊铸轧法也有很大优点,连续铸轧在建设投入、流程、能耗等方面有突出优势,且可以与电解铝熔铸工艺配套,当前铸轧生产铝箔坯料的工艺水平不断提高,从技术、经济两方面考虑越来越多的企业将使用铸轧工艺生产。此外,鼎胜新材申请了专 利:一种新能源锂电池低 密度针 孔正极集流体用铝箔材料及其制备方法。该专 利技术采用铸轧-冷轧工艺流程,解决了从电池铝箔从15um减薄至8-10um以下的技术难题,可以提升新能源锂电池的能量密度,提高新能源汽车的续航能力,为铸轧法使用提供了良好前景。

电池铝箔是电池生产的基础材料。近年来,随着锂离子电池的发展,铝箔凭借其良好的导电性能被应用在锂电池核心部件正集流体上。锂电池正极采用铝箔、负极采用铜箔,铝箔在其中的成本占比为2-3%;钠电池中,由于钠不会与铝发生反应,故正负极均采用铝箔,铝箔在其中的成本占比为5%左右。因铝的价格更低、密度更小无需充电运输等特点,故使用铝箔相较铜箔来说可以降低成本、电池质量和运输风险。

电池铝箔对于各个方面要求显著高于传统的铝箔。第 一,洁净度高,铝卷中不得混入任何碎屑、粉尘尤其是铁屑类物质;第二,板形要求高,铝箔表面涂布正极材料的均匀性,对锂离子电池使用寿命及续航能力都会大受影响,通常板形需控制在10I以下;第三,机械性能要求高,在保证铝纯度不变的情况下,被要求高抗拉高延伸,要求延伸率≥3%,二者实际上难以兼得;第四,厚度与针 孔要求高,厚差要求≤±3%,但铝箔厚度降低必定造成针 孔数量增多,增加压延过程造成断带的可能性,严重影响其品质,这对铝箔又提出了更高的要求;第五,表面要求极 高,铝箔表面不得有暗面亮点、黑油线、麻点等各种表面缺陷,这对锂离子电池的涂布均匀和压实工序都直接相关,对铝箔机台的清洁度和环境清洁度要求相当高;第六,达因值要求高,为保证涂布质量,铝箔表面达因应达到31达因以上,甚至有个别客户要求大于33达因。由于工艺难度高、良率较低、转产成本较高,故决定了行业内一方面新建产线放量难度较大,另一方面传统铝箔转产电池箔意愿不足。

下游需求超预期,2025年电池箔合计需求量可达92万吨

电池箔的主要下游领域有动力电池、储能(以磷酸铁锂电池为主)、钠电池等,经测算2025年合计需求量可达92万吨,CAGR48%。电池箔主要在锂电池的正极和钠电池的正负极用作集流体,是电池中不可或缺的组成部件之一。集流体作为正负极材料的载体,可以承载活性物质并将电极活性物质产生的电流汇集并输出,有利于降低锂离子电池的内阻,提高电池的库伦效率、循环稳定性和倍率性能。金属铝具有价格低廉、抗腐蚀能力强、质量轻因而有助于提高电池能量密度等优点,常被用在锂电池的正极和钠电池的正负极。

2.1.新能源汽车持续景气,动力电池用铝箔2025年需求量可达62万吨

动力电池的发展与新能源车产业的发展高度契合。国务院发布的《2030年前碳达峰行动方案》提出,到2030年实现清洁能源动力的交通工具占比达到40%,为新能源车市场带来了巨大的增长空间;海外各国节能减排持续推进,新能源车市场爆发式增长的潜力将继续推动动力电池需求的增长。动力电池领域电池箔2025年需求量有望达到62万吨,CAGR59%。根据EVsales及中国汽车工业协会数据,2021年我国新能源汽车销量354.5万辆,动力电池装机量154.42GWh,相较上年同比增长142%;2021年海外新能源汽车销量295.6万辆,动力电池装机量142.38GWh,相较上年同比增长96%。以450吨/GWh的铝箔用量进行测算,动力领域电池箔需求量有望在2025年达到62万吨,年复合增速59%。

