正硅酸乙酯溶剂型(气凝胶：“隔热王者”剑指千亿星辰大海)

Posted 2023-05-30

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正硅酸乙酯溶剂型(气凝胶：“隔热王者”剑指千亿星辰大海)

前言：

气凝胶获得资本市场的关注，仅仅只是一个开始。

近年以来，随着中国新能源汽车数量的不断增长，与其相关的火灾事故报道频率也在逐年增加，据国家应急管理部公布的数据，2022年平均每天都有7例新能源汽车火灾事故。新能源汽车安全问题严重危害着驾驶人员的生命财产安全，汽车“自燃”与其相对应的解决方案也变成了大家越来越关注的话题。

我国自 2021 年开始从系统层面考核锂电池安全性，选择优质的隔热材料成为大多数车企和电池厂的主流选择。2021年1月1日起正式实施的《电动汽车用动力蓄电池安全性要求》将锂电池系统安全作为考核重点，并新增系统热扩散测试，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。而要实现“5min 的安全逃逸时间”，则需要对电池包的隔热材料多做改进，延缓故障电池包的爆炸时间，气凝胶刚好是同时兼具绝佳的绝缘、隔热、阻燃效果的一种材料。

“凝固的烟”

应用领域广泛

气凝胶作为“可以改变世界的神奇材料”，是目前已知导热系数最低、密度最低的固体隔热材料，被称为“凝固的烟”、“蓝烟”，也是国家基础战略性前沿新材料，对降低碳排放、实现“双碳”目标具有重要战略意义。

气凝胶的防火隔热主要来源于它的特殊的结构，我们可以把气凝胶理解成多孔海绵的一个纳米版。它的孔径基本上是20-50纳米的微孔径，空气分子大小约为70纳米，大于气凝胶材料孔隙的直径，因此空气在气凝胶上流动效率极低，隔热性能很好。

近些年来，为了促进气凝胶行业发展，我国陆续发布了许多政策，如2021年国务院办公厅发布的《关于推进中央企业高质量发展做好碳达峰碳中和工作的指导意见》鼓励加强产业共性基础技术研究，加快碳纤维、气凝胶等新型材料研发应用。

国家层面气凝胶行业相关政策

资料来源：观研报告网《中国气凝胶行业发展趋势分析与未来投资预测报告（2022-2029年）》

为什么要发展气凝胶？

要回答这个问题，我们首先需要了解气凝胶的应用领域。

气凝胶下游应用广泛，以隔热保温为主导，最初被广泛应用于航空航天、军事工业等高端技术领域，美国的“火星探路者”运载火箭、俄罗斯的“和平”号空间站、“中国空间站”、“神舟载人飞船”、“祝融号火星车”、“长征系列火箭”等，都采用了气凝胶作为隔热保护材料。

随着中国经济转型升级及实施国家纳米材料战略，绝热性能突出、技术成熟的气凝胶在我国已经实现了产业化，也逐步走向民用市场。比如：开采石油时，为了保持石油的流动性，就需要实现管道保温，如果在石油管道外层包裹气凝胶，只需要2cm厚，就能够在输送过程中实现保温，降低能耗损失。

除此以外，气凝胶在新能源汽车电池方面也起到了“防火墙”的作用。

一方面，将气凝胶填充于电芯与电芯之间，绝缘、隔热、阻燃它们同时发挥着各自作用，即使个别电芯热失控，散热系统可以快速地将温度控制在燃点以下，有效地控制热失控，电池组就不会轻而易举被“点燃”；即使有一块电芯被“点燃”了，由于包裹着电芯的材料具有非常强的隔热、阻燃防护性能，能耐受住火焰造成的高温能量瞬间冲击，控制燃烧传播，不会连锁反应“牵连”到电池中的其他电芯，从而为汽车驾乘人员争取更长的逃生时间。另一方面，在寒冷的冬季，因为气凝胶对电芯有着绝佳的保温效果，所以还能防止电动车因天气过冷而导致电池续航能力降低。

目前看来，气凝胶应用领域主要集中在工业管道保温、新能源汽车、日用户外隔热等，随着应用领域的不断拓宽，建筑建造等市场也将逐渐打开。因此，发展气凝胶，是政策导向与行业需求双重影响下的必然结果。

需求拐点向上

剑指千亿蓝海市场

近年来，全球气凝胶市场需求不断增长，根据万创研究院研究数据，乐观预计到2025年，全球气凝胶制品市场规模将突破390亿元，我国气凝胶制品市场规模将突破214亿元。

气凝胶赛道规模能够火速扩张，其核心原因在于新能源汽车市场新的增长点——动力电池安全性的要求。

防火隔热是气凝胶产品的核心价值，到了动力电池行业中，这种隔热价值，进一步延伸为“安全”价值，从而开启了气凝胶赛道的快速增长之路。

动力电池整体发展趋向于电池能量密度越来越大且电池安全性能越来越高。能量密度变大要求在同等电量下电池的体积要更小，质量更轻便，但能量密度越高，电池不安全性就越强，更容易起火爆炸。气凝胶由于其独特的结构恰好可以调节动力电池发展过程中的矛盾，在新能源车中可用于降低燃烧爆炸风险并提升其低温表现，延长电池组使用寿命。

