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1、请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 2023.10.19 硬需求驱动放量,强降本拓宽空间硬需求驱动放量,强降本拓宽空间 气凝胶行业专题报告气凝胶行业专题报告 鲍雁辛鲍雁辛(分析师分析师)巫恺洋巫恺洋(研究助理研究助理) 证书编号 S0880513070005 S0880123070145 本报告导读:本报告导读:电池隔热“硬需求”将推动气凝胶的规模化进程,而工艺优化电池隔热“硬需求”将推动气凝胶的规模化进程,而工艺优化+技术路线迭代带来的技术路线迭代带来的成本下降,有望为气凝胶逐阶打开对传统绝热材料的替代空间。
2、成本下降,有望为气凝胶逐阶打开对传统绝热材料的替代空间。摘要:摘要:本文重点探讨气凝胶的上量契机,以及观测潜在需求弹性的关键变量。我们认为电池隔热需求的崛起,将推动气凝胶的规模化进程,而规模化后的市场竞争有望促成工艺优化+技术路线迭代两阶段降本,随成本的进一步下降,气凝胶对其他传统绝热材料的替代有望加速。相关标的:晨光新材、江瀚新材、宏柏新材、兴发集团等。引领绝热新纪元引领绝热新纪元,气凝胶正处于规模化的关键时点。气凝胶正处于规模化的关键时点。气凝胶是目前已知导热系数最低、密度最低的固体隔热材料,众多种类中 SiO2气凝胶最为成熟。对比传统绝热材料,气凝胶的等效用量少、使用年限长,等效条件下所
3、需厚度仅为传统材料的 1/31/4,间接减轻其他成本项;寿命可达传统材料的 34 倍,减少维护成本或重复投资。虽然当前其初期投资成本仍较高,但全生命周期性价比或已显现。气凝胶诞生至今已有超 90 年历史,经历多轮产业化尝试,于 21 世纪初得到商业化运作,应用于能化等领域,但高昂的成本限制了其在油气管道等场景中对传统材料的大批量替代,而当前电池领域的新应用场景或将成为其规模放量的真正驱动。分两阶段看降本潜力:工艺优化和技术路线迭代。分两阶段看降本潜力:工艺优化和技术路线迭代。影响气凝胶性能与成本的关键在于硅源和干燥工艺的选择。当前的主流路线是对厂商技术能力要求较低而成本较高的有机硅源+超临界干
4、燥,更易实现落地,帮助企业率先卡位占据份额。而从理论成本来看,无机硅源+常压干燥或许是大规模工业化生产的优选。因而,短期内降本关键在于当前主流工艺的优化,中长期大幅降本需关注技术路线的更迭。电池隔热电池隔热“硬需求硬需求”催化放量催化放量,降本进度决定潜在替换空间降本进度决定潜在替换空间。气凝胶主要用于锂电池电芯间隔热,电池安全性要求的提升为其打开的广阔空间,中性假设下 2025 年动力电池隔热片空间或超 40 亿元。而在能化、建筑等众多领域中的渗透率提升,仍有待成本的进一步下降。当前,国内迎来竞争性扩产潮,入局玩家多元化。从规划层面看,产能的扩大、竞争的加剧无疑有助于气凝胶的降本和市场的拓宽
5、,但鉴于需求释放节奏仍有不确定性,以及行业存在一定技术门槛,后续需关注产能落地的实际进展。风险提示:风险提示:需求释放不及预期、降本不及预期、产品开发不及预期 评级:评级:增持增持 上次评级:增持 细分行业评级 相关报告 建材国泰君安证券-建材行业基本面数据大全_20231013 2023.10.17 建材硅基材料研究框架 2023.10.17 建材国泰君安证券-建材行业基本面数据大全_20231006 2023.10.08 建材底部明晰,推荐水泥龙头 2023.09.26 建材行情底部或已明朗,推荐建材龙头 2023.09.22 行业专题研究行业专题研究 股票研究股票研究 证券研究报告证券研
6、究报告 建材建材 行业专题研究行业专题研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 2 of 23 目目 录录 1.投资故事.3 2.气凝胶:正处规模放量关键时点.4 2.1.气凝胶材料性能优异,下游应用场景丰富.4 2.2.电池隔热需求正驱动气凝胶规模化应用.6 3.气凝胶 vs 传统绝热材料:节能+耐用或可构筑全生命周期性价比.7 4.工艺优化与技术路线迭代,有望促成两轮降本.10 4.1.制备:硅源及干燥工艺的选择是关键.10 4.1.1.硅源选择:权衡成本与性能.11 4.1.2.干燥工艺:现以超临界为主,未来关注常压法突破.11 4.2.气凝胶尚有较大降本空
7、间.12 5.下游应用:突破看电池,潜在替换看降本.13 5.1.电池:安全性要求的提升带来隔热“硬需求”.13 5.2.能化:渗透仍局限于大温差绝热场景.15 5.3.其他:建筑节能等领域潜在需求广阔.17 6.国内外厂商正加速布局.18 6.1.海外龙头:Aspen Aerogels 能化业务稳定,发力电池隔热.18 6.2.国内进展:迎来竞争性扩产潮,玩家类型多样.19 6.3.相关标的.21 7.风险提示.22 1VgVgYjWaXiYsOmQmR8OdN6MmOoOoMoNjMrQnNfQmOpPaQrQnMwMrRsPNZmPqR 行业专题研究行业专题研究 请务必阅读正文之后的免责
8、条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 3 of 23 1.投资故事投资故事 从行业内近两年掀起的“扩产潮”,以及下游“硬需求”的崛起之中,我们可以看到气凝胶的规模化进程正在加速,在当前节点对气凝胶的全方位梳理,有助于我们把握气凝胶规模化的契机,以及观测气凝胶未来潜在需求弹性的关键变量。引领绝热新纪元,气凝胶正处于规模化的关键时点。引领绝热新纪元,气凝胶正处于规模化的关键时点。气凝胶是目前已知导热系数最低、密度最低的固体隔热材料,众多种类中 SiO2 气凝胶最为成熟。对比传统绝热材料,气凝胶的等效用量少、使用年限长,等效条件下所需厚度仅为传统材料的 1/31/4,间接减轻其他成本项;寿命可达
9、传统材料的 34 倍,减少维护成本或重复投资。虽然当前其初期投资成本仍较高,但全生命周期性价比或已显现。气凝胶诞生至今已有超 90年历史,经历多轮产业化尝试,于 21 世纪初得到商业化运作,应用于能化等领域,但高昂的成本限制了其在油气管道等场景中对传统材料的大批量替代,而当前电池领域的新应用场景或将成为其规模放量的真正驱动。分两阶段看降本潜力:工艺优化和技术路线迭代。分两阶段看降本潜力:工艺优化和技术路线迭代。影响气凝胶性能与成本的关键在于硅源和干燥工艺的选择。当前的主流路线是对厂商技术能力要求较低而成本较高的有机硅源+超临界干燥,更易实现落地,帮助企业率先卡位占据份额。而从理论成本来看,无机
10、硅源+常压干燥或许是大规模工业化生产的优选。因而,短期内降本关键在于当前主流工艺的优化,中长期大幅降本需关注技术路线的更迭。电池隔热“硬需求”催化放量,降本进度决定潜在替换空间。电池隔热“硬需求”催化放量,降本进度决定潜在替换空间。气凝胶主要用于锂电池电芯间隔热,电池安全性要求的提升为其打开的广阔空间,中性假设下 2025 年动力电池隔热片空间或超 40 亿元。而在能化、建筑等众多领域中的渗透率提升,仍有待成本的进一步下降。当前,国内迎来竞争性扩产潮,入局玩家多元化。从规划层面看,产能的扩大、竞争的加剧无疑有助于气凝胶的降本和市场的拓宽,但鉴于需求释放节奏仍有不确定性,以及行业存在一定技术门槛
11、,后续需关注产能落地的实际进展。投资建议:投资建议:我们认为伴随着电池隔热需求的崛起,电芯间隔热片的应用将推动气凝胶的规模化进程,而规模化后的市场竞争有望促成工艺优化+技术路线迭代两阶段降本,随成本的进一步下降,气凝胶对其他传统绝热材料的替代有望加速。相关标的:晨光新材、江瀚新材、宏柏新材、兴发集团等。行业专题研究行业专题研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 4 of 23 表表 1:相关公司估值:相关公司估值 代码代码 公司名称公司名称 收盘价收盘价 总市值总市值 PB EPS PE(亿元)(亿元)2023E 2024E 2023E 2024E 605399
12、.SH 晨光新材 14.35 44.82 2.06 0.75 1.17 19.17 12.29 603281.SH 江瀚新材 29.43 109.87 2.44 2.28 3.00 12.92 9.80 605366.SH 宏柏新材 7.93 48.56 2.49 0.26 0.43 30.35 18.32 600141.SH 兴发集团 19.1 212.33 1.08 1.69 2.24 11.29 8.53 601117.SH 中国化学 7.65 467.37 0.85 1.05 1.22 7.31 6.25 688386.SH 泛亚微透 38.85 27.20 4.37 1.59 2.3
