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中国化学突破技术壁垒:5万吨/年UHMWPE项目开工,锂电隔膜成最大下游领域

文章作者:作者 人气:发表时间:2023-10-16 16:35:46

10月10日,陕西省榆林高新区2023年第四季度重点项目集中开工,开工仪式在中国化学年产5万吨超高分子量聚乙烯树脂项目现场举行。

由中国化学城投公司投资建设的年产5万吨超高分子量聚乙烯树脂项目,采用中国化学自主知识产权工艺技术,解决了超高分子量聚乙烯合成中催化剂制备、聚合工艺以及聚合工艺与催化剂的配合等工程化难题,是中国化学实现科技成果转化、进军新能源材料等领域的又一标志性实业项目。

中国化学突破技术壁垒:5万吨/年UHMWPE项目开工,锂电隔膜成最大下游领域

1、超高分子量聚乙烯树脂

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种性能非常优异的高端聚乙烯,美国材料实验协会ASTM D4020将其定义为重均分子量(Mw)在300万g/mol以上的聚乙烯,国际标准化组织ISO 11542将其定义为粘均分子量(Mv)在150万g/mol以上的线型聚乙烯。

需要特别指出的是,分子量范围介于30 万~150万g/mol间的聚乙烯材料与通用聚乙烯在性能上已经体现出了较为明显的差异,但又无法达到超高分子量聚乙烯的性能要求,行业将这类材料称之为“特高分子量聚乙烯(Very-highmolecule weight polyethylene,VHMWPE)”。由于其目前在锂电池隔膜领域有较大的市场,因此经常与超高分子量聚乙烯相提并论。

UHMWPE具有低密度、低吸水性、耐磨损、抗冲击等优良性质,可用于制作纤维、锂电池隔膜、板材、管材、型材等,广泛应用于国防军工、新能源材料、石油化工、矿山冶金电力等领域。近几年随着湿法锂电池隔膜等需求的迅猛增长以及高性能UHMWPE纤维等需求的逐年攀升,带动超高分子量聚乙烯行业快速发展,越来越多企业开始关注并入局这一行业。

随着我国近两年产业快速发展,以上种类UHMWPE均已有较强的制造能力。而在锂电隔膜领域,产品分子量大于500万,我国自主供应能力差,仍面临发展瓶颈。

2、全球新增产能主要来自中国,锂电隔膜成最大下游领域

2022年,全球UHMWPE产能约45.4万吨/年, 产能区域集中度高,亚洲产能23.2万吨/年,占全球产能51.8%;北美产能11万吨/年,占比24.2%;欧洲产能18.1万吨/年,占比17.7%;其他地区产能4万吨/年,占比8.8%。2022年产能较2021年40.6万吨/年同比增长11.8%,主要增长来自于中国新建扩建项目。

塞拉尼斯是全球最大,产品体系最完整的UHMWPE制造商,设有德国奥伯豪森、美国得克萨斯州毕肖普,以及中国南京三大生产基地,产品辐射全球,向全球尤其是中国供应大量锂电池隔膜级UHMWPE。布拉斯科是南美最大的热塑性树脂生产商和全球生物聚合物领导者,产品注重于美洲市场。帝斯曼主要生产纤维级产品,主要为其纤维制造提供原材料。日本帝人、旭化成、三井化学等企业规模较小,产品主要供给过滤、纤维、锂电池隔膜等行业,附加值较高。

中国化学突破技术壁垒:5万吨/年UHMWPE项目开工,锂电隔膜成最大下游领域

过去5年,全球UHMWPE需求高速增长,年均增长率超10%,2022年全球UHMWPE消费量约为40.8万吨。主要驱动因素来自于新能源汽车等终端应用快速发展,促进锂电池隔膜出货量大幅提升,其中中国需求量增速最快,是全球最大的消费市场。

根据全球湿法锂电池隔膜出货量估算,目前锂电池隔膜已代替纤维成为全球UHMWPE最大的下游应用领域,2022年消费量约13.3万吨。UHMWPE湿法隔膜尽管工艺较为复杂,但产品性能较PP干法隔膜优势明显,市场占有率稳步提升。

UHMWPE纤维具有结构轻薄、高抗冲击性能以及高抗拉性能,能够广泛应用于制造头盔、防弹衣、高性能绳索、医疗用防切割手套等领域,2022年消费量约为12万吨;其余板材、管材的制品消费量增速较慢,2022年合计消费量约15.5万吨。

