博海拾贝 文摘 电池隔膜的中场战事

电池隔膜的中场战事

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文/熊宇翔  编辑/罗松松

来源:远川商业评论

2009年,轰轰烈烈的新能源汽车补贴拉开大幕,资本市场看到了一个全新产业的机会,但负责此事的时任工信部副部长苗圩眼里却全是挑战。在次年1月的北大光华新年论坛上,苗部长语重心长:“最大的问题是电池,电池最大的问题是占30%左右成本的隔膜,这种隔膜我们一家都做不了[1]”。

顾名思义,隔膜的作用是分隔正极和负极,避免电池短路。它的原材料分为聚乙烯(PE),聚丙烯(PP),前者主要用于三元锂电池,后者多用于磷酸铁锂电池,它的存在直接决定了电池安全、能量密度、充放电倍率以及循环寿命等指标。2017年三星note7爆炸,便是因设计问题导致隔膜受损。而今年通用召回14万辆电动汽车,原因也指向了电池隔膜起皱。

但十多年前,中国人对这张细如发丝又无比重要的塑料膜无计可施,只能有求于欧美和日本。日本厂商要求提前45天打款,并且还会审查资质,禁止中国进口用于军事用途。

隔膜有如此强的卡脖子能力,在于几个特点:

第一,它属于绝对的技术密集型,自动化水平极高,不可能上演徒手拉膜的神技,因此中国的人口红利派不上多大用场;其次,资金门槛高,在中国隔膜产业刚起步的2006年,仅一条湿法产线投资就2000万元起步;除此之外,供应链认证周期长,国内为一年,国外长达两年,待到大规模供货,三、四年就过去了,但中国中小企业平均寿命都不到三年。

然而,随着中国新能源汽车产业的崛起,锂电产业链实现了全面国产替代,隔膜也不例外。2020年,全球锂电池隔膜出货62.8亿平米,中国出货38.7亿平米,产量占比61.6%,催生了一批小巨头,包括拿下全球20%市场,市值超过2500亿的恩捷股份。

通过对隔膜行业和恩捷的回溯,我们试图回答三个问题:

1. 隔膜产业变迁背后的根本原因是什么?

2. 恩捷为什么能成为全球电池隔膜龙头?

3. 隔膜的下一个战场在哪里?

无形的手

纵观过去三十年,全球锂电产业每次变迁背后都离不开一只无形的手:终端,下游终端产品的变化直接影响上游供应链的产业格局,隔膜是一个典型。

1. 从消费电子到电动车

2010年之前,锂电池主要用在手机、笔记本电脑和MP3等3C产品上,日本三洋、松下、索尼、日立等少数公司凭借下先发优势和技术实力占据了50%的市场。在隔膜领域,日本更是一家独大,一直到2013年,全球市场份额稳定在5成以上。

中国虽然从上世纪90年代开始研究隔膜,但第一批企业出现已经是2003年前后的事,2009年左右才开始出货,8成以上都需要进口,一直到2011年,国内隔膜的出货量只有0.98亿平方米,市场规模只有5.4亿元。

当时,隔膜主要用于消费电子领域,不过一部手机只需一块电池,一部笔记本电脑需要六块,但是一部续航400公里以上的电动车至少需要上千块,对隔膜的需求和3C不在一个级别。尽管2010年中国新能源汽车销量尚不到2万辆,但一个巨大的风口已经近在眼前。

2015年,在新一轮的巨额补贴刺激之下,中国新能源汽车销量暴增近4倍达到33万辆,超越美国成为全球最大的新能源汽车产销国,动力电池出货量达到15.7GWh,迸发的国产替代需求带着国内隔膜产业开始起飞。当年隔膜国产化率提升到45.5%,出货量提升到6.28亿平米。

锂电池下游应用从3C电池向动力电池的加速转移,为国产隔膜的产业升级提供了一个巨大的舞台。

2. 从干法为主到湿法为主

隔膜的主要技术路线分为干法、湿法,前者工艺更简单、成本低、耐高温安全性好,但更厚更重,会拉低电池能量密度,所以更契合磷酸铁锂电池;后者工艺复杂、成本高、耐热性稍差,但较轻薄,能提升能量密度,因此主要用于三元锂电池。

国内绝大多数隔膜企业早期选择了成本较低、更易上手的干法路线,也符合当时下游的主流需求——从2010年到2016年,磷酸铁锂因为其安全性优势被车企优先采用,出货量一直力压三元锂。但当时磷酸铁锂不耐冻、能量密度低的问题未能解决,占新能源汽车销售大头的乘用车在逐渐倒向三元锂,湿法隔膜的市占率其实已经在逐年走高。

