PVDF（聚偏氟乙烯）在各个领域的应用

时间：2024-11-26

PVDF行业深度：锂电材料真霸主，小产品迎大机遇

PVDF（聚偏氟乙烯）是含氟树脂中用量*二大的材料，具备较高的化学稳定性和良好的机械性能，广泛用于航空航天、新能源、环保、医疗等性能要求较为严苛的领域，产品附加价值较高。产业链中，电石和萤石为初级原料，R142b 以及 VDF 单体作为中间体，VDF 单体聚合形成 PVDF 聚合物。PVDF 产品性能存在较大差异，可分为常规级产品和锂电级产品；常规级PVDF 产品主要用于制备涂料、耐腐蚀塑料、滤膜、光伏背板膜等；锂电级 PVDF 主要用于制备锂电池正极油性粘结剂，用量较小，但相比常规级 PVDF 性能要求较高，市场价值也较高。

耐老化和易于加工，应用前景广阔。PVDF 同时具有耐老化和易于加工的性能，性质上兼具高强氟树脂的化学稳定性和通用树脂的易加工性。此外，PVDF 还具有耐老性、压电性、低介电损耗性、热电性、耐溶胀性等其他特殊性能，较大的丰富了其应用场景。PVDF 在锂电池中应用于正极粘结剂和隔膜涂敷，适配锂电池的工作环境主要得益于其优质的耐老化性、低介电损耗，以及在电极溶剂中的耐溶胀性。

耐老化性：具备较长的循环寿命；低介电损耗：对于电极的充放电干预较少；耐溶胀性：溶解于正极浆料溶剂 NMP 且不易溶胀，电池粘结剂溶胀会导致较片的厚度增加膨胀，不利于电池的充放电循环。

非同质化产品，终端应用广泛。PVDF 产业链较长，资源端为电石和萤石，二者制备成乙炔、氢氟酸等基础原料，再合成关键中间体 R142b。R142b 是单体 VDF 主流工业制备方案的原料，除用于化工生产外，也是一种氟利昂制冷剂。

PVDF 是非同质化产品，存在牌号差异。PVDF 产品的非同质源于分子量、平均聚合度、端基、共聚时添加单体的不同等，不同型号的 PVDF 产品适配不同应用场景。根据应用领域，PVDF 可分为常规级产品和锂电粘结剂产品，常规级 PVDF 应用于涂料、注塑、滤膜、光伏背板、隔膜涂敷等领域，锂电粘结剂 PVDF 属于较高端的产品型号，是较常用的正极油性粘结剂。

PVDF 生产厂商根据不同的下游应用场景，生产定制化产品。以东岳集团子公司山东华夏神舟新材料为例，其 PVDF 氟树脂产品有多种型号，分为涂料用、膜用、锂电池用、模塑用等等，锂电池粘结剂 PVDF 产品价格相对较高。

需求端：刚性具备需求，锂电驱动发展PVDF 在 1961 年由美国 Pennwalt 公司首先实现商品化，20 世纪 90 年代后在我国首先应用于涂料领域。进入 21 世纪，我国基建、工业、科技飞速发展，PVDF 在建筑、化工防腐、电气电子、水处理、新能源等领域应用范围持续拓宽，市场规模逐渐扩大。2013-2021 年我国 PVDF 表观消费量从 1.2 万吨增长至 4.8 万吨，年复合增长率高达19.0%。

从消费结构上看，2020 年常规级 PVDF 占比逾八成，涂料、注塑、水处理膜、太阳能背板膜的消费占比分别达到 37%、21%、13%和 10%，整体需求增长平稳。

常规级 PVDF 往往作为特种材料，满足较高的耐候性、耐腐蚀性等要求。涂料领域：PVDF 涂料采用 PVDF 氟树脂和耐候性较好的特殊颜料为主要成分，户外使用达 20 年以上，写字楼、商业建筑、机场等建筑主要选用 PVDF 涂料。注塑领域：PVDF 加工性能优异，可通过挤出成型等方法加工为薄膜、片材、管材、棒材等，具备良好的耐化学性、加工性、抗疲劳和蠕变性，常用于反应釜。光伏领域：PVDF 是优异的光伏背板氟膜材料，阻燃性好于传统 PVF 材料，优秀的耐候性使 PVDF 能长时间曝光于阳光、空气中**化，使用寿命可达 50 年。滤膜领域：PVDF 不易吸附**物，具备良好抗污性能，相对于 PES/PS/PVC 膜等材料具有耐氧化性，耐频繁化学清洗，机械强度高。

