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化工原料常见问题

NMP概述-锂电辅料细分

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基本介绍

NMP,全名N-甲基吡咯烷酮,分子式为C5H9NO,一种无色透明液体,是最常用的锂电池辅材之一。制作电极片时,NMP作为溶剂,将粘结剂、正极活性物质、导电剂等各种电极所需物质融合在一起,使粘结剂与其他物质充分接触,均匀分布。作为一种性能优良的高沸点溶剂,NMP几乎与所有溶剂(乙醇、乙醛、酮、芳香烃等)完全混合。

NMP产品具有沸点高、极性强、粘度低、溶解能力强、无腐蚀、毒性小、生物降解能力强、挥发度低、化学稳定性、热稳定性优良等特点。

NMP属于专用化学产品,按照金属杂质、控制粒径、颗粒个数和应用范围分为4个等级,分别为微电级、电子级、医药级和工业级。其中微电级要求等级最高,应用于集成电路中光刻胶的清洗和液晶封装的清洗;电子级可应用于锂离子电池和芳纶等新材料领域。

NMP主要技术指标.png

NMP目前在国内市场仍处于成长阶段,尤其是随着新能源汽车市场快速的发展,将促使对 NMP的市场需求量稳步增长。

二、NMP产业链简析

上游:

NMP上游行业为煤化工行业,为NMP提供以BDO为主的原材料 。BDO(1,4-丁二醇)属于煤化工和石油化工行业常见化学品原料,随着国家宏观经济政策调整及我国煤化工行业资源整合的影响下,BDO产业技术日渐成熟,产能得以快速增长和扩张。

中游:

NMP工业化时间较长,技术成熟,其生产工艺主要有两种:一种是合成工艺,由 1,4 丁二醇(BDO)脱氢生产γ-丁内酯(GBL),再由γ-丁内酯与一甲胺胺化反应生成粗产品,再精馏提纯到成品NMP;二是精馏提纯工艺,动力电池生产厂商使用后的NMP废液回收给NMP生产厂商,NMP主要通过物理提纯,在10%左右的损耗后生产出新的NMP溶液,也可能添加一部分新液进行调和。

合成工艺(化学工艺).png

精馏提纯工艺(物理工艺).png

NMP目前的生产工艺已发展为可靠、成熟的工艺生产路线,国内外几大厂商工艺方法并无太大差异,少数差异主要体现在脱氢催化剂使用以及精馏填料等细节处理。

下游:

NMP是生产锂离子电池电极非常重要的辅助材料,在锂离子电池前段配料过程中最普遍被使用的溶剂。NMP用于溶解正极粘结剂 PVDF,以及作锂电池碳纳米管导电浆料(CNT)的扩散液,分别影响涂布质量/效果、改善锂电池能量密度,具有沸点高、溶解力出众、挥发度低、选择性强、热稳定性好、吸湿性强等特性。一般NMP占锂电池制造成本比重在 3%-6% 。

三、NMP在锂离子电池生产中起到什么作用

NMP是生产锂离子电池电极非常重要的辅助材料,在锂离子电池前段配料过程中最普遍被使用的溶剂,学名叫N-甲基吡咯烷酮,分子式C5H9NO,是最常用的锂电池辅材之一。

通常,锂电辅材主要包括溶剂和粘结剂,溶剂的主要作用是溶解正负极活性物质,而粘结剂的主要作用是将活性物质粘结在集流体上,辅材用量一般为2%-5%,跟正极、负极、电解液和隔膜比起来,成本占比较小,但作用不可忽视。

其中PVDF(聚偏氟乙烯)是最常用的正极粘结剂,NMP是最常用的溶剂,两者通常搭配使用。

NMP能与水、PVDF、正、负极材料等物质互溶,因此被广泛运用于锂电池制备中,制作电极片时,NMP作为溶剂,可以将粘结剂、正极活性物质、导电剂等各种电极所需物质融合在一起,使粘结剂与其他物质充分接触,均匀分布。

在配料阶段:作为PVDF溶剂,参与浆料分散,形成介质均匀,在一定粘度范围内长时间保持稳定的浆料。

在涂布阶段:作为浆料的主要液体载体,以稳定的厚度均匀涂敷在金属基材上,要求和金属基材有非常好的润湿性和流动性。

在涂布烘烤阶段:湿膜在烘箱中匀速运行,溶剂有规律性挥发,NMP承担造孔功能,NMP以稳定的速度从湿膜中挥发,形成孔径均匀,分布均匀的多孔微电极结构。

因此,NMP质量会直接地影响锂离子电池拉浆涂布质量。

在制备锂电池时,NMP 主要用作正极材料溶剂,锂电池简要结构和NMP 在锂电池中应用场景如下所示:

锂电池简要结构和NMP 在锂电池中应用场景.png

四、NMP产能集中情况

2022年,全球合成NMP产能为68.7万吨/年。海外产能合计为15.5万吨/年,占全球合成NMP总产能的23%。主要生产企业包括巴斯夫(7.0万吨/年)、亚什兰(2.5万吨/年)、三菱化学(2.5万吨/年)、利安德巴赛尔(2.0万吨/年)和印度Balaji Amines公司(1.5万吨/年)。

2022年,中国合成NMP产能为53.2万吨/年,占全球合成NMP总产能的77%。目前我国共16家合成NMP生产企业,其中合成产能在3万吨/年及以上的企业有8家,产能合计42.7万吨/年,占全国合成NMP总产能的80.3%,行业集中度较高。代表性的生产企业有长信化学、中润化学、滨州裕能、迈奇化学、晶瑞新能源等。

此外,我国还有不少仅做NMP回收加工业务的企业,2022年回收产能合计超过80万吨/年。回收产能较大的企业有苏州瑞环(8.0万吨/年)、常州环通能源科技(6.2万吨/年)、江苏塔塔(6.0万吨/年)、湖北金泉新材料(6.0万吨/年)和镇江新纳环保(4.0万吨/年)等。

五、NMP消费情况

过去5-10年,在锂离子电池行业快速发展的带动下,NMP消费快速增长。2022年,我国NMP消费量约为152万吨,其中,锂离子电池领域消费量约142.8万吨,约占全国总消费量的94.0%。

除用于锂离子电池领域外,NMP在电子化学品领域可用作光刻胶脱除液、半导体显示面板清洗剂。在聚合物合成中可作为对位芳纶、聚苯硫醚(PPS)和聚酰亚胺(PI)等特种聚合物的反应溶剂。此外还可用于绝缘漆及其他(医药、农药及石油化工等)领域。

2022年,NMP在电子化学品、聚合物溶剂、绝缘漆及其他(医药、农药及石油化工等)领域的消费量分别为4.0、2.3、1.2和1.6万吨,消费占比分别为2.6%、1.6%、0.9%和0.2%。


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