而2016年末,政府出台了新的补贴政策,将电池能量密度纳入考核标准,一举将三元锂电池送上快车道,也让湿法隔膜反超干法成为主流技术。湿法隔膜工艺比干法更复杂,但售价也更高。这次技术路线切换,为国产隔膜提供了一个量价齐升的超车机会,一批有竞争力的隔膜企业脱颖而出,冲向了原本被日本占据的价值高地。

2015年,世界排名第一的日本旭化成为应对竞争,收购世界第二的美国Celgard,组成了一支全球市占率36%的银河战舰,但依然未能挡住中国的前进步伐。2018年,旭化成第一次丢掉了世界第一的宝座,接替者正是恩捷股份。

国产逆袭

2010年,上海恩捷在浦东成立,8年之后就取代前任世界霸主。在制造业这样的速度超乎想象,但在剧变的锂电产业中则合情合理。隔膜企业的兴替,直接取决于下游电池厂的选择与业绩。火车跑得快,全凭车头带,而恩捷的火车头是开了挂的宁德时代。

2015年,恩捷成为宁德时代的隔膜供应商。2015年-2020年,宁德时代动力电池出货量翻了20倍,从2.52GWh增长到51.71GWh。恩捷的隔膜销量则涨了30倍还多,从0.41亿平米增加到13亿平米。

能搭上宁德时代这班车,恩捷的过往积累与技术路线选择起了关键作用。

恩捷的创办者李晓明、李晓华兄弟大概是行业里专业最对口的企业家——他们从马萨诸塞大学高分子材料专业硕士毕业后,在美国塑料包装公司工作,1996年回国创业。两人先创办的“云南恩捷新材料”主营BOPP膜、香烟包装膜等传统产品,公司营收达上亿规模。因为生产BOPP膜的设备与工艺和隔膜相仿,两人又创办了上海恩捷生产湿法隔膜。

因为有云南恩捷的积累,上海恩捷的创业过程,其实是踩在兄弟公司肩上的高举高打,资金、工艺经验、技术人才兼备。同时,恩捷成立便全力押注湿法隔膜,又预判了下游的需求。

上海恩捷成立后,从日本制钢所进口了一条隔膜生产线,后者1958年进入隔膜制造设备行业,产品以稳定、品质好、能耗低著称,每年供应有限,需要提前预订。

日本制钢所的双向拉伸薄膜生产线日本制钢所的双向拉伸薄膜生产线

买来容易转起来难。恩捷调试了三年,才开始有产品产出,但这已属不易。南洋科技(已更名航天彩虹)2012年花1500万欧元从德国购买一条隔膜产线,调试了8年多也没成功量产,今年含泪将产线挂牌转让。[3]

恩捷则在先进设备和工艺积累加持下,湿法隔膜很快达到国外主流水准,在度过产能与良率爬坡期后,2015年打入了国内外电池大厂的供应链,尤其是当时力推三元锂,对湿法隔膜需求大增的宁德时代,命运由此改写。

国内最早成立的隔膜企业星源材质,那时则在据守干法,大客户是比亚迪与LG,直到2018年才挤入宁德时代供应链,起个大早赶个晚集。

选对技术,找对客户,是隔膜新龙头崛起的必要条件,但并不充分。归根结底,隔膜的竞争还是制造业的内里——扩产能,降成本,将规模效应发挥到极致。

恩捷在2014年市占率不足1%,远不如星源材质、中科科技等公司,即便是到2016年也没有和竞争对手拉开太大差距, 市场份额只比星源材质多0.2个百分点。但正是在这一年,恩捷开启了倍增式产能扩张。

2017年,恩捷在珠海的12条产线开工,2018年产线贯通后,恩捷的名义产能从3亿平米提升至13亿平米。这对恩捷来说,绝对是一场豪赌。因为在2018-2019年,中国新能源汽车销量因为补贴退坡等原因首度负增长,恩捷的股价也一路震荡向下,从2017年年底的41块钱降到2019年的26块钱左右。

但当恩捷顶住压力拼命上产能,它的国内同行们在忙于技术路线的切换,而海外对手旭化成、东丽、SKI等,则因成本高、环评难、下游需求不明确等问题,扩产相对谨慎。

相较之下,在2017-2020三年时间中,恩捷通过新建、收购总共获得了40条隔膜产线,到2020年累计产能高达33亿平米。终于,当2020年下半年全球新能源汽车市场销量开始猛增时,恩捷也迎来爆发,当年出货达13亿平米。

恩捷的提前卡位正应了曾毓群的那句“赌性更坚强”,但作为技术密集型的制造业,只会赌是不行的,恩捷在大肆扩张后隔膜毛利率水平仍维持在50%以上的水准,背后还有一套成本控制大法。

隔膜的成本中,原材料占到4成,而设备折旧、人工、电费等则占了6成,在几乎所有环节,恩捷都能扮演”价格屠夫“的角色。

在原材料方面,恩捷利用自己的体量优势,以更低的价格采购原材料,并开发回收技术使每条产线的辅料用量下降三分之一[5]。当行业平均原材料成本占收入超过40%时,恩捷将其控制在17%。

在设备方面,恩捷购置的隔膜产线虽然昂贵,但其自身有与设备商联合研发、调试的能力,因此单线设计年产能超过1亿平米,每平米产能固定资产投资仅2元出头,比同行至少低出15%,摊薄了成本的同时,也把产品综合良率做到了78%。[5]

此外,大客户的订单也在其中起到了重要作用。隔膜其实是一个不完全标准化的产品,如果产线频繁在不同客户的产品中切换,每次都需重新调试,耗费数天并产生大量不能使用的残次品。恩捷手握大客户的稳定订单,减少了无谓的消耗。

经多管齐下,尽管国内湿法隔膜(基膜)每平米均价已经从超过10元降低到不足1.5元,但恩捷把每平米成本做到了1元以下[6]。相较而言,国内同行的成本比其高20%乃至更多,而海外对手则可高出100%。

可以发现,恩捷的降本大法是一个持续自励的过程:高性价比赢得大订单→大订单带来稳定大规模生产→规模效应反哺,进一步降低原材料采购成本,并提高产品良品率与资本能力(扩产潜力),在这个循环中,恩捷最终铸就了产能与成本双壁垒。

这些壁垒最近还在进一步“自我加固”。11月10日,恩捷宣布将与宁德时代组建合资公司,共同投资80亿新建16亿平米/年湿法隔膜与20亿平米/年干法隔膜产能,新增产能约为恩捷成立以来产能之和。

下一个战场

技术路线的更迭与强有力的成本控制,成就了恩捷,但反过来看,即使强如恩捷,也无法改变“饼干夹心”的宿命。

一方面,在下游电池厂商的压力之下,未来隔膜价格下降的趋势还会继续 ,头部企业也可能沦为“高投入,低回报”的打工仔。面对利润空间的压缩,隔膜企业的普遍应对方式是开拓高溢价的涂覆膜(在隔膜表面涂覆材料以改善性能)与海外市场,从而创造第二增长曲线。

另一方面,隔膜技术路线仍在持续切换中。

2020年开始,磷酸铁锂电池持续回暖,干法隔膜的市场份额扩大了3个百分点。今年因比亚迪刀片电池的放量和特斯拉的力推,磷酸铁锂电池装机量更是多次超过三元锂,干法隔膜隐隐显出要与湿法平分市场的势头。

而各车企与电池企业在积极布局的固态电池,则因采用固态电解质无需隔膜,可能会让整个行业遭遇毁灭性打击。

面对技术路线的不确定性,隔膜大厂的普遍选择是两头同时下注,形成了干湿法龙头相互“偷家”的局面。比如,恩捷与Celgard今年9月合资,建设先进干法隔膜工厂。干法龙头星源材质则积极转向湿法,2020年湿法隔膜产能已达4.7亿平米,超过其干法产能。

对于固态电池可能带来的降维打击,隔膜行业反而表示情绪稳定。由于界面阻抗高、材料成本高等问题,固态电池被认为在2025年前难以规模化量产应用。蔚来将于2022年搭载上车的150kWh固态电池,实际上是半固态电池,其中仍需要隔膜,各家都有布局。

退一步说,电池上能做的薄膜生意不止一种,如果电池内部的隔膜被淘汰,包覆电池的铝塑膜也还有生存空间。

通用、奔驰等企业采用的软包动力电池,需要大量的铝塑膜进行封装,比亚迪据称也将在下一代刀片电池上换装铝塑膜。上海证券预测,2025年全球铝塑膜需求量将达到7.4亿平米,是2020年的三倍,而铝塑膜目前的售价每平米高达20-40元,粗略计算一下,市场规模至少达到180亿元。

因此今年早些时候,恩捷迈出了隔膜企业跨界铝塑膜的最大一步,在常州投资16亿元,计划建设8条铝塑膜产线,产能2.7亿平米。

尾声

和其他锂电材料一样,在下游庞大需求的作用下,中国隔膜产业也走出了一条逆袭之路。

但这场反攻并未完全结束:一方面,国内隔膜企业目前仍主要供应国内电池企业,海外市场仍有很大开拓空间;另一方面,隔膜的原材料高密度聚乙烯目前主要依靠进口,隔膜涂覆的配方与专利主要掌握在国外公司之手,生产线设备同样依赖进口,自行设计、定义、组装出一条隔膜生产线,是恩捷、星源材质等企业都提到的目标。

对中国的隔膜企业来说,下半场才刚开始。

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