13、1 24.46 16.82 数据来源:Wind、国泰君安证券研究 P.S.盈利预测采用 Wind 一致预期,数据更新至 2023/10/16 2.气凝胶:正处规模放量关键时点气凝胶:正处规模放量关键时点 我们观察到,气凝胶的规模化进程正在加速,在当前节点对气凝胶的全方位梳理,有助于我们把握气凝胶规模化的契机,以及观测气凝胶未来潜在需求弹性的关键变量。本章节中,我们期望说明气凝胶的概念、结构和特性,并对其发展历程中经历的多次产业化尝试进行梳理,有助于我们理解一种新材料在何条件或背景下,能够从实验室走向产业化,而又是什么契机推动其放量。我们可以看到,气凝胶应用于能化领域的过去二十年里,并没有实现对
14、传统材料的大规模替代,即成本导向的场景中其实没能跑通;而电池安全强制要求带来的新应用(而非传统应用场景下的替换)电芯间隔热片,才真正为气凝胶的规模化拉开序幕。2.1.气凝胶材料性能优异,下游应用场景丰富气凝胶材料性能优异,下游应用场景丰富 气凝胶是一种具有纳米多孔网络结构、孔隙中充满气态分散介质的非气凝胶是一种具有纳米多孔网络结构、孔隙中充满气态分散介质的非晶晶态材料,是目前已知导热系数最低、密度最低的固体隔热材料。态材料,是目前已知导热系数最低、密度最低的固体隔热材料。气凝胶材料诞生于 1931 年,由加利福尼亚州太平洋学院 Kistler 教授以水玻璃为原料,采用乙醇超临界干燥技术制得,其
15、将气凝胶定义为:湿凝胶经超临界干燥所得到的材料,称之为气凝胶。气凝胶具有纳米多孔结构、低密度、低介电常数、低导热系数、高孔隙率、高比表面积等特点,在保温隔热、吸附分离、吸声隔音、生物医用、光电催化、储能转化等用途中均表现出优异性能。表表 2:气凝胶结构和性能参数:气凝胶结构和性能参数 参数参数 值值 参数参数 值值 导热系数 25时 0.018W/(m K)声学特性 声速 100m/s,用纤维增强时更优 耐温范围-196650 防火性能 A1 级 堆积密度 0.060.18 g/cm3 折射率 低至 1.025,接近空气 比表面积 700m2/g 介电常数 低介电常数 150)(仅指疏水气凝胶
16、)孔隙率 95%99%外观 半透明/白色和半透明 粒径 10100nm 数据来源:气凝胶纳米材料的研究进展、国泰君安证券研究 气凝胶目前的主流应用即作为隔热材料,其阻热原理在于均匀致密的纳 行业专题研究行业专题研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 5 of 23 米孔及多级分形孔道微结构可以有效阻止空气对流,降低热辐射和热传导,可广泛应用于航空航天、能源化工、建筑、电池、交通、服装等领域。表表 3:气凝胶隔热原理:气凝胶隔热原理 原理原理 具体表现具体表现 无对流效应无对流效应 气凝胶气孔为纳米级,孔径尺寸小于分子平均自由程,内部空气失去自由流动能力。无穷多遮
17、挡板效应无穷多遮挡板效应 纳米级气孔,气孔壁无穷多,辐射传热降至最低。无穷长路径效应无穷长路径效应 热传导沿着气孔壁进行,而纳米级气孔壁无限长,且接触面积非常小。数据来源:气凝胶材料的研究进展、国泰君安证券研究 气凝胶材料已有超气凝胶材料已有超 90 年历史,经历多轮产业化尝试。年历史,经历多轮产业化尝试。1)第一次产业化)第一次产业化发生于 20 世纪 40 至 70 年代,该阶段美国孟山都公司尝试开拓民用场景,但高昂的成本和应用开发的滞后阻碍了气凝胶的发展,公司于 20 世纪 70 年代终止了气凝胶项目。2)第二次产业化)第二次产业化发生于 20 世纪 70至 80 年代,该阶段火箭、科研
18、探测器等非民用需求促进气凝胶的产业化,同时出现了多种硅源及干燥工艺技术路线的持续迭代,为气凝胶的规模化生产奠定技术基础。3)第三次产业化)第三次产业化发生于 21 世纪初,Aspen Aerogels 等海外龙头企业诞生,气凝胶开启了在石化等领域的商业化应用,与此同时国内也开始了气凝胶的研究及产业化进程。4)第四次产)第四次产业化业化正在进行中,生产成本逐渐降低、应用领域持续扩展,气凝胶正迎来规模化放量的窗口,随电池隔热等新能源领域需求的崛起,中国企业有望引领浪潮。表表 4:气凝胶材料已有超气凝胶材料已有超 90 年历史,经历多轮产业化尝试年历史,经历多轮产业化尝试 阶段阶段 时间时间 成果成
19、果 具体内容具体内容 第一次 产业化 20 世纪 40至 70 年代 尝试开拓民用场景,成本难题阻碍发展。气凝胶发明者 Kistler 与美国孟山都公司合作,于 1948 年完成了一种粉状的二氧化硅气凝胶的开发,并开始大量生产名为 Santocel 的气凝胶粉体,当时主要用作化妆品及牙膏中的添加剂或触变剂、硅橡胶添加剂、油漆的增稠剂等。但因为高昂的制造成本及应用开发的滞后,孟山都公司于 20 世纪 70 年代终止了气凝胶项目。第二次 产业化 20 世纪 70至 90 年代 非民用需求促进产业化,技术路线持续迭代。1962 年,法国政府找到里昂大学 Teichner 教授,要求他设计一种将氧气和
20、火箭推进剂储存在多孔材料中的方法。1968 年,Teichner 教授研制了正硅酸甲酯(TMOS)并以此作为 SiO2气凝胶的有机硅前驱体,替代水玻璃,避免了冗长的溶剂置换过程。20 世纪80 年代初期,粒子物理学家认识到 SiO2气凝胶将是制造切仑科夫探测器的理想介质材料,并使用 TMOS方法制备的气凝胶制造探测器。同一时期,美国学者采用正硅酸乙酯(TEOS)替代 TMOS,使水解产物由具有毒性的甲醇转变为无毒的乙醇;鉴于 CO2的临界温度(31.26)低于乙醇的临界温度(243.10),科学家又提出以绿色、温和的CO2 超临界干燥替代高温、高压的乙醇超临界干燥,使气凝胶生产更为安全可靠。1
21、985年和 1988 年,第一届和第二届气凝胶国际会议的召开促进了气凝胶材料在世界范围内的推广和应用。1989 年,美国劳伦斯-利物莫国家实验室的 Pekala 等研制了有机及 C气凝胶。1995 年,Prakash 等提出气凝胶的常压干燥制备方法。第三次 产业化 21 世纪初 海外龙头企业诞生,开启石化等领域的商业化应用。1999 年,美国 Aspen Systems 公司承接美国宇航局的课题,成功制备出纤维复合的气凝胶超级绝热材料。2001 年,Aspen Aerogels 公司正式成立,气凝胶开始得到商业化运作,同时也将气凝胶绝热毡推广应用到了航天军工以及石化领域。2003 年 Cabo
22、t 通过兼并德国 Hoechst,掌握常压干燥制备 SiO2气凝胶材料的技术,成立了气凝胶专业公司,为作采光玻璃中的填充层和涂料添加剂生产气凝胶粉体颗粒。同样在 2003 年,同济大学开始发表常压干燥的研究论文,中国技术工作者在常压干燥领域的投入逐步增多。2004 年国内第一家从事气凝胶材料产业化的公司成立,从此国内开始了气凝胶的工业化生产。第四次 产业化 正在进行 新能源产业需求崛起,中国企业有望引领浪潮。随着气凝胶技术与应用的发展进步,其生产成本得到降低、应用领域得到扩展,市场也逐步走向成熟。中国气凝胶产业,在学术研究、生产技术水平、产业化应用等方面与欧美齐头并进。伴随中国新能源产业的崛起
23、,电池安全等需求有望进一步推动气凝胶规模化。数据来源:气凝胶材料的研究进展、华陆新材公众号、国泰君安证券研究 行业专题研究行业专题研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 6 of 23 气凝胶种类多样,气凝胶种类多样,SiO2气凝胶产业化最为成熟。气凝胶产业化最为成熟。随着研究手段的不断丰富和基础研究的不断深入,气凝胶的结构和种类也得到不断完善。根据气凝胶材料的成分大致可以分为氧化物气凝胶、碳化物气凝胶、氮化物气凝胶等等。SiO2气凝胶是研究最多、最为成熟的气凝胶类型。以下我以下我们的讨论均针对们的讨论均针对 SiO2气凝胶展开。气凝胶展开。表表 5:气凝胶种类
