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一、粘結(jié)劑基本情況

鋰電池制造工藝包括：1.極片制備，2.電芯裝配，3.注液，4.化成，5.分容分選。從工藝來(lái)看，粘結(jié)劑與正負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑有相互作用，將這些物質(zhì)粘結(jié)在集流體上，保持充放電時(shí)電極的完整性。

鋰電池制造工藝流程

（一）粘結(jié)劑的特性與分類

由于活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、溶劑不能直接粘粘結(jié)到金屬電極，所以必須使用粘結(jié)劑。粘結(jié)劑將各種成分粘接到一起，形成具有粘附性的材料，然后再和金屬箔粘接在一起。性能優(yōu)異的粘結(jié)劑在漿料介質(zhì)中分散性好，可以將活性物質(zhì)均勻粘附在集流體上，需要對(duì)電極中離子和電子傳輸影響小；需要穩(wěn)定性強(qiáng)。

粘結(jié)劑作用：

1、穩(wěn)定性，維持正負(fù)極活性材料在充放電過(guò)程中結(jié)構(gòu)和體積變化，防止活性材料脫落，提升極片的循環(huán)穩(wěn)定性；

2、降低電池內(nèi)阻，提供電極內(nèi)所需要的電子傳導(dǎo)；

3、改善電解液的潤(rùn)浸性，促進(jìn)鋰離子在電極——電解液界面?zhèn)鬏敗?/p>

鋰電粘結(jié)劑的性能要求：

1、粘結(jié)性能：粘結(jié)劑必須具備粘結(jié)性能好、抗拉強(qiáng)度高、柔韌性好和楊氏模量低等特點(diǎn)，能提供足夠的粘結(jié)強(qiáng)度，以確保在電池生產(chǎn)、使用（存儲(chǔ)、循環(huán)）過(guò)程中，不會(huì)出現(xiàn)活性材料在反復(fù)膨脹和收縮過(guò)程中從極片上脫落失效，以及電極微粒間的結(jié)合不被破壞的現(xiàn)象；

2、化學(xué)穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性：長(zhǎng)期處于高電位（正極粘結(jié)劑）或低電位（負(fù)極粘結(jié)劑）條件下，正極粘結(jié)劑需要在高壓條件下不被氧化，負(fù)極粘結(jié)劑需要在低壓條件下不被還原；在存儲(chǔ)和循環(huán)（電池充放電）過(guò)程中，粘結(jié)劑不與活性材料、Li及其他物質(zhì)發(fā)生副反應(yīng)；

3、電解液相容性：不溶于電解溶液或溶脹系數(shù)小，不與電解液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在電解液中保持形狀、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的穩(wěn)定；

4、加工性能：在漿料介質(zhì)中分散性好，有利于將活性物質(zhì)均勻的粘結(jié)在集流體上，能提供良好的漿料、極片、電池加工性能；

5、動(dòng)力學(xué)性能：對(duì)電極中的電子、離子在電極中傳導(dǎo)的影響小。

鋰電微觀結(jié)構(gòu)示意圖（紅色部分為粘結(jié)劑分布）

漿料微觀結(jié)構(gòu)示意圖（PVDF粘結(jié)劑為例）

根據(jù)粘結(jié)劑和活性物質(zhì)間的相互作用，粘結(jié)劑可分為點(diǎn)-面接觸型粘結(jié)劑，片-面接觸型粘結(jié)劑和網(wǎng)絡(luò)－面接觸型粘結(jié)劑三類。

粘結(jié)劑在鋰電池中的分散情況

按照分散介質(zhì)的性質(zhì)可分為油性粘結(jié)劑和水性粘結(jié)劑。目前，廣泛應(yīng)用的油性粘結(jié)劑主要為聚偏氟乙烯（PVDF），水性粘結(jié)劑主要包括丁苯橡膠（SBR）乳液和羧甲基纖維素（CMC）。此外，聚丙烯酸（PAA）、聚丙烯腈（PAN）和聚丙烯酸酯等水性粘結(jié)劑也占有一定市場(chǎng)。

隔膜粘結(jié)劑主要是以油性PVDF為主，但由于其產(chǎn)能受限，價(jià)格上漲、NMP有毒性等因素，可能會(huì)被PMMA等材料逐步替代。

粘結(jié)劑分類

正性粘結(jié)劑（PVDF)的構(gòu)成與優(yōu)劣勢(shì)