锂电粘结剂 PVDF 在全部正极粘结剂的市场渗透率高达 90%。PVDF 在正极上可以粘接活性物质、导电剂和集流体，保持活性物质制浆时的均匀性和稳定性，提供电极内所需的电子传导，对电池的容量维持、使用寿命、稳定性等起到至关重要的作用。

锂电粘结剂 PVDF 在其应用领域内无成熟替代品，需求具备刚性。常规级 PVDF 在涂料、注塑领域的应用主要因为其相对传统树脂材料更为稳定，起到“锦上添花”的作用，存在替代品；在光伏背板氟膜领域受双玻组件占比上升影响，存在被逐渐替代的可能性；在隔膜涂敷领域受到 PAA、PMMA 等替代材料冲击。锂电粘结剂 PVDF 是锂电池的核心辅材，与溶剂 NMP 经过复杂的比例调整搭配使用。粘结剂用量较小，但性能优劣直接影响电池的各项电化学性能，即使有新型粘结剂的出现，实际应用前也须通过下游漫长而严苛的测试。因此锂电粘结剂 PVDF 具备较强的需求刚性。

锂电粘结剂 PVDF 占下游成本低，有提价潜力。以宁德时代 2020 年 3.48 亿/GWh 的原料采购成本测算，PVDF 仅占其采购成本的约 1.7%（按照 PVDF 添加量50 吨/GWh，2020 年锂电用 PVDF 价格 11 万元/吨测算）。2021 年来，尽管 PVDF 价格飙升，但在锂电材料整体价格大涨的背景下，其成本占比也仅上升至约 5%。假设其他材料价格保持不变，未来锂电正极粘结剂级 PVDF 每涨价 10 万元/吨，成本占比提升仅约 1%，其价格上涨对下游电池厂成本端影响较小，仍具备潜在提价潜力。

锂电高速成长赛道，拉动粘结剂产品需求高增受益新能源高速成长赛道，锂电粘结剂 PVDF 需求进入放量期。受益于近年新能源汽车产量的快速增长，动力电池需求保持快速增加，预计 2025 年**新能源汽车产量可达2318 万辆，较 2021 年增长 269.0%，2021 到 2025 年复合增长率高达 38.6%。电动车外，储能、3C 等需求同样增长可观，预计 2021 到 2025 年，**锂电总装机量年复合增速可达 35.2%。受益于下游锂电池装机需求高速增长，锂电粘结剂 PVDF 的需求将有较快增长。

铁锂正极出货占比提升，带动 PVDF 粘结剂需求上行。正极材料结构性的变化也会带动PVDF 需求量上行。与三元正极相比，铁锂正极的活性物质颗粒更小，所需 PVDF 正极粘结剂也更多，添加量为 3.5%（质量分数），较三元正极添加量 1.5%（质量分数）有明显提升。锂电行业的高速增长和铁锂正极渗透率提升的结构性变化，我国锂电级 PVDF 需求增长十分可观，预计将由 2021 年的 2.5 万吨增长至 2024 年的 9.4 万吨，2021 至2024 年复合增长率高达 55.5%。

供给端：**寡占技术，原料供给受限2021 年我国 PVDF 产能约 7.1 万吨/年，产业规模化起步时间相比欧美较晚。2020 年及以前，我国 PVDF 行业开工率较低，主要由于市场以低端注塑级产品为主，行业供给过剩，竞争激烈，行业开工率只有不足 70%。2021 年，受益于地产竣工景气的涂料等需求提升和锂电池快速放量，PVDF 需求大幅放量，行业开工率一度上升至 90%以上，根据百川盈孚数据，2021 年我国 PVDF 行业开工负荷高达 82%。行业集中度较高，外资企业技术良好。当前我国 PVDF 行业有 10 余家生产企业，行业集中度较高，CR4 达 60%，三家外资企业（法国阿科玛、比利时索尔维、日本吴羽株式会社）产能占比约 37%。法国阿科玛、东岳集团 PVDF 产能分别为 14500 吨/年、12000吨/年，规模**行业。