2.2.电化学储能市场有望超预期,储能电池箔2023年需求量可达23万吨

新型储能成为能源领域碳达峰碳中和的关键支撑之一。2021年7月23日,《国家发展改 革委、国家能源局关于加快推动新型储能发展的指导意见》中指出,到2025年,实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变,市场环境和商业模式基本成熟,装机规模达30GW以上,新型储能在推动能源领域碳达峰碳中和过程中发挥显著作用。储能电池领域电池箔2025年需求量有望达到23万吨,CAGR可达42%。电化学储能在电力系统中的应用场景广泛,可分为发电侧、输配电侧和用电侧三大场景。由于磷酸铁锂电池具有寿命长、充电快、安全性高等优点,我国化学储能目前主要以磷酸铁锂电池为主。以550吨/GWh的铝箔用量测算,预计2025年储能领域电池铝箔年需求量23万吨,CAGR可达42%。

2.3.钠电池量产逐步落地,钠电池用电池箔2025年需求量有望达6.6万吨

钠离子电池作为一种新的电池技术路线,行业仍处于产业前期,未来成熟应用市场为电动两轮车市场和电化学储能市场。钠离子电池Z大的优势在于可实现5-10分钟的快速充电能力,且无论是能量密度还是循环寿命,钠离子电池都显著优于铅酸电池。相比于锂离子电池,钠离子电池有更好的安全性。目前,钠离子电池的循环寿命大约是锂离子电池的65%左右,能量密度比锂电池低20%。由于钠离子电池现阶段相对于锂离子电池并没有明显的价格优势、能量密度较低、产业链不够成熟等原因,行业目前仍处于产业前期。

钠电池领域电池箔2025年需求量6.6万吨。钠离子电池作为一种新的电池技术路线,众多锂离子电池企业入场布局,如宁德时代、鹏辉能源、圣阳股份、中国长城、欣旺达等,目前宁德时代的产能规划已落地,并计划在2023年实现产业化,钠电池市场有望迎来高速发展期。钠电池正负极集流体均采用铝箔,钠电池中铝箔用量是锂电池的2倍以上,每Gwh钠电池需要铝箔900吨。

综上,三大下游市场拉动行业高增长,2025年全 球电池铝箔需求量92万吨,CAGR48%。

行业壁垒高企,竞争格局稳定

3.1.电池箔技术要求比传统铝箔更高

铝压延加工行业技术含量高、工艺复杂、设备精度要求高。铝箔加工流程是铝加工工业中加工工序Z多、厚度Z小、难度Z大的铝材产品。铝箔生产过程涉及多个复杂的轧制工艺和热处理工序:铝合金熔铸、均匀化、铸轧、冷轧、中间退火、箔轧,每个环节都存在技术难点,knowhow属性强,各个环节紧密相扣且会对Z终的成品率产生影响。

电池箔相比传统铝箔版型要求更高。电池铝箔厚差要求≤±3%、表面质量要求严格、延伸率≥3%、达因值≥31;而传统铝箔厚差≤±5%、表面要求除辊眼外无其他量化要求、延伸率≥1.5%、达因值30即可。

合金调配及熔铸过程控制更严格:对合金杂质的控制,以及如何在不断减薄的同时通过合金调剂提升铝箔质量是行业内第 一道技术壁垒。通过在铝锭熔炼过程中添加各种微量元素来调整铝箔性能,电池箔的多项技术指标对合金微观组 织结构要求互相冲突,需要掌握一定调剂比例,因此电池箔的合金调配需要有丰富的铝箔生产经验,通过合适的合金成分及工艺设计,控制好固溶及析出量,平衡加工硬化及加工软化之间的矛盾,保持高导电率高 强度的同时,提高集流体电池箔延伸率。电池箔厚度减薄,气泡、外来杂质等缺陷随之暴露,熔铸过程控制至关重要。设备精度要求高:测厚仪、工作辊、版型控制仪是关键设备,除此之外还应考虑轧制油和添加剂的更换。电池用铝箔厚度有不断减薄趋势,对生产技术是极 大挑战;工作辊直接跟铝箔进行接触,其细腻程度、粗度会影响铝箔版型、表面质量。为保证铝箔生产的稳定性和产品质量,降低针 孔数,铸轧辊表面粗糙度的控制标准是粗糙度控制在0.8μm~1.0μm范围内,粗糙度波动范围控制在小于0.013μm范围内;中轧辊表面粗糙度为0.03μm~0.05μm;箔轧辊表面粗糙度控制在0.02μm~0.03μm。