1. 正極binder---PVDF（油系粘結(jié)劑）

PVDF（聚偏氟乙烯）主要是指偏氟乙烯均聚物、偏氟乙烯與其他化合物的共聚物，配合使用的油性溶劑為N-甲基吡咯烷酮（NMP），主要用在正極粘結(jié)劑和隔膜涂層。PVDF是一種非極性鏈狀高分子聚合物，其分子量一般大于30萬(wàn)，是一種絕緣體，是半結(jié)晶性聚合物，結(jié)晶度一般為50％左右，熔融溫度在140-180 ℃之間。

原料R142b（1,1-二氟-1-氯乙烷）產(chǎn)能配額分出廠配額和內(nèi)部配額，環(huán)評(píng)與廠房綁定。1噸PVDF對(duì)應(yīng)約1.8-2噸R142b原材料，R142b的成本顯著影響PVDF的利潤(rùn)率；截至2022年9月，R142b國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)成本約為2萬(wàn)元/噸，市場(chǎng)采購(gòu)價(jià)格約為10.5萬(wàn)元/噸。

PVDF（油系）含氟，以單電形式存在，耐電壓的抗氧化性。正極內(nèi)的電壓在3.6V以上，所以可以用PVDF，但溶劑NMP比較貴。SBR等是水系，SBR遇到正極，在充電的時(shí)候容易溶解，失去作用。PVDF的C-F鍵長(zhǎng)短，鍵能高(486kJ/mol) ，故PVDF具有良好的抗氧化性、耐化學(xué)腐蝕性、耐高溫性，特別是在碳酸酯類溶劑( EC、DEC、DMC 等)中穩(wěn)定性好。

PVDF分子式

分子模型 PVDF作為正極粘結(jié)劑、隔膜涂覆材料進(jìn)入鋰電市場(chǎng)，隨著下游鋰電市場(chǎng)持續(xù)走高，PVDF需求爆發(fā)，目前PVDF占據(jù)正極粘結(jié)劑90%以上的份額，三元電池正極添加量在1%-1.5%（三元顆粒比鐵鋰大，PVDF用量比較少），磷酸鐵鋰電池較三元電池添加量更多。

PVDF在鋰電池里的主要作用

PVDF具有諸多的優(yōu)點(diǎn)：它具有較寬的電化學(xué)穩(wěn)定窗口，在0-5V（Li/Li+）時(shí)電化學(xué)性能穩(wěn)定；同時(shí)PVDF具有較好的抗氧化能力和化學(xué)反應(yīng)惰性，不易變質(zhì)；此外PVDF具有很好溶脹性能，采用PVDF作為粘結(jié)劑的極片電解液潤(rùn)濕性較好。

PVDF具有諸多的缺陷：PVDF是一種半結(jié)晶性的聚合物，雖然有優(yōu)異的電化學(xué)和化學(xué)穩(wěn)定性，但是其本身電子和離子導(dǎo)電性較弱。同時(shí)，PVDF粘結(jié)劑的粘結(jié)作用一般來(lái)自于分子間的范德華力和主鏈上C-F鍵和電極其他物質(zhì)形成的氫鍵，特別是當(dāng)PVDF粘結(jié)劑應(yīng)用在大體積膨脹的硅負(fù)極時(shí)，容易造成容量損失以及導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)斷裂。另外，PVDF吸水后分子量下降，粘性變差，因此對(duì)環(huán)境的濕度要求比較高；PVDF 需要使用 N-甲基吡咯烷酮（NMP）作溶劑，這種溶劑的揮發(fā)溫度較高，有一定的環(huán)境污染，且價(jià)格貴；明顯的不足包括楊氏模量相對(duì)較高，在 1-4GPa 之間，極片的柔韌性不夠好；對(duì)離子和電子絕緣，在電解液中有一定程度的溶脹，且與金屬鋰、LixC6 在較高溫度下發(fā)生放熱反應(yīng)，對(duì)電池的安全性不利。

PVDF粘接機(jī)理：

常規(guī)PVDF主要作用機(jī)理是范德華力，通過(guò)長(zhǎng)鏈上的F原子和極片中的其他組分顆粒形成氫鍵，氫鍵的作用使得各個(gè)組分顆粒串在一起，就是分子間作用力起粘結(jié)作用。而改性PVDF，其作用機(jī)理有兩部分，一部分是高分子量所帶來(lái)的范德華力，另一方面是由于改性所導(dǎo)致的和箔材之間的化學(xué)鍵的作用。