粘结剂产品生产壁垒高，寡头垄断市场我国于 20 世纪 60 年代展开 PVDF 聚合工艺探究，当前常规级 PVDF 的生产技术已较为成熟，几乎不存在技术壁垒，锂电粘结剂 PVDF 生产技术要求较高，只有少数企业掌握并具备量产能力。常规以均聚为主的 PVDF 产品难以满足锂电池粘结剂的使用要求。具体表现为：易结晶使得电解液分子难以流通，充放电复合增大；收缩率和集流体的收缩率差异较大，活性物质易从集流体剥离；分子量不足导致粘结能力不足等。因此锂电粘结剂 PVDF 一般选用 PVDF 均聚物改性，以解决降低结晶度、提高粘结性、适当的分子质量和对电解液的溶胀性等问题。聚合物改性的方法、共聚单体的选取、设备参数的设定等都需要复杂的研发、测试，难度较大。

针对锂电粘结剂 PVDF 性能要求，生产厂商提供的产品解决方案不同。聚合方式对于PVDF 的性能具有重要影响，两种聚合方式的介质、引发剂、链转移剂、分散稳定剂以及后处理方法均不同，工艺相差很大，性能各有多长。阿科玛采取乳液聚合工艺，产品HSV900 具备较低的结晶度，吴羽采用悬浮聚合工艺，代表产品 PVDF7300 溶胀度较小、剥离强度较大。由于技术壁垒高，少数 PVDF 能够量产通过电池厂商验证的锂电粘结剂 PVDF 产品，2021 年我国锂电粘结剂 PVDF 年产能预计仅 1.9 万吨/年。

原料 R142b 流通受制，PVDF 投产周期较长配额政策限制关键原料 R142b 供给，PVDF 产能放量受限。R142b 为 PVDF 单体 VDF 的主要原料，属于 HCFCs 型（氢氯氟烃）*二代含氟制冷剂，由于环保不达标，已不符合我国对于环保新型制冷剂要求零 ODP、低 GWP，即将被*三代制冷剂所取代。我国已制定了具体的*二代制冷剂生产配额制度，总生产配额逐渐缩减。2021 年我国用于制冷剂用途的 R142b 总生产配额为 13890 吨，计划逐年缩减后于 2030 年清零。生态环境部于 2018 年发布的《关于生产和使用消耗臭氧层物质建设项目管理有关工作的通知》中明确规定：“新建、改建、扩建生产化工原料用途的消耗臭氧层物质（包含R142b）的建设项目，生产的消耗臭氧层物质仅用于企业自身下游化工产品的**原料用途，不得对外销售”。原有 R142b 配额逐年减少，新增产能不允许出厂上市，R142b流通环节受阻，原料限制导致部分 PVDF 生产企业开工不满。

原料涉及危险化学，审批难度较大。R142b-PVDF 一体化生产过程涉及多种危毒化学品，乙炔和 VDF 是易燃易爆的危化品，而 R142b 制备过程中添加的氯气也是剧毒物质，受到严格管控。由于原料 R142b 受到严格管控，现有 PVDF 新建项目大部分为配套原料 R142b 的一体化装置，一体化装置生产过程中涉及较多危毒物质，审批难度大。在近年化工安全生产监管趋严的大背景下，项目的审批面临较严重的考验。

PVDF 生产工艺复杂，装置建设周期较长。仅从 R142b 制备 PVDF 就须经历十余步骤，过程冗长，装置较多，生产建设繁复，装置投资规模高。锂电粘结剂 PVDF 装置要求更高，且需额外改性调试、后期加工、并通过下游验证，达到使用条件耗时常**预期。东岳集团（2019 年 4 月二期项目环评）、巨化股份（2014 年 12 月项目环评）、昊华科技（2016 年 7 月项目环评）的粘结剂 PVDF 项目实际达产时间均较预期延后。锂电需求高速增长影响，PVDF 粘结剂需求暴增，内外资企业纷纷布局扩产 PVDF 产能，在建及规划用于锂电池粘结剂的 PVDF 新产能预计高达 12.4 万吨/年，但投产进度普遍较慢，多集中在 2022 年底后投产。

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