24、多样:气凝胶种类多样 类别类别 主要类型主要类型 氧化物气凝胶 SiO2气凝胶、Al2O3气凝胶、ZrO2气凝胶、V2O5气凝胶、TiO2气凝胶、过渡金属氧化物 碳化物气凝胶 SiC 气凝胶、SiOC 气凝胶、ZrC 气凝胶 氮化物气凝胶 Si3N4气凝胶、BN 气凝胶、C3N4气凝胶、VN 气凝胶 有机气凝胶 聚酰亚胺气凝胶、聚氨酯气凝胶、碳气凝胶、石墨烯气凝胶、纤维素气凝胶、蛋白质气凝胶等等 复合气凝胶 掺杂气凝胶、二元及多元复合气凝胶、与基材复合的气凝胶等等 数据来源:气凝胶材料的研究进展、国泰君安证券研究 SiO2气凝胶产业链上游主要为有机或无机硅源,中游包括气凝胶材料、气凝胶产业链上
25、游主要为有机或无机硅源,中游包括气凝胶材料、制品,下游涉及有保温、隔热、防火等需求的各应用领域。制品,下游涉及有保温、隔热、防火等需求的各应用领域。其中,中游制造环节,由于气凝胶的结构力欠缺,通常需要以纤维增强材料作为支撑骨架,制成气凝胶毡、气凝胶板、气凝胶布等制品使用,常见的是以玻纤、陶瓷纤维、预氧丝等为主的介质。传统的油气管道隔热等应用中,最常用的气凝胶产品为气凝胶毡;在电池电芯隔热需求这一新应用中,由于气凝胶毡存在掉粉问题,需要增加对气凝胶毡的模切封装环节,制成气凝胶隔热片使用。图图 1:气凝胶产业链图:气凝胶产业链图 数据来源:IDTechEx、国泰君安证券研究 2.2.电池隔热需求正
26、驱动气凝胶规模化应用电池隔热需求正驱动气凝胶规模化应用 气凝胶市场空间正逐步打开。气凝胶市场空间正逐步打开。据 IDTechEx 数据,2022 年全球气凝胶市场空间预计略低于 4.5 亿美元,并预测 2034 年气凝胶市场规模有望超26 亿美元,2022-2034年 CAGR 为 15.8%。据对我国气凝胶材料产业发展现状及趋势的思考,2019 年,国内气凝胶制品产能超过 5.5 万立方,产业规模已突破 6 亿元(以满足 纳米孔气凝胶复合绝热制品 GB/T 343362017 标准的产品为统计口径估算),“十三五”期间年复合增长 行业专题研究行业专题研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务
27、必阅读正文之后的免责条款部分 7 of 23 率近 20%。假设 2019-2022 年 CAGR 维持该水平不变,2022 年我国气凝胶市场规模或超 10 亿元,取气凝胶产品单价 15000 元/立方米,对应产量约 67 万立方级,仍有较大增长空间。过去主要用于油气管道等领域,未来电池应用或将成为其规模放量的真过去主要用于油气管道等领域,未来电池应用或将成为其规模放量的真正驱动。正驱动。IDTechEx 数据显示,2021 年油气及工业隔热对二氧化硅气凝胶的需求占总需求量的比例高达 74,9用于建筑建造,8用于交通运输(电池)。而 2022 年,动力电池对气凝胶的需求可谓异军突起,占比超 3
28、0%,并且预计将成为未来气凝胶的主要应用。图图 2:从气凝胶需求结构来看,电池或将成为主要的下游应用:从气凝胶需求结构来看,电池或将成为主要的下游应用 数据来源:IDTechEx 3.气凝胶气凝胶 vs传统绝热材料:节能传统绝热材料:节能+耐用或可构筑全生耐用或可构筑全生命周期性价比命周期性价比 绝热节能材料是用于设备或者建筑围护,阻抗热流传递的材料或者材料绝热节能材料是用于设备或者建筑围护,阻抗热流传递的材料或者材料复合体,种类多样,适配不同的应用场景。复合体,种类多样,适配不同的应用场景。依据材质进行划分,常规/传统绝热材料主要为岩矿棉、玻璃棉、硅酸铝、聚氨酯等,新型绝热材料包括真空绝热版
29、、气凝胶等,各种材料的成本、性能等差异使得其应用领域有所不同。图图 3:绝热材料分类(依据材质)绝热材料分类(依据材质)数据来源:赛特新材招股书、国泰君安证券研究 93499 行业专题研究行业专题研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 8 of 23 适应绿色低碳发展需求,绝热材料市场稳步增长。适应绿色低碳发展需求,绝热材料市场稳步增长。绝热材料是我国推进节能减排,实现绿色低碳发展的关键材料。根据中国绝热节能材料协会数据,我国绝热节能材料产量自 2016 年起逐年增长,2017 年绝热节能材料行业受到国家政策影响,产量出现较大幅度增长。2022 年,我国绝热节能
30、材料产量达到 875 万吨,2015-2022 年 CAGR 为 6.47%。图图 4:我国绝热材料产量逐年提升:我国绝热材料产量逐年提升 数据来源:中国绝热节能材料协会、国泰君安证券研究 表表 6:气凝胶的潜在替代空间广阔(气凝胶的潜在替代空间广阔(2020 年中国绝热材料产量)年中国绝热材料产量)序号序号 产品名称产品名称 产量产量(万立方米)(万立方米)序号序号 产品名称产品名称 产量产量(万平米)(万平米)1 岩矿渣棉及制品 3333 8 矿棉吸声板 13733 2 玻璃棉及制品(包括火眼棉)1500 9 铝箔面硬质酚醛/聚氨酯夹芯板 1301 3 硅酸铝纤维制品 333 10 钢丝网
31、架等夹芯板 9333 4 硬质类绝热制品 431 11 建筑用金属面绝热夹芯板 26667 5 有机类绝热制品 4606 12 纤维喷涂绝热制品 387 6 复合硅酸盐及制品 111 13 真空绝热版 2667 7 气凝胶绝热材料 4 14 外墙保温用酚醛泡沫板 1333 数据来源:中国绝热节能材料协会、华陆新材公众号、国泰君安证券研究 相较传统材料,气凝胶绝热节能效果更佳,所需用量少,间接减轻其他相较传统材料,气凝胶绝热节能效果更佳,所需用量少,间接减轻其他成本项。成本项。气凝胶导热系数远低于其他传统材料,达到相同保温效果时,所需气凝胶保温材料的厚度仅为传统材料厚度的 1/31/4,减少保温
32、材料占用空间,有助于提升场地的有效使用空间。此外,相较于架空管道,气凝胶在直埋管道中更为显著,因为直埋在成本上不仅仅要考虑保温材料费,还要考虑土方开挖与填埋所产生的费用和使用外套钢管所产生的费用,以及其他防腐、施工等费用。使用气凝胶代替硅酸铝等能够减小外套管的规格,由此产生的钢材费、土方费也会随之减少。气凝胶还具气凝胶还具备疏水、耐火、抗压、耐老化、尺寸稳定等突出性能备疏水、耐火、抗压、耐老化、尺寸稳定等突出性能,使用年限可达传统材料的 34 倍,有助于降低作业成本以及后续的维护成本或重复投资。行业专题研究行业专题研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 9 of
33、 23 图图 5:石化厂中压蒸汽管线保温改造,气凝胶替硅:石化厂中压蒸汽管线保温改造,气凝胶替硅酸铝棉后管道保温层体积显著减少酸铝棉后管道保温层体积显著减少 图图 6:达相同表面温度时,气凝胶厚度仅为传统材料:达相同表面温度时,气凝胶厚度仅为传统材料的的 1/31/4 数据来源:埃力生 数据来源:爱彼爱和 表表 7:相较:相较传统保温材料传统保温材料,气凝胶气凝胶在多维度上均显现出更优的在多维度上均显现出更优的性能性能 气凝胶绝热毡气凝胶绝热毡 传统保温材料传统保温材料 硅酸铝硅酸铝 玻璃棉玻璃棉 岩棉岩棉 价格/元/m3 1200018000 500700 300400 400500 导热系
34、数W/(m K)常温 0.017 0.035 0.038 0.036 100 0.024 0.05 0.051 0.049 300 0.034 0.09-0.091 最高使用温度/650 800 400 400 容重/kg/m 170210 120150 4060 100120 防水性 憎水率99%,体积吸湿率1%,无需特殊防水措施。可拆卸保温套,保温效果好,使用方便。不完全防水,防护板表面需喷涂金属密封胶进行防水。三通、阀门等保温 可拆卸保温套,保温效果好,使用方便。喷涂方式或保温盒保温,保温效果差 抗压强度(25%)120Kpa 毡状制品:压缩形变大 板状制品:脆性大、易碎 特点 整体性好
35、,具有较好的抗震抗拉性,在使用过程中不出现颗粒堆积、沉降等现象;20年模拟测试收缩率小于 1%,导热系数无变化。材料结构松散,自重、设备振动、材料进水等极易导致材料解体、沉降,保温效果明显下降。使用年限 1015 年 34 年 其它 使用厚度小,可减少管道保温厚度,减少蒸汽管道间距,减少厂房面积或管廊大小。保温层厚,搭接处容易存在缝隙,较高的膨胀收缩系数易致使缝隙成为热桥,振动后更明显。数据来源:纳诺科技、国泰君安证券研究 注:价格数据利用文献、采购平台等公开信息综合估计 气凝胶气凝胶初期投资成本仍较高,但全生命周期性价比或已优于传统绝热材初期投资成本仍较高,但全生命周期性价比或已优于传统绝热