影響PVDF粘結(jié)性的因素主要有分子量大小、結(jié)晶度、PVDF改性、正極材料及導(dǎo)電劑種類等。PVDF分子量越大，粘結(jié)性越強(qiáng)，極片的剝離強(qiáng)度就越大。結(jié)晶度越高，分子鏈之間堆砌的更加緊密，分子間作用力更大，粘結(jié)性更好。

PVDF主要種類：

均聚類PVDF，是VF2的均聚物，如HSV900, 5130等；

共聚物類PVDF，主要使用的是VF2（偏二氟乙烯）/HFP（六氟丙烯）的共聚物，如2801，LBG等。

均聚比較簡(jiǎn)單，共聚比較難。共聚目前國(guó)內(nèi)只有兩三家公司具備能力。

PVDF合成方法：

通常由偏氟乙烯通過(guò)懸浮聚合或乳液聚合而成，反應(yīng)方程式：CH2=CF2→(CH2CF2)n。對(duì)于不同的正極材料，可以應(yīng)用不同方法合成的PVDF，同時(shí)也要和相應(yīng)的勻漿工藝結(jié)合起來(lái)，才能達(dá)到一個(gè)良好的效果。

粘結(jié)劑PVDF的合成方法

懸浮法相對(duì)較難，對(duì)設(shè)備和工藝的要求都比較高，

東岳集團(tuán)目前是乳液法且是均聚為主，懸浮法工藝不成熟，65-70噸/月；

孚諾林具備懸浮和乳液能力，200噸/月，可對(duì)標(biāo)索爾維，使用高鎳三元鋰電池，但其短板是原材料外購(gòu)；

中化藍(lán)天具備懸浮和乳液能力，250噸/月（乳液高，懸浮低），且有原料生產(chǎn)能力，R142b產(chǎn)能1萬(wàn)8千噸。技術(shù)來(lái)源浙江化工院，研發(fā)實(shí)力強(qiáng)；

三愛(ài)富具備乳液法+均聚法，100噸/月，主要用于磷酸鐵鋰市場(chǎng)，市場(chǎng)上這類廠商較多；

東陽(yáng)光是璞泰來(lái)控股50%+，和寧德時(shí)代合作密切，200/月噸用于隔膜涂覆，100噸/月用于極片（乳液法產(chǎn)能高于懸浮）。璞泰來(lái)布局隔膜涂覆（卓高），采用共聚PVDF涂覆。東陽(yáng)光共聚產(chǎn)品性能欠佳，但是和卓高合作開(kāi)發(fā)了一款非共聚，但是能涂覆在隔膜上的產(chǎn)品，據(jù)說(shuō)性能還比較好。還有一部分是用在極片上，采用均聚法。下游客戶為寧德時(shí)代等電芯廠；

浙江巨化具備懸浮和乳液能力，40噸/月，且有R142b產(chǎn)能，占全國(guó)的14%。懸浮法產(chǎn)品用于極片。公司涉足鋰電行業(yè)較少，出貨占比不到4%。但公司競(jìng)爭(zhēng)力較強(qiáng)，因?yàn)榧夹g(shù)實(shí)力強(qiáng)，并有原料保障。

分子量對(duì)PVDF的影響：

不同聚合度的VDF均聚物，其熔點(diǎn)溫度差異不大；PVDF分子量的大小會(huì)影響其在溶劑中的溶解難易程度。

在一定分子量范圍內(nèi)，分子量的提高有助于粘結(jié)力和內(nèi)聚力的提高；

摻雜的-HFP量越多，其結(jié)晶度越低，導(dǎo)致熔點(diǎn)相應(yīng)降低；

結(jié)晶度降低，聚合物溶脹程度增大（甚至溶解）

PVDF面臨的問(wèn)題與挑戰(zhàn)：

PVDF突出的特點(diǎn)是抗氧化還原能力強(qiáng)，熱穩(wěn)定性好，易于分散，但缺點(diǎn)是需要使用NMP作溶劑，價(jià)格貴且有一定的環(huán)境污染；楊氏模量相對(duì)較高，在1-4GPa之間，極片的柔韌性不夠好。