3、中国UHMWPE生产企业逾10家,但锂电池膈膜料生产企业仅5家

供应情况分析

截至2023年3月,我国UHMWPE生产企业数量逾10家,产能合计23.15万吨/年,其中华东区域产能为14.65万吨/年,占比63%。目前国产产品中,板材料、管材料供应充足,2022年纤维料企业与下游纤维生产企业加强合作,供应能力与产品品质有较大提升。

我国锂电池膈膜料具备生产能力的企业数量较少,同时部分产品品质与进口产品相比还存在差距,进口依赖度相对较高。

我国能够生产锂电池膈膜料的企业仅有5家,分别为塞拉尼斯(南京)、扬子石化、河南沃森、斯尔邦石化和燕山石化。另有大庆石化具备生产能力但无专用装置生产,多数为新建设产能。2022-2023年投产的斯尔邦石化新建项目和河南沃森扩建项目均具备生产锂电池隔膜料的能力,但锂电行业原材料多,产业链长,认证流程复杂,新增产能投入市场需要一定周期。

2022年向我国湿法薄膜企业供应UHMWPE原料的企业仍仅有塞拉尼斯(国内外基地),扬子石化和燕山石化。

市场需求分析

我国2022年UHMWPE消费量约23万吨,与全球总消费量格局不同,我国将近半数用作生产锂电池隔膜。

在新能源汽车高速发展的背景下,自2020年起,我国UHMWPE在锂电池隔膜领域需求量逐年激增,并在2021开始成为我国消费量最大的领域。我国是全球最大的锂电池隔膜生产国,湿法隔膜出货量在全球占比超80%。其中约95%湿法隔膜采用UHMWPE作为原料,其余少部分使用HDPE(因2022年UHMWPE隔膜料供应能力不足,该比例有所增加)。

根据2022年湿法薄膜出货量测算,我国隔膜料消费量约为10.7万吨,较2021年6.4万吨增长67.2%。我国2022年全年稳定连续生产薄膜料的企业仅有塞拉尼斯(南京)和扬子石化两家企业,合计产能5.5万吨/年。此外,燕山石化间歇少量生产锂电池薄膜料,产量在千吨级,考虑到以上装置检修和部分时间生产高端纤维料,我国超半数隔膜料需要进口,2022年约有5.8万吨的供应缺口。

板材、异型材与棒材等其它材料是我国第二大消费领域,2022年消费量约为6.5万吨。该类产品生产工艺相对简单、设备投资规模不大,因此生产厂家以中小企业为主,生产规模普遍较小,生产的制品主要应用在纺织、煤炭、化工和机械制造等传统工业领域。产品的生产和应用相对较为成熟,近年来消费量整体呈平稳增长态势且开始部分出口。

UHMWPE纤维是继碳纤维、芳纶纤维之后的第三代高性能纤维,是目前世界上比强度最高的纤维,广泛应用于海洋产业、安全防护、纺织、体育器材以及医疗、建筑和运输等其他领域。我国高性能UHMWPE纤维料一直处于供不应求的状态,2022年也有下游纤维企业规划向上游布局,自主生产UHMWPE纤维料,2022年消费量约为3.3万吨,增幅约为32%。

我国UHMWPE在工业管材领域消费量增速偏慢,由于UHMWPE分子量高、分子链高度缠结、熔体粘度高,导致UHMWPE管材的加工难度大,下游企业生产速度大大低于普通塑料管材制品的生产速度。主要应用在石油化工、煤炭、采矿、电力等重工业行业,2022年消费量2万余吨。

我国UHMWPE还应用在滤材、薄膜及医用材料等其他领域,受限于技术,成本等原因,生产规模普遍较小,研发难度大,发展偏慢。我国年消费量在5000吨上下。

未来三年我国仍将保持全球最大的锂离子电池隔膜生产国与出口国的地位,中国主要湿法隔膜生产企业均具有较大扩产计划以满足全球锂离子电池的需求增长。同时,我国湿法隔膜龙头企业纷纷加入海外建厂,将中游产业转移至上下游企业附近,实现海外产销一体化。因此综合来看,未来三年我国UHMWPE隔膜料需求量增速将不会大幅领先于世界增速,预计在22%上下。

在全球消费量高速增长的背景下,国内外企业为抓住机遇,先后布局新建扩产项目,目前国内外规划新增产能38.9万吨/年,其中35.5万吨/年集中在中国。以上产能全部投产后,全球UHMWPE产能将达到84.3万吨/年,我国产能将达到58.7万吨/年。届时,我国供应能力将超过下游消费量,或将形成激烈竞争的市场格局。