36、材料。料。参考气凝胶高效保温材料在站场地上管道应用的经济性分析所设计的油气运输管道案例,该研究分别设计气凝胶和传统保温材料相同用量(厚 20mm)方案,综合材料及施工成本,计算成本及收益。仅考虑单次初始投资的情况下,气凝胶方案新增投入的回收期为 4.6 年;综合考虑初始投资和维护成本后,投资回收期仅 3.73 年。维护成本计算方式为:假定气凝胶使用 12 年更换,传统保温使用 4 年更换,则传统保温在 12 年中需更换2 次,将 2 次更换的费用作为维护费用按 12 年分摊,则每年气凝胶方案总收益=节能收益+节省维护费用。行业专题研究行业专题研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文
37、之后的免责条款部分 10 of 23 表表 8:气凝胶初期投资成本较高,但全生命周期性价比或已优于传统方案气凝胶初期投资成本较高,但全生命周期性价比或已优于传统方案 投资成本:投资成本:气凝胶材料气凝胶材料 传统保温材料传统保温材料 气凝胶方案相对收益:气凝胶方案相对收益:厚度(mm)20 节能收益(元/年)8264 主料价格(元/m2)200 5 节省维护成本(元/年)1911 主料施工价格(元/m2)5 5 投资回报分析:投资回报分析:辅料种类 玻璃布+铝箔+镀锌板 镀锌板 1)仅考虑初始投资 辅料价格(元/m2)3+3+50 50 新增初始投入成本(元)37976 辅料施工价格(元/m2
38、)2 1 年收益(元)8264 单位人工材料费用(元/m2)263 61 新增投资回收期(年)新增投资回收期(年)4.6 施工面积(m2)188 2)考虑初始投资及维护成本 单次人工材料总费用(元)49444 11468 新增初始投入成本(元)37976 使用年限(年)1015 34 年收益(元)10175 新增投资回收期(年)新增投资回收期(年)3.73 数据来源:气凝胶高效保温材料在站场地上管道应用的经济性分析、国泰君安证券研究 4.工艺优化与技术路线迭代,有望促成两轮降本工艺优化与技术路线迭代,有望促成两轮降本 本章中,我们将探究气凝胶的制备流程,明确关键环节的选择对于气凝胶材料性能和成
39、本的影响,以及从企业的角度可能如何抉择,并据此推断气凝胶在不同阶段的技术路径和成本变化情况。技术路线的确定主要在于两个变量:1)硅源:有机或无机、2)干燥工艺:超临界或常压。我们认为,现阶段为满足企业率先卡位占据份额的需求,产品性能更有保证且对厂商技术能力要求较低的“有机硅源+超临界干燥”将是主流技术路径,在该路线在经历过充分的工艺优化后,市场竞争下对进一步降本的追求有望促成理论成本更低的“无机硅源+常压干燥”路线的突破。4.1.制备:硅源及干燥工艺的选择是关键制备:硅源及干燥工艺的选择是关键 气凝胶的制备流程主要包括:溶胶气凝胶的制备流程主要包括:溶胶-凝胶化、老化、改性和干燥。凝胶化、老化
40、、改性和干燥。其中,溶胶-凝胶化过程是指前驱体溶胶聚集缩合形成凝胶的过程,水量、溶剂含量、pH 值、凝胶温度、水解时间等均是重要控制因素。由于刚形成的湿凝胶三维强度不够而容易破碎坍塌,因此需要在母体溶液中老化一段时间提高强度或者利用表面改性减小干燥应力。干燥过程即用空气取代湿凝胶孔隙中的溶液并排出。前驱体选择、溶胶前驱体选择、溶胶-凝胶过程和干燥工艺是的制备关键。凝胶过程和干燥工艺是的制备关键。进入制备环节前的前驱体硅源的选择将影响后续制备工艺,可分为有机硅源和无机硅源两类;溶胶-凝胶过程的难度在于各重要条件的具体控制;干燥环节是直接影响气凝胶材料性能的核心环节,主要可分为超临界法和常压法。以
41、以下我们分别探讨不同的硅源和干燥工艺,并将二者结合起来看气凝胶的下我们分别探讨不同的硅源和干燥工艺,并将二者结合起来看气凝胶的技术路线选择。技术路线选择。行业专题研究行业专题研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 11 of 23 图图 7:气凝胶制备工艺流程:气凝胶制备工艺流程 数据来源:气凝胶材料的研究进展 4.1.1.硅源选择:权衡成本与性能硅源选择:权衡成本与性能 气凝胶硅源可分为无机硅源和有机硅源,其中硅酸钠和正硅酸乙酯相对气凝胶硅源可分为无机硅源和有机硅源,其中硅酸钠和正硅酸乙酯相对成熟。成熟。无机硅源包括硅酸钠、硅溶胶等,有机硅源包括正硅酸乙酯、正
42、硅酸甲酯、多聚硅氧烷等,目前相对成熟的主要为硅酸钠(水玻璃)、正硅酸乙酯(TEOS)。除采用单一硅源外,还可依据需要引入含有疏水或功能性基团形成复合硅源。硅源选择及相应工艺细节的不同,所制得气凝胶的结构和性能有所差异。硅源选择及相应工艺细节的不同,所制得气凝胶的结构和性能有所差异。采用水玻璃为前驱体,硅源廉价易得,但是其水解过程将产生 Na+,水洗去盐过程较长,环保代价较高,最终影响综合成本,且对后期气凝胶的结构和性能有一定影响。采用正硅酸乙酯等硅醇盐为前驱体,制备工艺较为成熟,避免无机盐类的产生,凝胶的制备周期缩短,孔径结构分布更均匀,性能更优异,但硅源价格相对较高。表表 9:硅酸钠原料廉价
43、易得,正硅酸乙酯制得成品性能更优:硅酸钠原料廉价易得,正硅酸乙酯制得成品性能更优 类别类别 主要材料主要材料 优势优势 劣势劣势 无机硅源 硅酸钠 廉价易得、使用和存储具有长期的化学稳定性 Na+的存在极大影响气凝胶性能、去除成本高且延长制备周期 有机硅源 正硅酸乙酯 成品结构和性能更优异、制造过程相对简化、工艺技术相对成熟 价格昂贵、使用存储有易燃易爆风险 数据来源:二氧化硅气凝胶硅源选择的研究进展、不同硅源制备二氧化硅气凝胶研究进展、国泰君安证券研究 4.1.2.干燥工艺:现以超临界为主,未来关注常压法突破干燥工艺:现以超临界为主,未来关注常压法突破 干燥工艺是核心,直接决定气凝胶材料性能
44、。干燥工艺是核心,直接决定气凝胶材料性能。干燥过程需要防止凝胶收缩和破裂,必须采用无或低表面张力的方法进行干燥,常见技术路线包括超临界干燥和常压干燥等。超临界干燥成本、设备依赖度高,但技术门槛更低;常压干燥理论上更超临界干燥成本、设备依赖度高,但技术门槛更低;常压干燥理论上更适于大规模连续生产,但技术工艺有待突破。适于大规模连续生产,但技术工艺有待突破。1)超临界干燥:较易制得性能优良的气凝胶材料,但设备昂贵且复杂,对设备系统依赖度较高,但经设备厂家成套供应后,对于生产厂家而言技术门槛较低。该工艺也 行业专题研究行业专题研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 1
45、2 of 23 是多数气凝胶行业新进入厂商的选择,关键在于生产过程的提效降本。2)常压干燥:与超临界干燥相比,常压干燥设备简单、便宜,理论上更适用于连续性、大规模工业化生产。但是对生产厂商的技术工艺要求较高,因为在常压干燥时,孔隙中流体的迁移会使液体产生毛细管力,从而可能导致气凝胶结构的收缩和坍塌。表表 10:超临界法成本、设备依赖度高,技术门槛更低;常压法理论上更适于大规模生产,技术有待突破:超临界法成本、设备依赖度高,技术门槛更低;常压法理论上更适于大规模生产,技术有待突破 超临界干燥超临界干燥 常压干燥常压干燥 原理原理 通过对压力和温度的控制,使溶剂在干燥过程中达到其本身的临界点,完成
46、液相至气相的超临界转变。由于干燥过程中的溶剂无明显表面张力,在湿凝胶向气凝胶转变的过程中,可以避免或减少干燥时因溶剂表面张力导致的体积大幅收缩和开裂,从而制得保持湿凝胶原有形状和结构的气凝胶。该工艺的干燥介质包括二氧化碳、乙醇、甲醇等,其中二氧化碳的超临界参数最接近常温,故最常用。用若干种表面张力较低的溶剂替换掉原有骨架间孔隙中的原有的表面张力较高的溶剂(比如:水),并使湿凝胶表面嫁接上烷基等疏水基团来进行疏水化处理以防止干燥过程时发生骨架遭到不可逆损毁,而后在常压下直接进行干燥。设设备备投投入入 核心设备 高压釜 常规常压设备 高压条件 工作压力高达 7-20MPa 无需高压条件 设备系统
47、相对复杂 相对简单 投入成本 运行维护成本较高 设备投入成本低于超临界干燥 设备供应 成套设备供应商较少 大部分化工设备单位都能加工制造 硅源 有机硅源为主 有机硅源、无机硅源 能耗 电耗较高 电耗较低 当前生产效率当前生产效率 较高 较低 技术门槛技术门槛 设备系统依赖度高,业主进入技术工艺门槛相对较低 技术门槛较高,对配方设计和流程组合优化要求高 数据来源:二氧化硅气凝胶及其复合材料的制备及性能研究、适安佳科技、国泰君安证券研究 从理论成本的角度来说,无机硅源从理论成本的角度来说,无机硅源+常压干燥相结合的工艺或许是气凝常压干燥相结合的工艺或许是气凝胶大规模工业化生产的优选路线,但从目前主