過(guò)高分子量(>150W)對(duì)粘結(jié)力的提升效果不明顯，但會(huì)造成更難溶解。

2. 負(fù)極binder---SBR

SBR（丁苯橡膠乳液）由丁二烯及苯乙烯兩種單體經(jīng)自由基乳液聚合而成。常用的鋰離子電池SBR粘結(jié)劑除上述兩種單體外，通常都引入了新的功能單體，用以提高其離子電導(dǎo)率或粘附力。

通過(guò)調(diào)節(jié)兩種單體的比例從而能制備具有一定粘結(jié)力和模量的粘結(jié)劑。

SBR的種類：

丁苯橡膠乳液：由丁二烯和苯乙烯單體及其他功能單體聚合而成。

苯丙乳液：主要包含苯乙烯和丙烯酸酯兩種單體，丙烯酸酯單體種類較多，常用的包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯等。酯基的存在，增加了binder與電解液的親和性；另外，分子鏈中大量的電負(fù)性元素（具有孤對(duì)電子，在電場(chǎng)的作用下會(huì)不斷與鋰離子發(fā)生絡(luò)合/解絡(luò)反應(yīng)，有利于鋰離子的擴(kuò)散），從而使低溫性能突出。

丙烯酸酯類：又稱純丙乳液，一般會(huì)引入其他功能單體，如丙烯腈單體、含氟單體等，可同時(shí)滿足電解液溶脹及電負(fù)性元素含量?jī)蓚€(gè)因素，因此具有很好的動(dòng)力學(xué)性能。

SBR在石墨電極中的分布：

在負(fù)極體系中，一般來(lái)講CMC是會(huì)包覆于石墨表面存在，而SBR則是一顆一顆的分布于顆粒之間或者顆粒表面。CMC-Na是當(dāng)今世界上使用范圍最廣、用量最大的纖維素種類，是葡萄糖聚合度為100~2000的纖維素衍生物，相對(duì)分子質(zhì)量242.16。白色纖維狀或顆粒狀粉末。無(wú)臭，無(wú)味，無(wú)味，有吸濕性，不溶于有機(jī)溶劑。

負(fù)極粘結(jié)劑SBR和CMC目前鋰電企業(yè)使用進(jìn)口材料較多。日美歐企業(yè)市占率達(dá)到90%。中國(guó)粘結(jié)劑企業(yè)有茵地樂(lè)（SBR）、深圳研一（SBR）、晶瑞電材（CMC+SBR）、松柏化工（CMC+SBR）、金邦電源（CMC+SBR）和重慶力宏（CMC）。

SBR粘接機(jī)理：

SBR表面的基團(tuán)與銅箔表面的基團(tuán)發(fā)生縮合反應(yīng)形成化學(xué)鍵。SBR乳液本身是一個(gè)親水性和疏水性平衡的產(chǎn)物，一方面通過(guò)疏水性和石墨有機(jī)結(jié)合，另一方面通過(guò)親水性基團(tuán)和銅箔表面基團(tuán)發(fā)生縮合反應(yīng)，而CMC作為一種穩(wěn)定劑、懸浮分散劑，對(duì)SBR具有輔助的粘結(jié)作用，同時(shí)可讓SBR分散的更加均勻，同時(shí)利用空間電荷的排斥作用保證整個(gè)體系的穩(wěn)定。

CMC和SBR在石墨負(fù)極中是相互互補(bǔ)，缺一不可，是工業(yè)界長(zhǎng)期實(shí)踐積累的結(jié)果。如果單純使用CMC作為粘結(jié)劑，條件是極片厚度較薄，不進(jìn)行輥壓工藝或者對(duì)極片的壓實(shí)密度不高的情況下；但在實(shí)際極片中，因?yàn)槟芰棵芏鹊囊螅珮O片必須輥壓，而且壓實(shí)密度大，這種情況下是不能單獨(dú)使用CMC粘接劑的，因?yàn)镃MC是脆性的，輥壓后結(jié)構(gòu)就坍塌，極片掉粉嚴(yán)重，不能使用。另外，也不能單獨(dú)使用SBR作為粘接劑，因?yàn)楹茈y制備漿料，SBR沒(méi)有不具備懸浮分散功能，漿料會(huì)發(fā)生沉降，同時(shí)太多的SBR也會(huì)使得極片在電解液中溶脹；而CMC和SBR同時(shí)使用就可以基本解決上述問(wèn)題，因?yàn)槭牧媳旧硎遣挥H水的，很難在水系中分散，使用CMC的一個(gè)作用就是作為分散劑，分散石墨和導(dǎo)電添加劑，另外CMC在水會(huì)形成凝膠，使得漿料變稠，大規(guī)模涂覆時(shí)，因?yàn)槟z結(jié)構(gòu)的存在，既能保水分又能穩(wěn)定漿料，在一定時(shí)間內(nèi)能夠保持漿料的均勻性，有利于大規(guī)模生產(chǎn)；同時(shí)引入SBR，因?yàn)镾BR乳液是溶于水的，SBR本身是柔性材料，具有較好的粘接性能，這樣極片在高壓實(shí)的情況下，極片不會(huì)掉粉，輥壓后的極片粘接強(qiáng)度也高。