▲气凝胶在汽车中的应用，图源岩拓新材料

除了动力电池之外，气凝胶还可以应用于汽车的整车结构，如车顶、门框、发动机罩等，可以起到车厢内保温、节能减排的效果，且相对于普通材料，气凝胶的车内占用空间可大幅缩小。

虽然气凝胶赛道逐渐火热，但我国气凝胶渗透率普遍较低。

主要原因有两点：第一，目前气凝胶售价相对传统材料较高，未来随着气凝胶企业的规模化量产及工艺路线的优化，综合成本的下探弹性较大。

技术方面，我国常压干燥工艺逐步完善，正在逐步取代成本高、周期长的超临界制备工艺，制造成本可降低到超临界工艺的1/20，但目前常压干燥工艺依旧不完善，制备产品的质量、性能较差，产品多适用于大型管道级气凝胶市场。此外，在气凝胶的制备过程中，企业也可采用纤维复合来降低综合成本、提高力学强度，国内气凝胶的主流介质有三种：预氧丝、陶瓷纤维、玻璃纤维。

▲复合纤维气凝胶产品，图源泛锐熠辉官网

第二，目前动力电池行业的气凝胶材料模切加工行业的大部分厂商在自动化程度上都有待提高，自动化生产是一个大趋势，也是一个重要的降本方式。

对于气凝胶行业未来的发展趋势，万创投行董事总经理吴沛东表示，基础材料的核心发展趋势大致分为两个步骤，第一步要先找到一个相对来说能够快速扩张的市场，第二步再找到一个相对需求体量比较大的市场。

对于气凝胶来说，新能源汽车及动力电池市场是其快速扩张的关键场景，而建筑保温材料等领域则是气凝胶的下一个千亿级替代市场。

目前我国建筑市场所使用的保温隔热材料整体规模庞大，种类丰富，比如说建筑外地面的涂料、泡沫板。气凝胶复合产品的导热系数与燃烧等级均占优势，气凝胶可用更薄的厚度达到更优异的保温效果，还能有效提高房屋使用面积。随着原料产能的持续增长和降本措施的助力，气凝胶有望凭借其优异的性能、轻薄的结构，加速替代传统隔热材料，应用于更多领域，气凝胶市场规模将持续扩大。

事实上，气凝胶产品，不单是一个供应链产品，也是一个服务于各个行业的通用材料，气凝胶材料不仅有商业价值，也有很强的社会价值，其应用领域关乎国计、关乎民生。由此观之，气凝胶获得资本市场的关注，仅仅只是一个开始，部分投资人也表示，气凝胶未来的成长价值不可估量，值得持续关注。

附件一：气凝胶产业链梳理

目前市场上大规模产业化的是二氧化硅气凝胶，其上游是硅源（根据来源不同可分为有机和无机），经过制备做成气凝胶（根据干燥工艺的不同分为超临界和常压），气凝胶一般不会直接应用，而是做成气凝胶制品（气凝胶毡、气凝胶板、气凝胶绝热毯等）；最后应用到下游多个行业（石油化工、建材、新能源车、航天军工等）。

▲气凝胶产业链和相关公司，图源公司官网、天风电新

上游：原材料硅

气凝胶上游主要原材料是硅，具体可分为有机硅源（主流）和无机硅源。

有机硅源：主要原材料是正硅酸甲酯，正硅酸乙酯（属于功能性硅烷），主要相关厂商包括晨光新材、宏柏新材等。有机硅源因后处理简单+性能优越，是目前主流路线。

无机硅源：水玻璃之类无机化合物。其上游是多晶硅行业。

表：气凝胶按生产原料分类

▲来源：泛亚微透年报、天风电新

中游：气凝胶生产

气凝胶性能主要由其纳米孔洞结构决定，一般通过溶胶-凝胶工艺获得所需纳米孔洞和相应凝胶骨架，由于凝胶骨架内部的溶剂存在表面张力，在普通的干燥条件下会造成骨架的坍缩，气凝胶制备技术核心在于避免干燥过程中由于毛细管力导致纳米孔洞结构塌陷。气凝胶材料生产企业生产完气凝胶后并不是直接出售，而是做成制品（气凝胶毡等），一般按片出售。

根据干燥工艺的不同，气凝胶制备工艺主要分为超临界干燥工艺和常压干燥工艺两种：

超临界：性能好、成长高，发展成熟。超临界是最早实现批量制备气凝胶技术，已经较为成熟，也是目前国内外气凝胶企业采用较多的技术。目前已经实现批产技术一般采用二氧化碳作为干燥介质，简称二氧化碳超临界干燥技术。

常压干燥：成本低但性能难做好，少数厂家具备。一种新型的气凝胶制备工艺，是当前研究最活跃，发展潜力最大的气凝胶量产技术。

表：气凝胶按干燥工艺分类

▲来源：泛亚微透年报、天风电新

下游：气凝胶制品封装

上述生产型企业做成的气凝胶制品常常需要和其他材料复合（气凝胶材料本身强度低、脆性大，其直接使用受到限制，因此通常将其与有机聚合物、纤维增强材料进行复合）、封装才能用于下游（电池厂、车厂）。

表：气凝胶下游厂商及制品封装

▲来源：东莞硅翔、爱彼爱和官网、天风电新

附件二：气凝胶相关企业情况汇总（部分）

▲来源：公司官网、BP资料、万创研究院

本文来自微信公众号“万创投行”（ID:wanchuangtouhang）。