48、要气凝胶厂商的实践来看,胶大规模工业化生产的优选路线,但从目前主要气凝胶厂商的实践来看,有机硅源有机硅源+超临界干燥仍是主流。超临界干燥仍是主流。该路线有助于保证产品性能,且对厂商的技术工艺能力要求更低。虽然其成本更高,但能够较快落地,帮助企业在气凝胶“硬需求”领域放量的关键节点,率先卡位占据一部分市场份额。或者就当前企业能够达到的技术水平来说,该路线是性价比更高的选择。4.2.气凝胶气凝胶尚尚有较大降本空间有较大降本空间 短期来看,电池安全的强制要求以及电车的体积焦虑,使得气凝胶成为“必选项”,推动了气凝胶的规模化进程。而往后看,气凝胶在其作为“可选项”的众多潜在应用场景中的替代能力如何,将
49、由其降本程度决定。这里我们分两个阶段来探讨气凝胶的降本潜力。1)工艺优化:当前主流的有机硅源)工艺优化:当前主流的有机硅源+超临界干燥工艺在市场竞争的推动超临界干燥工艺在市场竞争的推动下持续优化。下持续优化。现阶段,气凝胶的产品良率仍有较大提升空间,加之企业产能普遍未能得到充分利用,气凝胶成本高企。经过一定时期充分的市场竞争后,随厂商技术工艺成熟、满负荷生产,在不考虑规模采购、原料自供的情况下,气凝胶的理论成本有望降至 9502 元/吨。2)技术迭代:若无机硅源)技术迭代:若无机硅源+常压干燥工艺路线实现突破,有望打开大幅常压干燥工艺路线实现突破,有望打开大幅降本空间。降本空间。规模化应用后,
50、若常压法生产存在的诸多工艺难点得到解决,行业专题研究行业专题研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 13 of 23 气凝胶的技术路线进一步实现迭代,其有望迎来第二轮降本。无机硅源+常压干燥路线下,气凝胶的理论成本有望大幅下降至 5405 元/吨。表表 11:气凝胶降本潜力巨大:气凝胶降本潜力巨大 无机硅源无机硅源+常压干燥常压干燥 有机硅源有机硅源+超临界干燥超临界干燥 项目 单位成本(元/m3)成本 占比 项目 单位成本(元/m3)成本 占比 原辅料 原辅料 去离子水 0.16 0.00%硝酸(60%)1.90 0.02%水玻璃 393.87 7.29%硫酸
51、(98%)0.33 0.00%硫酸(98%)10.80 0.20%液碱(30%)1.79 0.02%烷烃(99%)91.68 1.70%正硅酸乙酯(工业级)4665.60 49.10%改性剂(硅氧烷类)700.56 12.96%乙醇(95%)0.00 0.00%玻璃纤维 1452.82 26.88%玻纤基层 1452.82 15.29%无水乙醇 213.76 3.95%二氧化碳 10.37 0.11%烷胺(99%)1291.32 13.59%人工/折旧/能源 人工/折旧/能源 人工 720.00 13.32%人工 518.40 5.46%折旧 1223.63 22.64%折旧 902.00 9
52、.49%电力 75.60 1.40%电力 336.00 3.54%蒸汽 520.00 9.62%蒸汽 300.00 3.16%水 2.06 0.04%水 21.60 0.23%合计合计 5404.92 100.00%合计合计 9502.13 100.00%数据来源:宏柏新材环评、纳诺科技环评、百川盈孚、盖德化工网、国泰君安证券研究 注:已考虑原辅料等的回用,测算采用年新投入量;未考虑自供原辅料或能源的情况,测算价格采用市场价;对两个项目的玻纤用量取平均值进行统一 5.下游应用:突破看电池,潜在替换看降本下游应用:突破看电池,潜在替换看降本 5.1.电池:安全性要求的提升带来隔热“硬需求”电池:
53、安全性要求的提升带来隔热“硬需求”气凝胶主要用于锂电池电芯间隔热。气凝胶主要用于锂电池电芯间隔热。锂电池隔热材料主要包括阻燃泡棉、云母材料、气凝胶、陶瓷化硅橡胶复合材料等,其中气凝胶的隔热性能最优,热失控蔓延时长远高于其他材料。从应用部位来看,隔热材料具体可用于电芯间、模组间、模组与上盖板间等部位的隔热阻燃。其中,电池隔热片置于单体电芯之间,能够延缓单体电芯热失控向整个电池系统的传播。由于对更高能量密度,以及汽车轻量化的追求,电芯间隔热需要隔热性能优异且占用空间小的材料,气凝胶隔热片成为当前电芯间隔热的主流选择。行业专题研究行业专题研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责
54、条款部分 14 of 23 表表 12:中国锂电池阻燃隔热主要材料简介及性能:中国锂电池阻燃隔热主要材料简介及性能对比对比 材料材料 种类种类 简介简介 隔热隔热 性能性能 抗冲击抗冲击 防火防火 性能性能 绝缘性绝缘性 价格价格 阻燃泡棉 用于密封、缓冲减震和隔热,具备一定阻燃性能。材料类型多样,在 PACK 方案中设计灵活性高。但阻燃/抗冲击/隔热性能等与气凝胶、云母材料相比存在不足,应用占比逐渐减少。目前主要用于模组间、电池包四周作为缓冲密封材料未来可能被云母复合材料、陶瓷化硅胶泡棉等新型材料部分替代。中 低 低 中 低/中 气凝胶毡 材料 以预氧丝、玻纤等基材与气凝胶复合,通过高分子(
55、PET、PI)膜或阻燃涂层封装,经热压或涂覆复合而成,具有优良的隔热和缓冲性能,主要用于电芯间防护。目前动力电池无热蔓延技术已成为高端车型热失控防护要求,未来有望从三元像更多中高端铁锂车型普及。高 低 中 中 高 云母及 其复合材料 云母材料具备良好电绝缘、热绝缘、阻燃和抗冲击性能,是目前模组与上盖板、模组间主流应用,同时随云母复材产品的技术提升和成本下降,未来电芯间应用有望提升。低 高 中/高 高 中/高 陶瓷化硅橡胶复合材料 可在 450或以上温度陶瓷化,烧结成多孔性自支撑陶瓷体,在600-1300火焰中,一定时间(0.52h)内保持结构完整。主要用于模组和上盖板间作为“防火罩”起被动防火
56、效果,应用成本较高、应用比例较小,仅部分中高端车型少量应用,随产品升级降本,应用有望扩大。低 中 高 高 高 数据来源:GGII、国泰君安证券研究 图图 8:气凝胶在电池包中的应用:气凝胶在电池包中的应用 图图 9:气凝胶方案的热失控蔓延时长远高于其他材料:气凝胶方案的热失控蔓延时长远高于其他材料 数据来源:泛亚微透招股书 数据来源:隔热层对锂电池模组热失控蔓延特性影响的实验研究 “5 分钟内不起火不爆炸”为气凝胶打开电池隔热广阔空间。分钟内不起火不爆炸”为气凝胶打开电池隔热广阔空间。2020 年 5月,我国电动汽车领域首批三项强制性国家标准出台,其中电动汽车用动力蓄电池安全要求在优化电池单体
57、、模组安全要求的同时,重点强化了电池系统热安全、机械安全、电气安全以及功能安全要求。特别是标准增加了电池系统热扩散试验,要求电池单体发生热失控后,电池系统在 5 分钟内不起火不爆炸,为乘员预留安全逃生时间,标准于 2021年 1 月 1 日开始实施,推动了气凝胶等隔热材料在电车领域渗透率的提升。目前以宁德时代、比亚迪为主的国内主要电池厂商均已使用气凝胶作为隔热材料。动力电池方面,气凝胶预计率先应用于安全问题更为突出的三元电池中,动力电池方面,气凝胶预计率先应用于安全问题更为突出的三元电池中,并有望逐步在中高端磷酸铁锂车型实现渗透。并有望逐步在中高端磷酸铁锂车型实现渗透。相对于磷酸铁锂,三元电池
58、中添加镍,镍的成分越高,反应则越活跃,能够在同等容量的条件下带来更大的能量密度。但由于镍的活性较大、较不稳定,安全风险也较高。因而,三元电池尤其是高镍三元的稳定性、热失控问题的解决优先级更高。储能电池方面,随储能系统热管理及安全要求提升,气凝胶的储能电池方面,随储能系统热管理及安全要求提升,气凝胶的 行业专题研究行业专题研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 15 of 23 渗透也有望加快。渗透也有望加快。储能电站应用场景下,单体电池数量远高于车用场景,且排列紧密,随系统中单体数量增加,系统发生热失控的概率也有所提升。并且,单体电池热失控后,热量传导至周围电池