合成方法：

SBR是由1,3-丁二烯、苯乙烯合成而來(lái)，一般有乳液聚合和溶液聚合兩種方法。通過(guò)調(diào)整二者的比例，可以得到一系列的不同交聯(lián)度以及不同玻璃化溫度（一個(gè)是發(fā)生形變的溫度，一個(gè)是狀態(tài)從玻璃態(tài)向高彈態(tài)的轉(zhuǎn)變溫度）的產(chǎn)品。

乳液聚合：20世紀(jì)50年代開(kāi)始，工業(yè)生產(chǎn)中普遍將聚合溫度降低到5℃，基本產(chǎn)品是SBR1500，俗稱冷膠。冷膠的生產(chǎn)是把丁二烯單體分散在松香皂或脂肪酸皂作乳化劑的水乳液中，用硫醇作分子量調(diào)節(jié)劑，加入由有機(jī)過(guò)氧化物、亞鐵鹽和活化劑組成的氧化－還原引發(fā)體系進(jìn)行自由基聚合。乳液聚合是在多個(gè)串聯(lián)的釜中連續(xù)進(jìn)行，轉(zhuǎn)化率控制在65％左右。未反應(yīng)的丁二烯和苯乙烯相繼用臥式閃蒸槽和蒸餾塔脫除后，經(jīng)精制再重新使用。脫除了未反應(yīng)單體的共聚物乳液用氯化鈉、氯化鈣和酸等凝聚，生成的橡膠經(jīng)振動(dòng)篩與乳清分離，再經(jīng)脫水、干燥，即得成品。與熱膠相比，冷膠的支化和交聯(lián)程度低，凝膠及低分子量的含量大大減少，性能顯著改善，所以基本上取代了熱膠。

溶液聚合：以丁基鋰為催化劑，在非極性溶劑中合成的丁苯橡膠。溶液聚合丁苯橡膠分嵌段共聚物（即熱塑性橡膠）和無(wú)規(guī)共聚物兩類。溶液聚合丁苯橡膠在共聚合過(guò)程中，有自發(fā)形成聚苯乙烯嵌段的傾向，為了合成苯乙烯在主鏈上無(wú)規(guī)分布（即不含聚苯乙烯嵌段）的共聚物，可采取連續(xù)補(bǔ)加單體、90～150℃高溫聚合,以及添加醚、叔胺、亞磷酸鹽、硫化物或表面活性劑作無(wú)規(guī)劑等措施。

溶液聚合無(wú)規(guī)丁苯橡膠的分子量分布比乳液聚合丁苯橡膠窄，支化度也低。為了減輕生膠的冷流傾向，需在共聚過(guò)程中添加二乙烯基苯或四氯化錫作交聯(lián)劑，使聚合物分子間產(chǎn)生少量交聯(lián)。還可以將分子量不同的共聚物摻混，使分子量分布加寬。溶液聚合無(wú)規(guī)丁苯橡膠的頂式-1,4異構(gòu)體含量為35％～40％，耐磨、撓曲、回彈、生熱等性能比乳液聚合丁苯橡膠好，擠出后收縮小，在一般場(chǎng)合可代替乳液丁苯橡膠，特別適宜制淺色或透明制品，也可以制成充油橡膠。

與溶聚丁苯橡膠工藝相比，乳聚丁苯橡膠工藝在節(jié)約成本方面更占優(yōu)勢(shì)，全球丁苯橡膠裝置約有75%的產(chǎn)能是以乳聚丁苯橡膠工藝為基礎(chǔ)的。乳聚丁苯橡膠具有良好的綜合性能，工藝成熟，應(yīng)用廣泛，產(chǎn)能、產(chǎn)量和消費(fèi)量在丁苯橡膠中均占首位。

