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化工原料常见问题

锂电池NMP

频道:化工原料常见问题 日期: 浏览:234

  一、NMP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。

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  化学性质.png

  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

  (一)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。2010年以来越来越多的新建BDO项目陆续投产,2018年国内BDO装置产能达到200.5万吨/年,目前我国已经成为目前世界上最大的BDO生产地区。BDO价格走势波动较大,价格主要受供需关系、厂商开工率、天然气价格影响。

  BDO属于常见化工原料,市场价格透明,BDO与NMP的价格传导趋势明显且几乎没有时滞,说明BDO价格的波动可以顺利快速传导到NMP下游电芯厂。NMP与BDO价差稳定在5000元/吨左右,因此NMP制造商在上游原材料涨价的情况下仍可保证足够的利润空间。同时,由于BDO在锂电行业使用规模较小,锂电领域的NMP厂商议价能力较弱。

  (二)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。

  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。

  精馏提纯法逐步成为动力市场主流。一方面,随着动力电池的大规模使用,动力电池生产中产生的NMP废气因环保的要求无法直接排放,需要冷凝成NMP废液,大量的NMP废液需要市场去消耗;另一方面,精馏提纯工艺的经济型高于合成工艺法,同时,合成工艺过程中产生副产品氢气属于危险化学品。

  市场竞争格局分散,实际产能利用率低。德国巴斯夫、日本三菱化学以及美国利安德巴塞尔是国际市场上主要的生产商,产能以年均约8%~10%的速度在增长。但国外生产商在我国国内的竞争优势正在逐步弱化,所占市场份额逐渐缩小。NMP行业国内厂家技术日趋成熟,目前主要生产厂家较多、且较分散。庆云长信、迈奇化学等龙头厂商装置产能高,但实际产能利用率低。同时,市场上有较多的小体量回收公司,在产品细节上无法满足下游锂电龙头企业的需求。全国NMP实际年产量至多40万吨,并且随着全国环保、安全监管力度越来越大,很多手续不全的厂商面临关停的境地。

  (三)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%。

  溶剂NMP、粘结剂、活性物质、导电剂等按配比与顺序混合后制成浆料,采用涂布机将浆料均匀涂敷在铝箔的两侧,然后进入烘干机进行密封负压抽风烘干。烘干机内的废气(主要成分是NMP)通过喷淋塔或分子筛等设备进行收集并通过冷凝回收处理,冷凝后的NMP回收液经专业的精馏提纯设备进行纯化处理,产品达到锂电池生产工艺要求之后,可再次循环使用。

  三、市场规模

  锂电需求爆发有望拉动爆发有望拉动NMP市场快速增长。若假设磷酸铁锂和三元正极材料保持1比1的使用率,我们计算出平均每kg活性物质可以制造573Wh的锂电池。若假设未来能量密度以5%速度成长,同时国内锂电池市场规模以GGII数据为基础进行推算,我们测算了未来5年正极材料需求规模,之后再以行业平均的50%固含量测算出NMP使用量。我们测算得到2021年中国NMP市场需求量为35万吨,并且到2025年其将快速成长至87.9万吨。单价方面,假设未来NMP价格保持在3万/吨,则2025年国内NMP市场规模将成长至264亿元,未来五年CAGR46.6%。

  国内锂电用NMP市场规模测算

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