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行业报告|化工行业-新能源PVDF强势拉动高景气周期
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【引言】
报告内容
1. PVDF：受锂电、光伏新能源需求拉动的新材料
1.1. PVDF 下游附加值高、涨价承受能力强
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，体现为拥有优异的耐老化、耐高低温、绝缘性、耐化学性、耐晒性和阻燃性。
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。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、锂电池隔膜涂层、光伏背板涂层、锂电正极连结剂（与溶剂制成粘性胶液）。
下游受锂电、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。根据百川盈孚，2020 年我国 PVDF 需求为 7 万吨，其中 1.39万吨用于锂电池、0.57 万吨用于光伏，下游需求受新能源崛起拉动高增长。
下游对涨价承受能力强。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。综合来看，PVDF 下游对于涨价承受能力强。
1.1.1. 锂电级 PVDF：电动车、储能拉动下需求端高速扩张
锂电池正极粘结剂：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）。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。
锂电池隔膜涂覆：由于拥有良好的回弹性、气密性，PVDF 薄膜性能优异。其不仅是替代RO 反渗透膜的优异材料，亦是锂电池隔膜的理想材料。传统锂电池隔膜主要使用 PE、PP 等聚烯烃材料。PVDF 应用于湿法隔膜涂敷层，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；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。
发展新能源车对降低我国原油进口依赖具有重要意义。“富煤、缺油、少气”是我国的能源结构特点。根据 EIA，2018 年我国原油产量为每日 481 万桶，占全球总产量 5%。然 而，我国机动车保有量达到 3.72 亿辆居世界第一，使得我国具有庞大的原油需求。根据EIA，2017 年我国原油需求为每日 1357 万桶，占全球 14%居全球第二。巨大的供需缺口使我国成为全世界第一大原油进口国，2019 年原油进口依赖度已达 70.8%，因此从长期看，发展电动车以减少对原油的进口依赖具有重要战略意义。
短期看，2021 年我国新能源汽车景气度持续高涨，1-6 月，新能源汽车产销分别完成121.5、120.6 万辆，同比均增长超过 100%，目前半年累计销量已与 2019 年全年水平持平。中汽协预测 2021 年我国新能源汽车销量预计将达到 240 万台；中期看，根据《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》，到2025年我国新能源汽车渗透率目标为25%。以目前我国汽车产销量测算，按照目标届时我国新能源汽车销量将超过 600 万辆。
新能源车带动新能源电池需求高增长。新能源电池包括动力电池、数码电池、储能电池、轻型机动车电池等。电动车的高景气将带动动力电池需求高增长；并且，无论是传统的煤炭发电还是风力发电、水力发电均为连续发电，而用电需求是间断的，发电的连续性和用电的间断性产生了储能的需求，因而储能电池具有非常广阔的需求前景。在动力、储能电池的拉动下，全球锂电池需求将维持高增长。
预计 2025 年我国锂电级 PVDF 总需求约 5 万吨。根据百川盈孚，截至 2020 年底，我国锂电级 PVDF 需求为 9562 吨，我们建立模型，根据我国新能源汽车未来的预测销量增速进行大致测算，到 2025 年我国锂电级 PVDF 总需求量约为 5 万吨。
1.1.2. 光伏级 PVDF：性能优异的耐老化涂层材料
PVDF 对于太阳能电池背板起重要的防护作用。太阳能电池板截面有光伏玻璃、EVA、太阳能电池片、EVA 和背板五层结构。其中，太阳能背板位于太阳能电池板的背面，对电池片起保护、支撑的作用，需要具备可靠的绝缘性和耐老化性。根据 EnergyTrend，背板一般具有三层结构（PVDF/PET/PVDF），外层 PVDF 具有优异的抗环境侵蚀能力，中间PET 起绝缘功能，内层 PVDF、EVA 有良好的粘接性能。