SBR面臨的問(wèn)題與挑戰(zhàn)：

針對(duì)目前對(duì)能量密度的需求，SBR及CMC在負(fù)極中的含量總和應(yīng)不超過(guò)2wt%，因此對(duì)SBR的粘結(jié)強(qiáng)度提出了很高的要求，亟需提升SBR粘結(jié)力。

3.粘結(jié)劑市場(chǎng)規(guī)模

PVDF正極粘結(jié)劑市場(chǎng)需求至2025年或達(dá)到249億

負(fù)極粘結(jié)劑市場(chǎng)需求2025年或達(dá)109億

（二）成本

當(dāng)前正極粘結(jié)劑占三元電池成本約1.4%-1.65%

單Gwh三元電池所需正極材料數(shù)量不同，大約為1700-2000噸。

三元電池進(jìn)口級(jí)PVDF添加比例大約在1%，因此單GWh進(jìn)口級(jí)三元電池PVDF使用量在17-20噸；國(guó)產(chǎn)級(jí)PVDF因性能稍遜，假設(shè)添加1.5%，用量25.5-30噸。

進(jìn)口級(jí)PVDF70萬(wàn)元，國(guó)產(chǎn)級(jí)PVDF40萬(wàn)元測(cè)算，單Gwh電池使用進(jìn)口材料后粘結(jié)劑電池成本大約1190-1400萬(wàn)元；參照上市公司當(dāng)前三元電池成本約0.85元/wh，目前單Gwh正極粘結(jié)劑成本占比1.4%-1.65%；使用國(guó)產(chǎn)級(jí)PVDF大約成本占比1.2%-1.41%。

國(guó)產(chǎn)級(jí)綜合成本稍低，但因?yàn)槟壳皣?guó)產(chǎn)級(jí)的PVDF大多還未用在高端鋰電產(chǎn)品上；鋰電PVDF的使用依舊以進(jìn)口材料為主。

單Gwh三元電池正極粘結(jié)劑成本測(cè)算情況（考慮進(jìn)口材料）

單Gwh三元電池正極粘結(jié)劑成本測(cè)算情況（考慮國(guó)產(chǎn)材料）

當(dāng)前負(fù)極粘結(jié)劑約占電池成本比例1.07%-1.37%

當(dāng)前負(fù)極粘結(jié)劑主要使用CMC與SBR組合；目前單GWh電池目前所用人造石墨材料耗量為950-1000噸；

目前石墨負(fù)極在進(jìn)口級(jí)（CMC+SRB）的添加比例為1.5%+1.5%，在國(guó)產(chǎn)級(jí)（CMC+SBR）添加比例假設(shè)同樣為1.5%+1.5% ；

價(jià)格方面目前進(jìn)口級(jí)CMC單價(jià)（粉體）為4萬(wàn)元/噸，進(jìn)口級(jí)SBR單價(jià)為60萬(wàn)元/噸，國(guó)產(chǎn)CMC價(jià)格約2萬(wàn)元/噸，國(guó)產(chǎn)SBR價(jià)格為20萬(wàn)元/噸；

使用進(jìn)口材料下單GWh電池負(fù)極粘結(jié)劑成本約912萬(wàn)-960萬(wàn)元，使用國(guó)產(chǎn)粘結(jié)劑成本約313.5-330萬(wàn)元；

假設(shè)目前按照鐵鋰0.7元/wh，三元0.85元/wh的電池成本計(jì)算，使用進(jìn)口（CMC+SBR）的成本占鐵鋰電池比為1.3%-1.37%，占三元電池比為1.07%-1.13%；使用國(guó)產(chǎn)（CMC+SBR）成本低廉顯著，具備國(guó)產(chǎn)替代可能。

單Gwh電池負(fù)極粘結(jié)劑成本測(cè)算情況（考慮使用進(jìn)口材料）

單Gwh電池負(fù)極粘結(jié)劑成本測(cè)算情況（考慮使用國(guó)產(chǎn)材料）

粘結(jié)劑占三元電池成本2.47%-2.78%，鐵鋰電池3.5%-3.87%

當(dāng)前主流電池廠依舊使用進(jìn)口粘結(jié)劑為主，因此當(dāng)前材料體系下成本測(cè)算以進(jìn)口材料為主；

單GWh三元電池粘結(jié)劑總成本測(cè)算得2102-2360萬(wàn)元，單GWh磷酸鐵鋰電池粘結(jié)劑總成本2452-2710萬(wàn)元；