59、发生连锁反应,热蔓延所造成危害面更广。气凝胶需求高增速,气凝胶需求高增速,2025 年动力电池隔热片空间或超年动力电池隔热片空间或超 40 亿元。亿元。GGII 预计,按电池系统中阻燃隔热材料覆盖面积测算,2025 年中国锂电池热管理阻燃隔热材料总需求量将超过 9000 万平方米,2020-2025 年 CAGR 高达 75%,其中 2022-2025 年 CAGR 超过 36%。从材料需求结构来看,气凝胶占比近半,市场增量空间最大。图图 10:气凝胶是锂电池主流隔热材料,增量空间最大:气凝胶是锂电池主流隔热材料,增量空间最大(万平米)(万平米)数据来源:GGII 在此我们对确定性更强的动力电
60、池用气凝胶隔热片需求进行测算,综合考虑 2022 年三元电池装车占比 37.5%,假设 2022 年气凝胶主要用于三元,在其中渗透率达 80%,得装车渗透率 30%,并将 2025 年保守/中性/乐观情况下渗透率假设为 30%/40%/50%。结合单车用量及单价,测算得中性假设下 2025 年动力电池气凝胶隔热材料需求量有望达 1800 万平,对应气凝胶基材规模 14.4 亿元、隔热片规模 43.2 亿元,2022-2025 年CAGR 达 43%。表表 13:中性假设下,中性假设下,2025 年我国动力电池隔热片需求有望超年我国动力电池隔热片需求有望超 40 亿亿 2022 2025E 保守
61、保守 中性中性 乐观乐观 新能源车销量(万辆)新能源车销量(万辆)688.7 1500 1500 1500 气凝胶渗透率(气凝胶渗透率(%)30%30%40%50%单车用量(平方米)单车用量(平方米)3 3 3 3 基基材价格(元材价格(元/平米)平米)80 80 80 80 隔热片价格(元隔热片价格(元/平米)平米)240 240 240 240 需求量(万平)需求量(万平)620 1350 1800 2250 气凝胶基材规模(亿元)气凝胶基材规模(亿元)4.96 10.80 14.40 18.00 隔热片规模(亿元)隔热片规模(亿元)14.88 32.40 43.20 54.00 数据来源
62、:中汽协、中国汽车动力电池产业创新联盟、国泰君安证券研究 5.2.能化:渗透仍局限于大温差绝热场景能化:渗透仍局限于大温差绝热场景 能化领域是气凝胶的需求基石。能化领域是气凝胶的需求基石。气凝胶凭借优异的绝热节能效果和稳定性,早期首先在能化领域开启替代,用于各类储罐、管道和设备的绝热 行业专题研究行业专题研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 16 of 23 节能。目前国内外主要能源化工厂商均已开始采用气凝胶作为绝热材料,如中石化、中石油、中海油、埃克森美孚、壳牌、雪佛龙等。居高不下的价格成为渗透率提升的阻碍,气凝胶的应用主要局限于与环居高不下的价格成为渗透率
63、提升的阻碍,气凝胶的应用主要局限于与环境温度温差较大的保温境温度温差较大的保温/保冷场景。保冷场景。虽然气凝胶在能化领域实现了一定渗透,但从历史数据来看并未能实现较高的增长,参考海外气凝胶龙头Aspen 近 10 年销量维持在约 300400 万平米,以 10mm 厚度计约 34万立方米。同时,单价也并未显现下降趋势。居高不下的价格使气凝胶的应用主要局限于与环境温度温差较大的保温/保冷场景,例如 400以上的中高温绝热场景,或用于 LNG 储运等的低温绝热场景。图图 11:Aspen 气凝胶销量维持在气凝胶销量维持在 300400 万平米水平万平米水平 数据来源:Aspen Aerogels、
64、国泰君安证券研究 注:2022 年电池隔热产品销售占比大幅提升 我们可以简单以几个石油炼化和天然气储运的绝热应用场景为例,看气凝胶的国内潜在空间:德和科技招股书(申报稿)显示,1)2021-2025年我国石油炼化行业中 乙烯制取及分离 相关绝热材料 年规模约15.3316.86 亿元;2)LNG 接收站相关绝热材料年规模约 22.93 亿元;3)每年全球 LNG 船用绝热节能材料市场规模约 17.4130.47 亿元,结合克拉克森数据,2022 年 LNG 船新增订单中,中国船企市占率 32%,预计我国市场规模为 5.579.75 亿元,取平均年规模进行测算。以上场景所需传统绝热材料主要为泡沫
65、玻璃、聚氨酯硬泡等,价格15002000 元/立方米,取平均 1750 元/立方米进行测算;气凝胶材料价格约 1200018000 元/立方米,取平均 15000 元/立方米进行测算。依据气凝胶材料用量约为绝热材料的 1/31/4,此处取相对用量 30%。仅以上仅以上三个低温绝热场景的绝热材料市场规模合计已达三个低温绝热场景的绝热材料市场规模合计已达 46.69 亿元,若气凝胶亿元,若气凝胶渗透率达到渗透率达到 10%,则其替代规模达,则其替代规模达 12 亿元。亿元。行业专题研究行业专题研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 17 of 23 表表 14:我国
66、能化领域绝热需求巨大,仅三个低温绝热案例场景下市场规模已达:我国能化领域绝热需求巨大,仅三个低温绝热案例场景下市场规模已达 46.69 亿元亿元 平均年规模平均年规模(亿元)(亿元)传统绝热材料价格传统绝热材料价格(元(元/立方米)立方米)气凝胶材料价格气凝胶材料价格(元(元/立方米)立方米)气凝胶相对传气凝胶相对传统材料用量统材料用量 气凝胶气凝胶 渗透率渗透率 替代规模替代规模(亿元)(亿元)石油石油炼化炼化 乙烯制取乙烯制取及分离及分离 16.10 1750 15000 0.30 10%4.14 LNG 接收站接收站 22.93 5.90 运输船运输船 7.66 1.97 数据来源:德和
67、科技招股书(申报稿)、克拉克森、国泰君安证券研究 注:应用包括相应场景中的管道、储罐、设备等。我们认为,短期内气凝胶在能化领域的渗透率或维持较低水平,以替换我们认为,短期内气凝胶在能化领域的渗透率或维持较低水平,以替换大温差设施的保温材料为主,大规模替代仍待降耗要求进一步提升的催大温差设施的保温材料为主,大规模替代仍待降耗要求进一步提升的催化。化。此外,随国内近年集中投扩产气凝胶产能逐步释放,其成本有望在行业竞争中持续下降,叠加气凝胶的节能收益和使用寿命在前期替代项目中逐步得到验证,有望提升气凝胶在能化领域的竞争力。5.3.其他:建筑节能等领域潜在需求广阔其他:建筑节能等领域潜在需求广阔 绿色
68、建筑节能环保需求日益增加,将为建筑保温材料市场提供更大的市绿色建筑节能环保需求日益增加,将为建筑保温材料市场提供更大的市场需求,气凝胶有望在少数节能要求高、价格敏感度低的项目中实现替场需求,气凝胶有望在少数节能要求高、价格敏感度低的项目中实现替代。代。近年来我国一系列建筑绿色节能政策出台,建筑保温材料市场迎来新的发展机遇。据华经产业研究院数据,我国建筑保温材料市场规模由 2016 年的 686.6 亿元增长至 2021 年的 1718.7 亿元,年复合增长率为 20.14%。虽然建筑保温材料为千亿级的大市场,但气凝胶的渗透提升难度较大,相较于能化领域,建筑保温的内外温差并不大,气凝胶所带来的节
69、能效益或难以覆盖高昂成本。因而,气凝胶对传统保温材料的替换可能主要集中于少数对节能要求高,而对价格敏感度低的项目之中。此外,在部分老旧小区节能改造工程中,气凝胶也有望凭借其耗量少、施工简易的优势而得到应用,例如中凝科技阳泉老旧小区节能改造工程项目在建筑外墙使用 2mm 气凝胶薄层保温材料。图图 12:建筑节能综合解决方案:建筑节能综合解决方案 图图 13:2016-2021 年中国建筑保温材料市场规模年中国建筑保温材料市场规模 数据来源:爱彼爱和官网 数据来源:华经产业研究院、国泰君安证券研究 行业专题研究行业专题研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 18 o
70、f 23 图图 14:中储粮运城直属库采用中凝气凝胶涂层:中储粮运城直属库采用中凝气凝胶涂层 图图 15:中凝科技:中凝科技阳泉阳泉 300 万平老旧小区节能改造项目万平老旧小区节能改造项目 数据来源:中凝科技官网 数据来源:中凝科技官网 气凝胶材料未来潜在的众多应用场景,可以通过各传统绝热材料的应用气凝胶材料未来潜在的众多应用场景,可以通过各传统绝热材料的应用领域逐阶寻找。领域逐阶寻找。待气凝胶成本逐步下降,其对于传统绝热材料的替代能力将进一步增强。并且,除目前应用于电池隔热、能源化工、建筑节能、航天军工、纺织服装等领域所需的绝热功能外,气凝胶材料吸音隔声、吸附净化、医药载体等功能也在不断拓