轧制速度范围难以掌控:高轧制速度可显著增加变形区油膜厚度,减少摩擦因数,且高速轧制的热效应产生的动态回复可使箔材发生显著的加工软化,故提高轧速是加大道次加工率和提高生产效率的有效途径。但同时速度过高不利于板形的控制,箔材表面光亮度也变差。轧制电池铝箔成品时通常速度不宜大于600m/min。

3.2.认证和建设周期长,原有合作关系难以动摇

铝板带箔下游行业发展均较为成熟,认证标准高、验证周期长,合作关系稳固。电池箔直 供电池厂需满足ISO/TS16949认证,该认证为国际汽车行业的技术规范,认证要求至少具备一年的连续生产过程。认证通过后由电芯厂进行初审,如果之前未涉足过汽车领域的业务,第 一次审核通常难以通过,需进行审改;审改通过后为电池充放电测试,即终试,持续时间大概9个月。综上,电池箔厂商完成首 次认证基本需要2年的时间,一旦通过认证进入企业的供应链体系,电池厂会重视合作关系不会轻易更换供应商,且行业的核心特点是产品高度定制化,所以客户转换成本高将更倾向于维持原有供应关系,加剧了其他厂商入行难度,新进入者面临着认证壁垒,难以撼动现有优势企业的行业地位。

3.3.企业资金实力要求高

铝压延加工行业投资规模大、建厂能耗限制大,对企业资金实力有一定要求。从上游采购铝锭体量大耗费资金,生产建设过程对设备要求高,引进先进设备等价格昂贵的固定资产也需占用大量资金,且行业内生产特点具有显著规模经济效应,只有资金实力强大的企业才能投入大量固定资产等资源获得该优势。因此对新进入者形成壁垒,实力较弱的小企业难以实现长足发展。以龙 头企业鼎胜新材为例,年研发费用高达6亿多,是行业内唯 一能做8-10μm的产品的企业,并且有自己的专 利技术。

3.4.人才短缺制约企业竞争力提高

人才是生产技术的关键驱动因素。高技术人才可以为企业批量生产性能优越、质量稳定的产品提供了坚实的技术与管理支持然而行业内大部分企业人才短缺制约企业规划发展。箔轧主操手的培养周期长、成本高,即便资本投入充足,也难以在短期内上量。新进入者和规模优势不明显的小企业缺乏技术积累及吸引人才的平台,显著制约企业的竞争力提高。

供给缺口短期仍将持续,龙 头企业优势显著

扩产周期长 行业壁垒高,短期供需仍偏紧。截至2021年,国内电池铝箔份额靠前的供应商主要有鼎胜新材、华北铝业、万顺新材、神火股份、南山铝业等,此外云铝股份、常铝股份等企业也正在快速扩产。但由于电池箔项目通常具有扩产周期较长、产能爬坡较慢的特点,因此国内的锂电铝箔产能尚未完全释放。根据行业内各梯队公司的电池箔项目建设规划,新建电池箔项目至少需要2-3年的周期,并且存在单吨投资额差异较大、关键设备尚未国产化、产品验证周期长等特点。在高技术壁垒下,一方面国内电池铝箔的竞争格局基本固化,其他行业公司难以进入,全 球动力锂电铝箔生产厂家主要集中在日本和韩国;另一方面,国产电池箔的良率、一致性与稳定性仍有较大提升空间。