現(xiàn)有進(jìn)口材料體系下粘結(jié)劑在三元電池中成本占比2.47%-2.78%；磷酸鐵鋰電池中成本占比3.5%-3.87%；

二、水性粘結(jié)劑：國(guó)產(chǎn)替代與技術(shù)迭代并行

（一）水性粘結(jié)劑：油性粘結(jié)劑PVDF的替代品

目前90%正極粘結(jié)劑使用油性粘結(jié)劑PVDF，而PVDF配套溶劑NMP具有毒性風(fēng)險(xiǎn)，歐盟已經(jīng)出臺(tái)相關(guān)政策限制使用NMP；同時(shí)因供需短缺，PVDF自2021年下半年價(jià)格一路上漲，目前國(guó)內(nèi)產(chǎn)品價(jià)格45-50萬(wàn)元/噸，進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格高達(dá)70-80萬(wàn)元，應(yīng)用于電池中成本上漲較多，因此材料企業(yè)、電池企業(yè)正在積極開(kāi)發(fā)價(jià)格更為低廉、更為環(huán)保、性能同樣優(yōu)異的水性粘結(jié)劑替代油性PVDF。

新型水性粘結(jié)劑研發(fā)種類眾多，例如SA（海藻酸鈉），PVA（聚乙烯醇），PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯），HNBR（氫化丁腈橡膠），PTFE（聚四氟乙烯）， PAA（聚丙烯酸），以及天賜材料在新產(chǎn)品發(fā)布會(huì)中提出的P124,T126在產(chǎn)業(yè)中均有嘗試替代PVDF應(yīng)用于正極粘結(jié)劑。

產(chǎn)業(yè)中已經(jīng)出現(xiàn)嘗試替代PVDF的各類水性粘結(jié)劑

水性粘結(jié)劑相較于油性粘結(jié)劑成本較低，替代可能性大

以PTFE/PAA為例，價(jià)格采用PTFE當(dāng)前20-30萬(wàn)元/噸，PAA15-20萬(wàn)元/噸價(jià)格；

在磷酸鐵鋰電池下，使用PTFE 正極粘結(jié)劑單GWh成本為440-750萬(wàn)元，使用PAA目前單GWh成本330-500萬(wàn)元。

相較于使用PVDF，使用水性粘結(jié)劑PTFE/PAA單GWh電池成本較低，對(duì)于目前電池廠采用新型粘結(jié)劑進(jìn)行產(chǎn)品技術(shù)迭代的動(dòng)力較強(qiáng)。

單Gwh磷酸鐵鋰電池正極粘結(jié)劑成本測(cè)算（使用PTFE）

單Gwh磷酸鐵鋰電池正極粘結(jié)劑成本測(cè)算（使用PAA）

（二）水油兩類粘結(jié)劑在正極材料中的優(yōu)劣勢(shì)比較

三元材料下，水性粘結(jié)劑易與三元金屬產(chǎn)生堿性化合物，產(chǎn)生對(duì)極片的腐蝕效應(yīng)，影響電池容性能，目前仍沒(méi)有較好解決方案，故水性粘結(jié)劑不適用于三元。

以PTFE及PAA為例，在磷酸鐵鋰中相較于PVDF，PTFE優(yōu)勢(shì)在于充放電容量更高，離子傳導(dǎo)速率高，阻抗低；PAA在于安全性、穩(wěn)定性強(qiáng)，利于提高電池循環(huán)壽命；但PTFE只適合于中低壓環(huán)境，而使用PAA電池初始容量低于PVDF；因此水性粘結(jié)劑更適用于普通鐵鋰動(dòng)力電池/儲(chǔ)能。

水性粘結(jié)劑與PVDF性能比較

水性正極粘結(jié)劑技術(shù)迭代下的2025年產(chǎn)值空間或達(dá)30億

（三）負(fù)極:國(guó)產(chǎn)粘結(jié)劑CMC+SBR已適用EV鋰電池， 國(guó)產(chǎn)替代空間大

從各項(xiàng)性能指標(biāo)對(duì)比來(lái)看， 國(guó)產(chǎn)CMC在粘度、 取代度上已接近日本大賽璐的產(chǎn)品， 已適用于動(dòng)力電池。SBR方面目前金邦電源， 重慶力宏等企業(yè)產(chǎn)品性能接近于A&L等海外廠商， 已能適用于高能量密度EV電池CMC/SBR在2017年時(shí)國(guó)產(chǎn)化率不足5%（GGII數(shù)據(jù)） ， 目前國(guó)產(chǎn)化率不足10%， 國(guó)產(chǎn)替代空間大。

