【方正电新申建国团队】申建国/于化鹏/何茜
本篇报告发布于2017.9.8
附：（隔膜行业深度之一、二链接见文尾）
湿法隔膜涂覆可提升隔膜的热稳定性、改善其机械强度；能提高其耐刺穿能力；有利于增强隔膜的保液性和浸润性。因此，涂覆工艺越来越受到各厂商的重视。
基膜厂配套涂覆成发展方向。国内涂覆膜真正进入快速发展的时间为2015年，因新能源汽车动力电池对安全性能提出更高要求而带动涂覆快速发展。在涂覆兴起初期，主要是由电池企业提出需求，第三方代工厂涂覆。而随着未来隔膜技术的进步以及新进入者增多，涂覆将成为基膜厂商下一个抢夺的领域，目前主流的隔膜企业均建立涂覆产线。相比代工厂，隔膜厂商在涂覆领域具有天然的竞争优势，基膜+涂覆的方式也将成为基膜厂商提升自身产品竞争力途径之一。
浆料配方为涂覆技术核心。根据下游对特定性能的要求和隔膜产品的定位，需要使用不同的涂覆技术。而对涂覆而言，其技术核心在于浆料的配方，同时浆料在隔膜涂覆中成本占比较大，一般浆料占涂覆总成本的65%。隔膜陶瓷涂覆浆料主要包括陶瓷颗粒、粘结剂、溶剂和添加剂四种主要成分，对于不同的应用场景需使用不同的浆料配比。动力电池发展方向为高输出、高容量、快充电的模式，对隔膜涂覆技术及工艺要求也会更加的多样化，配方的不断创新也将成为涂覆的核心竞争力。
涂覆方式多样，灵活性大。隔膜涂覆在技术上难度不高，可使用凹版辊涂、浸涂、窄涂或喷涂等方式，国内主流基膜厂商和大量代工厂都能够实现。隔膜涂覆厂商大多采用凹版辊涂方法，原因是凹版辊涂的加工速度、精度均较高，工艺成熟，而辊的加工、维护相对简单，成本较低。
油性vs水性，各有优势。油性涂覆均匀性和粘附性高，而污染大、成本高，水性涂覆更为环保，成本也低，但均匀性和粘附性较差。对水性和油性涂覆的使用取决于下游电池厂商的需求和应用场景，一定时期内两种技术将并行发展。
未来随着三元动力电池占比的上升，湿法涂覆隔膜可以在一定程度上提升电池的安全性能从而降低风险。而成本的持续下降，也使得涂覆隔膜被大多数锂电池企业所接受，使用比例将越来越高。
风险提示：新能源汽车行业发展不及预期；政策落地不及预期。
1 破解湿法短板，涂覆成为首选
湿法隔膜相较于干法隔膜虽存在诸多优势，但其熔断温度低、耐热性差，高温（小于120℃）时收缩率高达10%，可能引起极片外露。为提升湿法隔膜的性能，目前主流的方向是在基膜表面涂覆一层陶瓷材料。涂覆工艺使用的浆料由陶瓷颗粒、粘结剂、溶剂和表面活性剂按一定配方配成。通过涂覆一是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；二是能提高其耐刺穿能力，防止电池长期循环锂枝晶刺穿隔膜引发的短路；三是陶瓷涂层的孔隙率大于隔膜的孔隙率，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。
陶瓷的刚性支撑作用，使得陶瓷改性隔膜高温时具有优良的热稳定性和尺寸完整性，对高温下隔膜结构的维持有支撑作用，在高温下隔膜基体均已闭孔透明，未涂覆隔膜收缩严重，而涂覆隔膜由于陶瓷层存在抗收缩性大幅提升，机械性和安全性更好。
1.1涂覆代工为当前主流，基膜厂配套涂覆成发展方向
涂覆代工目前是主流之选。2014年之前我国涂覆隔膜主要用于高端数码产品，市场需求量少，主流的隔膜企业未专门建设涂覆产线。因此一线数码企业趋向于自主研发涂覆隔膜，然后找第三方企业进行代工。国内涂覆膜真正进入快速发展的时间为2015年，主要由国内新能源汽车动力电池市场需求带动，其电池安全性能要求较高，同时国内电池企业借鉴特斯拉车用电池，加大对电池安全性的设计开发，其中涂覆隔膜被认为是一种比较好的降低电池内部事故的重要措施。2015年开始国内各大隔膜企业开始扩建涂覆产线，对不同客户要求的涂覆条件进行不同涂覆。目前我国涂覆行业中存在三种涂覆类型企业，分别为：纯代工涂覆企业、基膜厂自带涂覆、纯销售涂覆膜企业，其中纯代工企业仍是占比最大企业。国内拥有较强研发能力的大型电池厂如CATL、比亚迪为降低成本，均开展自己的涂覆业务。
基膜厂商将成后起之秀。2014年国内隔膜企业开始加大对涂覆隔膜开发及产线建设，到2016年，国内涂覆隔膜产能大幅增加。目前主流的隔膜企业均建立了涂覆隔膜产线。基膜厂商由于发展较晚，在管控技术程度上还处于试产和改善阶段，总体品质不高，但有基膜成本低的优势，因此总成本和价格低。而随着未来隔膜技术的进步以及新进入者增多，涂覆将成基膜厂商下一个抢夺的领域。相比代工厂，隔膜厂商在涂覆领域具有天然的竞争优势，涂覆市场企业占比必将向基膜厂方面集中，而基膜+涂覆的方式也将成为基膜厂商提升自身产品竞争力途径之一。
1.2浆料配方为涂覆技术核心
涂覆加工的技术核心在于浆料的配方，根据隔膜产品的定位和下游对特定性能的要求，企业需要使用不同的浆料配方，其在涂覆总的成本占比也高达到65%左右。陶瓷涂覆浆料主要包括陶瓷颗粒、粘结剂、溶剂和添加剂四种主要成分。一些PVDF涂覆隔膜则不含陶瓷颗粒，往往应用在软包电池中。
陶瓷颗粒通常使用氧化铝，一些厂商也使用二氧化硅、氧化镁、氧化钙等作为陶瓷颗粒。陶瓷粉的品质分为高纯（99.99%，粒径0.3-1.0μm）和精制（99.7%，粒径0.3-2.5μm），其中前者不需要进一步研磨加工，在浆料中分布均匀；后者分散性相对较差，可以直接用于生产性能要求相对较低的涂覆隔膜，但对于定位较高的产品需要进一步研磨加工，这对涂覆厂商的工艺要求较高，需要稳定控制。
对于一定浓度的浆料，陶瓷颗粒质量占比越高，涂覆隔膜的硬度越高，热性能越好，但机械性能下降，这是因为过多的陶瓷颗粒会降低涂覆均匀性和削弱高分子粘结剂的骨架结构。
粘结剂通常使用聚乙烯醇（PVA）、羧甲基纤维素（CMC）（水性）和聚偏氟乙烯（PVDF）（油性，可改水性）等材料，作用是增加隔膜与涂覆材料的粘附性。其中PVDF除了上述作用外，在受热时存在溶胀，能够粘结隔膜与极片，在软包电池中能够帮助提高电池硬度和维持电池形状。
溶剂范围广泛，水性溶剂包括水、乙醇、丙三醇和其他极性有机溶剂，油性溶剂包括丙酮、NMP和其他非极性溶剂，在实际配方中，溶剂的使用并不限于一种，不同种类和比例的溶剂组合会对产品性能产生影响，例如在星源材质的一种水性PVDF浆料配方中，使用了第一溶剂和第二溶剂，两者的种类不同，第一溶剂从二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲亚砜等多种溶剂中选取，第二溶剂从乙醇、水、丙三醇等多种溶剂中选取，溶剂的质量占比从50-80%的大范围调整。
添加剂种类很多，其中表面活性剂用于降低浆料表面张力，改善隔膜与涂料的亲和性，具体的有氟碳表面活性剂、硅烷表面活性剂、多元醇类表面活性剂等；导电剂用于增强锂离子的传导作用，常用碳纳米管，用于改善导电性和强化PVDF骨架结构；分散剂用于促进浆料分散均匀，主要有聚氧乙烯二油酸酯、聚四乙二醇单硬脂酸酯等酯类和有机盐。添加剂通常用于改善隔膜性能和突出其特定性能，种类和用量根据需求灵活改变。
上述材料按一定顺序在高速搅拌机中混合，形成混合浆料，即可用于涂布。对于水性涂覆工艺，涂覆完成后需要在高相对湿度环境中预凝固、水洗、烘干得到成品；对于油性涂覆需要专门回收溶剂。
除了常见的单层涂覆隔膜，一些厂商也在积极开发多层复合隔膜，以求更高的稳定性、吸液量和锂离子传导能力。这类隔膜的基本思路是在基膜上涂覆两层或多层不同材料的涂层，达到优秀的复合性能。例如CATL的供应商东莞卓高的一系列复合涂覆隔膜，先将陶瓷浆料涂覆在基膜上得到第一复合涂层，再将PVDF及其共聚物和陶瓷混合浆料涂覆在陶瓷层和基膜另一面上得到第二复合涂层，最后将PVDF及其共聚物胶液涂覆在第二复合涂层上得到胶层，整个过程需要用到三种配置浆料，涂覆三次。
这种复合涂覆隔膜的透气性、热性能和吸液量都比常规涂覆隔膜优秀，但加工工艺上比常规涂覆复杂，涂覆次数更多，每个涂覆层厚度更薄，成本更高。
动力电池发展方向为高输出、高容量、快充电的模式，对隔膜涂覆技术及工艺要求也会更加的多样化，配方的不断创新也将成为涂覆的核心竞争力。
1.3涂覆方式多样，灵活性大
隔膜涂覆在技术上难度不高，使用凹版辊涂、浸涂、窄涂或喷涂等方式，国内主流厂商和大量代工厂都能够实现，一些电池厂如比亚迪、国轩高科也开展了自己的涂覆业务以完善本身的产业链结构。
凹版辊涂工艺是目前常用的涂覆方法，微凹版辊将浆料从浆料盒中带出，由定厚刮刀刮下多余涂料，然后在压力下涂覆到隔膜上。这种方法原理比较简单，凹版辊凹槽容量容易控制，产品精度较好。缺点是由于高硬度的氧化铝陶瓷颗粒作用，网纹辊容易磨损，会导致连续涂覆过程中涂层逐渐变薄，需要更换新辊；涂覆目标厚度改变时就需要更换辊，不能灵活调节。
窄缝挤压涂覆，简称窄涂，是通过一定压力将浆料从挤压嘴挤出涂覆到隔膜上的工艺，涂层厚度由挤压嘴缝宽和计量泵控制。这种工艺适用粘度范围广，产品精度好，可涂覆薄层，涂覆速度高，但挤压嘴的维修相对困难。
浸涂的基本原理是将隔膜浸泡到一定浓度的浆料中一定时间，取出后晾干或烘干，在隔膜表面得到一定厚度的涂层。这种方法的原理和操作简单，但厚度控制相对较难。
静电纺丝法是通过电场力将浆料喷涂到隔膜上的工艺，给浆料带上电荷，在电场力作用下浆料突破表面张力，形成纳米丝喷射向隔膜。这种工艺有适用材料范围广，操作方便，比表面积大，孔隙率高，纤维丝均一性好，产率高等优点，但存在结晶度、取向度小，机械性能、力学性能差的缺点，需要通过热处理、共混等改性方式优化。
据调研，涂覆工艺的损耗主要发生在分切步骤上，该步骤在工艺流程上的顺序因企业选择而异。例如上海恩捷使用的产线规模较大，采用先涂覆后分切的流程；鸿图隔膜的设备较小，采用先分切后涂覆的流程，两者主要损耗均在分切段，损耗量与分切次数相关。目前国内的隔膜涂覆厂商在涂覆损耗方面有很大提升空间，这与企业工艺的成熟性有关。
涂覆加工的设备目前基本需要进口，供给稳定，设备紧凑成套，一条产线需要投入150-200万元，产量约400万平米/年，对于同时具备基膜生产和涂覆加工能力的企业，一般每条基膜产线需要配套10条涂覆产线。涂覆隔膜的成本主要来自于浆料、设备折旧、人工、能源等，其中浆料是最为主要的成本。
以上的几种方法中，隔膜涂覆厂商大多采用凹版辊涂方法，原因是凹版辊涂的加工速度、精度均较高，工艺成熟，同时辊的加工、维护相对窄涂简单，成本较低。窄涂往往也被选作优选方案，因为该工艺精度高，加工速度快，粘度灵活性大，但窄涂的挤压嘴加工、维修相对困难，成本相对较高。
1.4油性vs水性，各有优势
涂覆工艺根据浆料的区别可以分为水性涂覆和油性涂覆，两种工艺各有优势和缺点。
水性涂覆的浆料溶剂使用去离子水、乙醇、丙三醇等极性溶剂，使用后无需回收，环境污染小。但由于隔膜本身存在亲油性，会导致产品的均匀性和粘附性下降，产品可能出现透光点（涂覆厚度太薄）和暗点（涂覆厚度太厚），水性涂覆隔膜价格和产品定位相对较低。
油性涂覆的浆料使用油性溶剂，如丙酮、NMP。该工艺中溶剂与粘结剂和隔膜本身亲和性好，产品的均匀性和粘附性较水性涂覆隔膜优秀，也更能减少透光点和暗点的发生，但油性溶剂价格高，污染较大，需要回收，成本较高，因此油性涂覆隔膜通常定位中高端。
对于这两种涂覆工艺，目前国内主流涂覆厂商均在技术上可以实现，生产过程中对工艺的选择往往取决于对成本、产品定位和下游需求的考虑。国内下游电池厂通常会根据电池性能要求和价格选择水性涂覆，而国外知名厂商，尤其是在动力电池领域往往倾向于使用油性涂覆隔膜。
成本方面每平米水性涂料的成本在1块钱左右，不同的配方会有一定的价格波动，最多到1.5元；油性涂料成本，每平米2元多，溶剂成本较高，占了总成本很大一部分。主要原因是水性涂料的溶剂是水，较为便宜，对废气的处理成本较低。
对于一些特殊要求，采用油性和水性工艺相结合应用的方式。例如一些涂覆隔膜对孔隙率有一定要求，厂家就可能通过造孔工艺来满足需求：油性涂覆工艺，在浆料中按一定小比例添加造孔剂如水、乙醇、正丁醇、PVP等极性材料，这些材料不溶于油性溶剂，分布相对集中，在涂覆完成后可以通过水洗溶解去除，留下孔道。
使用造孔剂造孔能极大提升涂覆隔膜的离子迁移率，改善导电性能，但会降低其力学性能和机械性能，对于上述的几种极性材料，PVP造孔隔膜抗拉伸能力最强，乙醇、正丁醇造孔隔膜次之，水造孔隔膜力学性能最差。
水性和油性涂覆的使用取决于下游电池厂商的需求和应用场景，一定时期内两种技术将并行发展。未来随着三元动力电池占比的上升，湿法涂覆隔膜可以在一定程度上提升电池的安全性能从而降低风险。而成本的持续下降，也使得涂覆隔膜被大多数锂电池企业所接受，使用比例将越来越高。
隔膜行业深度之一：中锂VS恩捷，全面对比两大湿法隔膜企业！
隔膜行业深度之二：深入全面剖析湿法隔膜成本
方正电新申建国团队
申建国：13488661499
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何 茜: 18098944796
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