4.1.扩产周期长印证行业高壁垒

关键设备依赖进口影响扩产周期,间接提升行业壁垒。目前在电池箔的新建项目中,国产设备精度与进口设备有一定差距,使用国产设备对电池箔达产速度和良品率有明显影响,因此一些关键设备仍依赖进口。根据行业龙 头鼎胜新材的年产5万吨动力电池电极用铝合金箔项目规划,即使在项目可研阶段就进行设备考察与订货,且只进口关键部件和少量设备,仅采购设备(考察、订货、制造与交付)即需16个月,安装调试也需7-8个月,同时设备进场后人员培训及产能爬坡还需半年到一年时间。过去两年,由于全 球新冠疫情影响,进口设备发货延期,设备安装指导与调试专 家无法到场,进一步延长了项目扩产周期,因此国内电池箔扩产产能普遍存在延期情况。

产能扩张速度慢于需求增长速度。根据国内各公司扩产规划,预计22-24年国内电池铝箔的有效产能分别为29.6、45.5、55.5万吨,产能扩张速度远小于需求增长速度。

不同厂商单吨投资额差异较大,龙 头企业优势明显。由于电池铝箔的高壁垒属性,龙 头企业较二三线企业具有较大的技术、管理和人才优势。在项目初始投资方面,鼎胜新材、神火股份、万顺新材和东阳光的单吨电池箔平均投资分别为1.22、1.44、2.26和2.93亿元。此外,由于项目建成的产能爬坡期较长,爬坡速度也跟各家企业的工艺水平有关。在这种情况下,电池箔扩产周期往往与规划时间不匹配,新投产的电池铝箔实际出货量也通常与规划产能不一致。总体上,龙 头企业的单位初始投资更小、产能爬坡更快。

4.2.高壁垒 高风险,新进入者产能供给有限

新进入者 国外供应商无大幅扩产情况下,全 球电池箔供需差将扩大。一方面,在技术要求 初始投资 扩产周期 产品验证周期等多重壁垒下,新进入者需承担高额风险,预计由新入行企业带来的供给增量有限。另一方面,国外动力锂电池用铝箔主要来自日本和韩国,供应商有日本东洋铝业、日本联合铝业和韩国乐天集团等,由于高耗能、电力供应等问题,日韩电池箔产能及技术向海外转移,其中东洋铝业、联合铝业分别与东阳光合资成立公司,韩国乐天则在匈牙利投资1100亿韩元建1.8万吨电池箔工厂,总体上海外供应产能不大。根据测算,若国外供应商扩产幅度不大,则全 球供需缺口将在22-24年持续存在。

4.3.行业集中度高,龙 头地位难撼动

电池箔行业集中度优于隔膜,行业良率差异大,头部企业优势明显。2021年国内隔膜行业CR3市占率63.1%,电池箔行业CR3市占率近70%。由于电池箔对性能要求更高,故生产电池箔的企业良率大多数不高,行业内平均良率水平为60%,而头部企业的良率达70%以上,头部企业的单吨净利远超同行。

现有格局难打破,电池铝箔行业高景气,龙 头地位难撼动。由于电池箔工艺难度高、良率较低、转产成本较高,故决定了行业内一方面新建产线放量难度较大,另一方面传统铝箔转产电池箔意愿不足,未来仍长期存在供需缺口,行业景气度高。受到技术工艺严格且电池箔技术仍处于动态发展中、认证周期长、资金投入限制、良率水平差距大等因素的制约,在技术固化之前将仍维持现有格局不会出现重大变动,行业供不应求高景气将超预期。头部企业具备技术设备优势和丰富的Knowhow经验,可快速从双零箔生产转产到电池箔赛道,利用规模优势产能迅速爬坡,引 领行业发展。如鼎盛新材将继续作为龙 头领 先行业其他企业,其自2005年进入空调箔领域之后每一阶段都抓住先发优势,在空调箔、单双零箔、新能源铝箔产品的阶段中都处于领 先地位,也是目前国内唯 一一家走出去的铝加工企业。在技术、人才、规模、客户资源等多方面因素加持下其龙 头地位难以撼动。