CMC/SBR國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品性能對(duì)比

國(guó)產(chǎn)替代下， 國(guó)內(nèi)CMC+SBR材料市場(chǎng)需求空間約27.6億

（四）PAA：有效提升硅基負(fù)極中的循環(huán)性能， 抑制材料膨脹

硅基負(fù)極目前存在的問(wèn)題

PAA（聚丙烯酸） 極性基團(tuán)中羧基比例高， 能夠和表面含有羥基等基團(tuán)的活性物質(zhì)形成較強(qiáng)的氫鍵作用：1.促進(jìn)對(duì)材料的分散穩(wěn)定性， 也有效抑制硅負(fù)極材料體積膨脹。2.極性基團(tuán)通過(guò)氫鍵與硅材料表面， 促進(jìn)SEI膜的形成， 促進(jìn)循環(huán)性能提升。

PAA粘結(jié)劑能有效控制材料體積膨脹

在與硅材料反應(yīng)后， LiPAA在循環(huán)次數(shù)增加下， 性能保持優(yōu)異

PAA產(chǎn)品最早由日本、 歐美企業(yè)研發(fā)生產(chǎn)， 國(guó)內(nèi)企業(yè)如回天新材、 茵地樂(lè)、 藍(lán)海黑石， 長(zhǎng)興材料， 深圳研一等均有PAA產(chǎn)品研發(fā)布局。用途方面， 各家企業(yè)PAA系項(xiàng)目主要用于硅基負(fù)極， 部分用于正極， 隔膜涂覆。回天新材最新發(fā)布可轉(zhuǎn)債項(xiàng)目書顯示， 投資3.15億工程款規(guī)劃5.1萬(wàn)噸PAA項(xiàng)目， 單噸PAA資本開(kāi)支約在0.6萬(wàn)元/噸。

假設(shè)中性/樂(lè)觀情況下2025年硅基負(fù)極的滲透率達(dá)到17/22%， 全球負(fù)極需求量220/240萬(wàn)噸， 動(dòng)力電池占比67%/70%；

PAA添加比例為3%， 單價(jià)為15萬(wàn)元；

2025年負(fù)極粘結(jié)劑中性/樂(lè)觀情況下市場(chǎng)空間為17/24億元；

正極部分考慮PVDF替代品眾多， 中性/樂(lè)觀情況下滲透率分別為20%/40%， PAA正極部分市場(chǎng)空間為10.7/21.4億元；

PAA正極+負(fù)極粘結(jié)劑2025年合計(jì)市場(chǎng)空間中性/樂(lè)觀下為27.7/45.4億元。

4680電池包電芯排列設(shè)計(jì)圖

單GWh4680電池使用粘結(jié)劑情況測(cè)算

三、總結(jié)

? 正極方面由于PVDF價(jià)格昂貴且配套溶劑NMP存在毒性， 目前行業(yè)內(nèi)開(kāi)發(fā)新型粘結(jié)劑替代PVDF， 水性粘結(jié)劑在磷酸鐵鋰正極的產(chǎn)值空間或達(dá)到30億；

? 負(fù)極粘結(jié)劑（CMC+SBR） 國(guó)產(chǎn)材料性能與國(guó)外接近， 且價(jià)格低廉， 預(yù)計(jì)國(guó)產(chǎn)材料的需求空間或達(dá)到27.6億；

? PAA（硅基負(fù)極使用） 預(yù)計(jì)市場(chǎng)空間為17-24億；若PAA完成正極粘結(jié)劑部分替代， 正負(fù)極合計(jì)市場(chǎng)空間可達(dá)到28-45億；

? 4680電池在粘結(jié)劑用量上增情況下， 預(yù)計(jì)單Gwh粘結(jié)劑價(jià)值量將達(dá)到2380萬(wàn)元。

正負(fù)極粘結(jié)劑國(guó)產(chǎn)替代與技術(shù)迭代情況

審核編輯 黃宇