71、宽其想象空间。6.国内外厂商正加速布局国内外厂商正加速布局 6.1.海外龙头:海外龙头:Aspen AerogelsAspen Aerogels 能化业务稳定,发力电池隔能化业务稳定,发力电池隔热热 Aspen Aerogels 历经二十年积淀,筑牢技术及客户壁垒。历经二十年积淀,筑牢技术及客户壁垒。Aspen 于 1999年承接 NASA 课题并成功开发出保存低温火箭燃料的纤维复合气凝胶材料,2001 年起商业化运作至今已有超 20 年历史,产品主要应用于能源工业、电池隔热、建筑保温等市场。Aspen 贴近目标市场终端客户,通过与各细分领域头部客户建立技术和商业关系,来发展业务并持续优化产品
72、,以满足各细分市场的特殊需求,同时有助于公司把握相应市场的新机遇并实现渗透。凭借着扎实的能化头部客户群基础,以及长期积累的专利技术和工艺 knowhow,加之对新应用场景的敏锐把握和快速反应能力,Aspen 有望在全球气凝胶市场维持领先地位。Aspen 的战略选择,也能够为我们展望气凝胶的发展方向及节奏提供一定参考。公司过去主要集中于为能源工业提供高性能气凝胶公司过去主要集中于为能源工业提供高性能气凝胶。公司于 2006年推出建筑领域用可持续绝热材料产品系列 Spaceloft,而后于2008 年为能化领域推出 2 个关键的气凝胶产品系列Pyrogel和 Cryogel,经历行业终端客户的严格
73、验证,并成功推广应用,能化领域营收也从 2008 年的1720 万美元增长到 2022 年的 1.25 亿美元,CAGR 达 15%。全球能源工业绝热市场大约 39 亿美元,其中 Aspen 的市场份额约为 3%。在能化领域的长期积累为公司的持续增长奠定良好基础。2021 年起发力动力电池隔热产品,成为公司新的增长极。年起发力动力电池隔热产品,成为公司新的增长极。伴随着电池隔热需求的兴起,Aspen 已经开发并商业化用于动力电池的 PyroThin系列产品,主要客户包括通用、丰田等。除隔热产品外,Aspen 还在开发碳气凝胶电池材料,持续拓宽气凝胶在各高潜力市场的应用。从营收来看,行业专题研究
74、行业专题研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 19 of 23 公司于 2021 年开始发力电池隔热产品,2022 年营收占比显著提升。公司目前正在投建第二家气凝胶工厂,新产能预计于 24H1 投产,利用率释放完全能够带来 12 亿美元营收,随新产能释放,Aspen 电池隔热业务预计增长强劲。图图 16:近年能化领域营收相对稳定,电池隔热营收增长显著:近年能化领域营收相对稳定,电池隔热营收增长显著(万美元)(万美元)数据来源:企业公告、Wind、国泰君安证券研究 注:“产品销售”主要为能源工业领域产品 表表 15:Aspen 产品广泛应用于能化领域,现已切入动
75、力电池隔热环节产品广泛应用于能化领域,现已切入动力电池隔热环节 应用领域应用领域 业务进展业务进展 能能源源工工业业 炼油炼油 公司产品已经安装于世界 640 家炼油厂中的 30%以上。气凝胶毯已被全球 25 家炼油公司中的 24 家使用,包括埃克森美孚、壳牌和雪佛龙等,且应用设施范围逐渐拓宽。石化石化 公司气凝胶毯已被世界 20 家最大的石化公司所使用,包括信实工业、福尔摩沙石化和利昂德尔巴塞尔工业等。天然气和天然气和LNG 产品在 PTT 液化天然气公司、埃克森美孚公司和道明尼能源公司等公司运营的设施中使用。陆上陆上 产品在加拿大油砂设施中使用,由桑科尔能源公司、康菲石油公司和哈斯基能源公
76、司拥有和运营。海上海上 产品目前用于巴西海岸、墨西哥湾、北海、马来西亚海岸和非洲西海岸以外的海底项目;安装在道达尔、马拉松石油公司拥有的海上项目中。发电发电 目标客户是天然气、煤炭、核能、水力发电和太阳能发电设施的运营商。产品目前用于 NextEra 能源资源、南方公司和杜克能源等公司拥有和运营的设施。地区能源地区能源 产品用于美国和亚洲的大学和市政当局的中高温蒸汽分配网络。电电车车市市场场 隔热隔热 目前正应用于通用汽车和丰田的电动汽车电池系统。客户群预计将在短期内扩大,包括更多的汽车制造商、一级汽车供应商、锂离子电池制造商,以及电动汽车和储能公司。碳气凝胶项目碳气凝胶项目 旨在提高锂离子电
77、池的性能,使电动汽车制造商能够扩大驾驶范围,降低电动汽车的成本等。公司将电池组件、电池、电网电池系统和电动汽车的制造商,作为碳气凝胶材料的潜在客户。可持续绝热材料和其可持续绝热材料和其他市场他市场 依靠由合作伙伴、OEM和制造公司组成的网络,为可持续绝热材料、运输、服装和家电市场提供服务,涉及建筑、冷藏和热力设备、汽车、飞机、火车、电子产品、户外装备和服装领域。数据来源:企业公告、国泰君安证券研究 6.2.国内进展:迎来竞争性扩产潮,玩家类型多样国内进展:迎来竞争性扩产潮,玩家类型多样 我国气凝胶行业产能正加速扩张,技术路线以超临界法为主。我国气凝胶行业产能正加速扩张,技术路线以超临界法为主。
78、据不完全统计,我国现有气凝胶产能超 30 万立方米,规划产能折合量已达 200万立方米。多数企业采用超临界法干燥工艺,部分厂商同步扩产超临界及常压法产能,此外,部分厂商虽未采用常压法生产,但已掌握相关工 行业专题研究行业专题研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 20 of 23 艺并持续优化,为气凝胶的持续降本奠定良好基础。产品类型来看,目前以用于能化及电池领域的隔热毡、隔热片为主,此外有部分企业开始布局隔热涂料等等。入局玩家多元化,行业竞争加剧,关注产能落地进度。入局玩家多元化,行业竞争加剧,关注产能落地进度。布局企业除传统航天军工背景企业、专注深耕气凝胶的
79、企业以外,还包括上游向下延申的有机硅企业,如晨光新材、江瀚新材、宏柏新材和兴发集团;隔热节能企业,如赢胜节能、江苏汉信天诚;以及汽车配件材料厂商等等。规划层面看,气凝胶产能的扩大、竞争的加剧无疑有助于气凝胶的降本,以实现更多场景下对传统绝热材料的替代,但鉴于下游需求释放节奏仍有不确定性,以及行业存在一定技术门槛,后续仍需关注各厂商产能落地的实际进展。表表 16:国内现有气凝胶产能超:国内现有气凝胶产能超 30 万立方米,规划产能折合量已达万立方米,规划产能折合量已达 200 万万立方米立方米 企业企业 现有产能现有产能 在建在建/规划产能规划产能 技术路线技术路线 备注备注 广东埃力生 7 万
80、立方 3 万立方气凝胶及复合材料在建、计划新增20万立方气凝胶及复合材料扩产立项 超临界法 中石化参股 华陆新材 5 万立方 25 万立方 超临界法 中国化学子公司华陆工程控股 泛锐熠辉 2 万立方 60 万平热防护隔热材料 超临界法 中凝科技 2.5 万立方气凝胶毡、1100 吨气凝胶粉体、2.5万吨气凝胶涂料、10 万立方气凝胶复合不燃保温板/常压法 华阳新材参股 爱彼爱和 1 万立方 2.5 万立方 超临界法 华昌化工参股 中科润资 10 万立方气凝胶绝热制品、1000 吨气凝胶粉体 1000 万平气凝胶玻纤绝热材料、1000 吨气凝胶粉粒原材料、1000 吨气凝胶服装保温材料 超临界法
81、/纳诺科技 1.5 万立方 3.6 万立方 超临界法、常压法 合盛集团控股 贵州航天乌江 1.2 万立方/超临界法 中国化学子公司华陆工程参股 泛亚微透 0.16 万立方 24 万平气凝胶+ePTFE 膜复材 超临界法/晨光新材/7.7 万吨气凝胶 超临界法/宏柏新材/1 万立方 常压法/江瀚新材/2000 吨气凝胶复合材料 超临界法/珈云新材/0.9 万立方气凝胶绝热毡、0.9 万立方气凝胶隔热片、0.6 万立方气凝胶颗粒 超临界法/兴发集团/20 万立方气凝胶绝热毡、1 万吨气凝胶粉 超临界法、常压法/湖北兴瑞/0.5 万立方 超临界法、常压法 兴发集团全资子公司 航鹰特材/60 万平气凝
82、胶材料 超临界法/阳中新材/1.9 万吨气凝胶粉体、28 万立方气凝胶绝热毡 超临界法、常压法 中凝和华阳合资 大音希声/30 万平无机固态气凝胶复合材料 超临界法、常压法 泛亚微透控股 赢胜节能/4 万立方 超临界法、常压法/弘徽科技/1 万立方气凝胶毡、10 万平深加工产品 超临界法/翌江新材/1200 万平气凝胶材料 超临界法/行业专题研究行业专题研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 21 of 23 江苏汉信天诚/6 万立方 超临界法/凌玮科技/2 万吨超细二氧化硅气凝胶/中钢矿院/300 吨碳气凝胶新材料/朗缪环保科技/2000 吨二氧化硅气凝胶粉体
