Sabic研发高性能压电薄膜，替代技术让PVDF地位受到挑战

PVDF即聚偏氟乙烯，主要应用涂料、塑料、光伏、锂电等领域，是锂电池产业链不可或缺的关键材料之一。


6月27日消息，沙特基础工业公司（Sabic）研究人员开发一种新型压电薄膜，该薄膜由聚乙烯（PE）制成，结合了机械柔韧性和卓越的压电响应。据报道，这种薄膜的性能是市售压电聚合物如聚偏氟乙烯（PVDF）和聚偏氟乙烯-三氟乙烯（PVDF-TrFE）的两倍，被视为高端应用中PVDF的成本效益替代品。


随着物联网（IoT）和人工智能（AI）的兴起，市场对自供电柔性传感设备的需求日益增长。这些设备依赖于柔性压电薄膜来实现其功能。然而，传统的非有机压电陶瓷由于其重量大和脆性，以及制造过程中需要高温来实现所需性能，使得其应用受限。此外，这些材料需要在耐高温的柔性塑料基板上以薄层形式生产，但此类基板的选择有限。


尽管商用压电聚合物可以作为压电陶瓷的替代品，但由于其较低的压电性能，应用范围仍然受限。沙特基础工业公司推出的新型压电薄膜，集成了无铅压电陶瓷于PE基柔性薄膜中，据称具有以下优势：高压电性能（d33约为45-60 pC/N，g33约为250-350 mV.m/N）；机械柔韧性高达约500%，薄膜厚度在200至300μm之间；生物相容性；以及一个不需要机械拉伸即可展示压电性的简单制造工艺。


不少机构和行业人士判断，2022年PVDF或将成为最紧缺的锂电材料之一。


1、需求大、扩产难


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CH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。因此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、鲤电池隔膜涂层、光伏背板涂层、鲤电正极连结剂(与溶剂制成粘性胶液 ).


受锂电、光伏、风电等新能源需求拉动。PVDF 的传统下游为涂料，以重防腐工业涂料(化工、船舶、海工)、高端建筑涂料(地标性建筑、机场) 为主。近年来其在锂电、光伏领域的应用迅速增长。


在涂料中，PVDF 树脂通常与丙烯酸树脂等其它种类树脂按照一定比例搭配使用，用量相对小。并且氟碳涂料属于高性能工业、建筑涂料，在原材料涨价时，产品价格传导能力相对较强；在锂电中，一部新能源汽车动力电池仅需要添加几公斤 PVDF，占下游成本比重低。


PVDF价格暴涨的原因：


一是下游电池市场需求旺盛。据统计，目前电池级PVDF产能较少，市场供应只能满足1万吨左右。而在动力电池端，常规计算，预计今年对PVDF的所需至少达到16800吨，再叠加4680等大尺寸电池、储能、数码、电动工具等电池产品的需求，PVDF的缺口进一步加大。


二是扩产难度大。设备与技术方面，与普通PVDF相比，电池级PVDF材料技术壁垒高，对生产设备和技术都有更高的要求，因此只有极少数的厂家能够保证产品的质量符合标准；扩产周期方面，相比磷酸铁锂等材料周期更长，需要2-3年的时间，且大多数扩产的厂家投产时间在2023年以后。


三是原材料供应减少。R142b是PVDF重要的原材料，据悉，根据《蒙特利尔协定书》，目前发达国家已基本停止生产R142b，我国也在不断削减制冷剂的生产配额。目前国内R142b名义总产能约为15.8万吨，年产量受到国家严格控制，同时其产能扩张受环评等影响，批复建设周期较长。因此多重原因导致R142b供不应求，同样出现供应紧俏、价格上涨的情况，据悉一年内涨幅高达12倍。


尽管目前为了满足市场需要，很多企业都在积极扩产，但叠加以上多重因素后，产能紧缺的状况一时之间仍然无法缓解。


据统计，目前国内PVDF市场仅有10余家生产企业，市场集中度高，前4名企业产能占比达60%。主要布局的企业有联创股份、深圳新星、巨化股份、永和股份、璞泰来、东岳集团、孚诺林、乳源东阳光、昊华科技以及中化蓝天等。这其中，已经有不少产能被提前锁定，比如宁德时代与联创股份达成合作，当时保证每年采购华安锂电池级 PVDF总产量的80%。


除了宁德时代，不少电池企业也开始稳定供应。比如国轩高科亲自下场，与川恒股份签订《战略合作框架协议》，在磷系电池材料、氟系电池材料（包括但不限于六氟磷酸锂及PVDF）等领域展开合作。


值得注意的是，目前很多小型电池厂依旧拿不到PVDF，市场认为，PVDF的情况只是冰山一角，原材料的价格战会淘汰很多中小电池厂，导致市场份额进一步集中。


2、替代品出现


PVDF目前在两个领域出现了替代品。


PMMA


PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，俗称有机玻璃，由MMA单体聚合而成的，广泛应用于电子电器、导光板、汽车、太阳能电池等领域，价格比PVDF便宜很多，主要可以替换隔膜涂敷用PVDF。目前，不少锂电龙头企业纷纷给出正面回应。


璞泰来方面表示，PMMA在涂覆隔膜上有企业在局部使用，包括璞泰来本身也已经有局部一些客户使用了2年以上时间，相对减少了PVDF的用量。但璞泰来表示在正极材料上还没有看到企业在明显的批量使用。


恩捷股份方面表示，公司已经有了替代PVDF的其他粘接剂方案。恩捷计划尝试采用PMMA替代PVDF，目前已经得到下游客户认可，包括宁德时代的认可，其他客户也在产品验证过程中。


据了解，目前全球PMMA产能主要集中在头部企业，分别是罗姆/奇美/三菱/住友/阿科玛等。国内PMMA产能主要集中在镇江奇美、南通丽阳、苏州双象、万华化学、罗姆化学、上海泾奇、龙新集团等企业。


芳 纶



与PMMA相似，芳纶主要也是做隔膜涂敷用PVDF的替代品。


资料显示，芳纶的一致性好且无颗粒，涂层很薄在1μm-2μm 之间，是目前唯一可以单独涂覆的有机材料，其轻质性是其他材料不具备的，符合隔膜需兼顾安全与轻薄的长期发展趋势。据市场分析显示，电池高能量密度迭代下油性有机涂覆需求提升，当前PVDF单平涂覆成本已几乎追平芳纶，芳纶各项性能均优于PVDF，预计替代PVDF。


目前，部分企业正在探索芳纶的替代情况，而国外企业应用更加成熟。


国外市场上，消息显示，松下供给特斯拉的NCA电池上已全面使用芳纶，且特斯拉Model S系列装载的锂电池已使用芳纶涂布隔膜。


国内市场上，泰和新材曾在投资者互动平台表示，公司目前芳纶产能在7千吨以上，并有少量芳纶用于锂电隔膜涂覆。


此外，中石化、蓝丰生化、中化国际等企业也有对应的芳纶产能


ZONE


与上面材料不同的是，ZONE可用作锂电池粘结剂，是由浙江研一新能源科技有限公司（简称：研一新能源）推出的新型PI类材料，该系列产品具有4个特点。


ZONE系列粘结剂为非氟类高分子材料，绿色环保，且无扩产制约风险；可实现PVDF全系列替代；耐受性优异（耐酸耐碱耐电解液）、粘结力优异（同样添加量，相比PVDF提升10倍以上）、安全性能佳（高温稳定、分解温度＞500℃）、适用领域广（可用于正极极耳胶、正极粘结剂、正极铝箔底涂胶和隔膜粘接胶等）；同时克服了传统PI材料理论上存在的两大致命缺陷：即电池性能差（首效低、内阻高）、产品成本高。


目前，研一新能源ZONE系列产品已在浙江研一生产基地顺利实现量产，年产胶液（固含量10%）达50000吨。随着该产品陆续投放市场，将有效缓解PVDF紧缺的局面，填补非氟（F）类正极粘结剂市场空白。


文章来源： 专塑编译，起点锂电大数据，新能源用新材料
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来源：贤集网
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