PVDF 氟膜作为光伏背板耐候涂层，为光伏背板提供耐老化、耐紫外线、耐风沙、耐高低温、阻燃等防护功能，可延长光伏组件的使用寿命。在光伏应用中，需要将 PVDF 制成具有一定拉伸强度的薄膜，并且通过分子设计、物理改性、双拉工艺等方式有效避免开裂、低温横向脆化、韧性不足等问题。
PVDF 具有背板材料中最好的耐老化性。根据杜邦，PET 使用 6 至 10 年损坏率高达 90%， 而高质量的 PVDF 涂敷背板在恶劣的环境下使用长达 25 年。
PVDF 相比替代品具备更好性能的核心原因是氟含量更高。能与 PET 搭配使用，在光伏背板中对 PVDF 产生替代的方案包括了氟碳化合物 PVF、FEVE。在诸多氟碳化合物家族中，PVDF 的特殊之处在于除了 C-F 键外，还有 C-H 键，碳氢键提供了可溶性，使其容易加工，与溶剂混合制成涂层、胶等产品形式应用。而 PVF 同样具有 C-H 键，因此常被用作 PVDF 的替代品。PVF 的含氟量为 41%，FEVE 不足 40%，而 PVDF 的含氟量可高达 59%（阿科玛 Kynar 牌号），因此 PVDF 应用于背板涂层具有更好的性能。
近年来，PVDF 在光伏背板涂层中的份额占比不断提升，已经从 2016 年的 35%上升到了 2019 年的 53%，成为了份额最大的背板涂层材料，足以体现出 PVDF 相对于其它光伏背板防护材料的性能优越性。
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。根据阿科玛的光伏级 Kynar PVDF 膜在美国佛罗里拉南部的耐候性测试结果，阿科玛的 Kynar 牌号 PVDF 光伏料不仅耐候性远胜于不含氟材料、PVF 材料，并且性能优于测试样品中其它厂商生产的光伏级 PVDF 产品。
中国太阳能储量优势显著，发展光伏产业是实现“碳中和、碳达峰”的重要战略途径。中国是全球最大的碳排放国，其中传统火力发电为第一大 CO2 排放行业，排放占比 38%，因此通过发展清洁能源来推动能源演进是实现“碳中和”的重要战略路线。在四大清洁能源中，光伏具备最好的发展前景：1）我国光伏资源储备丰富，为风能的 3 倍，水能的30 倍，目前已开发不足 2%；2）经过十余年技术发展，光伏项目成本持续下降，度电成本仅为 40 美元/MWh，优于煤电、风电、核电。根据《中国可再生能源发展路线图》测算，2050 年我国光伏发电渗透率将由 4%提升至 25%。
我国 2020 年全球光伏新增装机容量 130 GW，我国新增装机容量 48.3 GW，占全球新增比例 37.2%。根据中国光伏业协会预测，“十四五”期间全球光伏装机节奏将稳中有升，乐观情况下，2025 年全国光伏新增装机容量可达 110 GW，较 2020 年增长 127.7%；全球新增达 330 GW，较 2020 年增长 153.8%。
1.1.3. 涂料级 PVDF：高性能涂料的核心原材料
全球万亿涂料市场，树脂是决定其性能的核心材料，PVDF 树脂具有优异的性能。含氟聚合物具有“三高”（高耐候性、高耐热性、高稳定性）、“两憎”（憎水、憎油）的优异性能，可以通过 3000 小时中性盐雾试验，它耐所有的强酸、强碱、强氧化剂。氟碳涂料的适用场景包括：
航空航天涂料：航空航天涂料是工业涂料领域“皇冠上的明珠”，具有最高的技术壁垒。因此航空航天涂料也成为了工业涂料中集中度最高的大领域。在 20 世纪 90 年代，英国Desoto 公司开发出含氟飞机蒙皮涂料后，美国也研制出含氟树脂，并应用在航空战机中，极大提高了飞机涂料的使用寿命。
重防腐工业涂料：基于氟树脂良好的耐老化性、耐化学性、耐候性以及耐盐雾性其在化工储罐、海洋船舶、桥梁等重防腐涂料领域有着广泛的应用。2017 年，我国重防腐涂料市场规模已达 885 亿元，优质的工业涂料树脂在我国具有广阔的需求前景。
海洋防污涂料：根据常州院，含氟涂料具备表面张力低、表面自由能低的特性，海洋生物在其表面难以附着，故可利用自质量或航行中水流冲击作用予以去除。
机场涂料等高性能建筑涂料：根据巨化，北京大兴国际机场采用 70%PVDF 树脂、陶瓷颜料及其他无机颜料配制而成的含氟聚合物涂料，具有优异的抗紫外线功能、突出的色彩持久性及抗粉化，耐化学降解性能。PVDF 涂料还在哈尔滨太平国际机场、首都国际机场、中国上海环球金融中心、马来西亚吉隆坡双子塔、上海东方明珠等建筑上得到应用。
1.1.4. PVDF 是用于全氟磺酸质子交换膜的优异材料
PVDF 是优异的全氟质子交换膜材料。水电解指水分子在直流电的作用下被解离，并在电解槽的阳极和阴极分别析出氧气和氢气，其中质子交换膜（PEM）水电解是最具发展潜力的水电解技术之一，在可再生能源发电及储能领域逐步得到推广，对质子交换膜的需求也随之被拉动。作为水电解槽膜电极的核心部件，质子交换膜（PEM）主要有三大作用：1）传导质子 H+；2）隔离两极的气体，即氢气和氧气；3）起载体的作用，为催化剂提供支撑。PVDF 具备优良的化学稳定性（C-F 键）、气密性和回弹性，是理想的全氟质子交换膜材料。
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