83、/数据来源:DT 新材料、SAGSI、企业公告、企业官网、国泰君安证券研究 6.3.相关标的相关标的 晨光新材:晨光新材:公司主要从事功能性硅烷业务,基于已有产业链,利用循环经济的优势,实施产业链的横向及纵向延伸。公司现已规划气凝胶产能达 7.7 万吨:“年产 2.3 万吨特种有机硅材料项目”包括 2000 吨气凝胶,一期已处于试生产阶段,“年产 30 万吨功能性硅烷项目”包括 5000 吨气凝胶,“年产 30 万吨硅基及气凝胶新材料项目”包括 2 万吨气凝胶,“年产 21 万吨硅基新材料及 0.5 万吨钴基新材料项目”包括 5 万吨气凝胶。江瀚新材:江瀚新材:公司主要从事功能性硅烷业务,是全
84、球供应规模最大的功能性硅烷生产商。公司凭借在硅烷产业链的积淀,向下延申拓展气凝胶业务,募投项目“年产 2000 吨气凝胶复合材料产业化建设项目”已启动。宏柏新材:宏柏新材:公司主要从事功能性硅烷业务,产品以含硫硅烷偶联剂为主。公司利用氯硅烷循环产业链的优势,围绕功能性硅烷主业,通过投资建设气凝胶等项目,扩充终端产品品类。公司“功能性气凝胶生产基地建设项目”设计年产能 1 万立方,其中一期 3000 立方预计 2023Q4 满足投产条件;二期 7000 立方预计 2024 年底完成建设。兴发集团:兴发集团:公司是国内磷化工行业龙头企业,拥有磷电一体化与草甘膦+有机硅两大完整的产业链,两条产业链形
85、成有效协同,采用循环技术实现资源优势化利用降低成本和经济效益的最大化。公司基于有机硅生产的积淀,布局气凝胶等多项硅基新材料项目,已规划气凝胶 20.5 万方气凝胶绝热毡或隔热片、1 万吨气凝胶粉:由子公司兴瑞硅材料实施的“5000 立方米/年气凝胶毡项目”已进入设备安装阶段;此外,兴发还将分期建设年产 14 万方常压气凝胶绝热毡、6 万方超临界气凝胶绝热毡和 1万吨气凝胶粉。中国化学:中国化学:公司是国内化学工程建设龙头企业,在稳固化工主业的同时,持续扩张实业版图,布局多项化工新材料业务。公司旗下华陆工程控股华陆新材、参股航天乌江两家气凝胶生产企业:华陆新材规划建设年产30 万立方硅基气凝胶复
86、合材料,其中一期 5 万立方已于 2022 年 2 月投产;航天乌江已具备 1.2 万立方气凝胶产能。泛亚微透:泛亚微透:公司主要从事 ePTFE 微透材料相关业务,下游覆盖汽车、消费电子等领域。公司围绕 ePTFE 膜及其组件在“热学”方向的产业化应用,布局 ePTFE+SiO2气凝胶复合材料。其本身作为汽车零部配件生产厂商,切入新能源车电池隔热业务,具备渠道优势。公司通过自建产能以及收购大音希声 60%股权进行气凝胶布局:公司募投项目达产后将形成 SiO2气凝胶 1604 立方,SiO2气凝胶与 ePTFE 膜复合材料 24 万平;2023 年 3 月公告子公司大音希声投建 30 万平无机
87、固态气凝胶复合材料,预计 2026 年完成建设。行业专题研究行业专题研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 22 of 23 7.风险提示风险提示 1)电池隔热等下游需求释放不及预期。气凝胶的放量主要取决于电池隔热等需求的增长,若下游通过电池技术迭代或热管理系统技术迭代等其他方案满足电池安全性能要求,可能导致对气凝胶的需求不及预期。2)气凝胶降本不及预期。气凝胶对于传统绝热材料的替换主要取决于气凝胶材料的降本幅度,若气凝胶成本的下降不及预期,将不利于气凝胶应用场景的拓宽及需求的增长。3)产品开发不及预期。气凝胶生产存在一定技术壁垒,企业的技术工艺能力以及产品客户
88、验证等皆存在不及预期的风险。行业专题研究行业专题研究 请务必阅读正文之后的免责条款部分请务必阅读正文之后的免责条款部分 23 of 23 本公司具有中国证监会核准本公司具有中国证监会核准的证券投资咨询业务资格的证券投资咨询业务资格 分析师声明分析师声明 作者具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格或相当的专业胜任能力,保证报告所采用的数据均来自合规渠道,分析逻辑基于作者的职业理解,本报告清晰准确地反映了作者的研究观点,力求独立、客观和公正,结论不受任何第三方的授意或影响,特此声明。免责声明免责声明 本报告仅供国泰君安证券股份有限公司(以下简称“本公司”)的客户使用。本公司不会因接收人收到本
89、报告而视其为本公司的当然客户。本报告仅在相关法律许可的情况下发放,并仅为提供信息而发放,概不构成任何广告。本报告的信息来源于已公开的资料,本公司对该等信息的准确性、完整性或可靠性不作任何保证。本报告所载的资料、意见及推测仅反映本公司于发布本报告当日的判断,本报告所指的证券或投资标的的价格、价值及投资收入可升可跌。过往表现不应作为日后的表现依据。在不同时期,本公司可发出与本报告所载资料、意见及推测不一致的报告。本公司不保证本报告所含信息保持在最新状态。同时,本公司对本报告所含信息可在不发出通知的情形下做出修改,投资者应当自行关注相应的更新或修改。本报告中所指的投资及服务可能不适合个别客户,不构成
90、客户私人咨询建议。在任何情况下,本报告中的信息或所表述的意见均不构成对任何人的投资建议。在任何情况下,本公司、本公司员工或者关联机构不承诺投资者一定获利,不与投资者分享投资收益,也不对任何人因使用本报告中的任何内容所引致的任何损失负任何责任。投资者务必注意,其据此做出的任何投资决策与本公司、本公司员工或者关联机构无关。本公司利用信息隔离墙控制内部一个或多个领域、部门或关联机构之间的信息流动。因此,投资者应注意,在法律许可的情况下,本公司及其所属关联机构可能会持有报告中提到的公司所发行的证券或期权并进行证券或期权交易,也可能为这些公司提供或者争取提供投资银行、财务顾问或者金融产品等相关服务。在法
91、律许可的情况下,本公司的员工可能担任本报告所提到的公司的董事。市场有风险,投资需谨慎。投资者不应将本报告作为作出投资决策的唯一参考因素,亦不应认为本报告可以取代自己的判断。在决定投资前,如有需要,投资者务必向专业人士咨询并谨慎决策。本报告版权仅为本公司所有,未经书面许可,任何机构和个人不得以任何形式翻版、复制、发表或引用。如征得本公司同意进行引用、刊发的,需在允许的范围内使用,并注明出处为“国泰君安证券研究”,且不得对本报告进行任何有悖原意的引用、删节和修改。若本公司以外的其他机构(以下简称“该机构”)发送本报告,则由该机构独自为此发送行为负责。通过此途径获得本报告的投资者应自行联系该机构以要
92、求获悉更详细信息或进而交易本报告中提及的证券。本报告不构成本公司向该机构之客户提供的投资建议,本公司、本公司员工或者关联机构亦不为该机构之客户因使用本报告或报告所载内容引起的任何损失承担任何责任。评级说明评级说明 评级评级 说明说明 1.1.投资建议的比较标准投资建议的比较标准 投资评级分为股票评级和行业评级。以报告发布后的 12 个月内的市场表现为比较标准,报告发布日后的 12 个月内的公司股价(或行业指数)的涨跌幅相对同期的沪深 300 指数涨跌幅为基准。股票投资评级股票投资评级 增持 相对沪深 300 指数涨幅 15%以上 谨慎增持 相对沪深 300 指数涨幅介于 5%15%之间 中性
93、相对沪深 300 指数涨幅介于-5%5%减持 相对沪深 300 指数下跌 5%以上 2.2.投资建议的评级标准投资建议的评级标准 报告发布日后的 12 个月内的公司股价(或行业指数)的涨跌幅相对同期的沪深300 指数的涨跌幅。行业投资评级行业投资评级 增持 明显强于沪深 300 指数 中性 基本与沪深 300 指数持平 减持 明显弱于沪深 300 指数 国泰君安证券研究所国泰君安证券研究所 上海上海 深圳深圳 北京北京 地址 上海市静安区新闸路 669 号博华广场20 层 深圳市福田区益田路 6003 号荣超商务中心 B 栋 27 层 北京市西城区金融大街甲 9 号 金融街中心南楼 18 层 邮编 200041 518026 100032 电话(021)38676666(0755)23976888(010)83939888 E-mail: