环已基甲基二甲氧基硅烷(气凝胶产业深度研究报告：崛起气凝胶，助力碳中和)

Posted 2023-06-02

篇首语：相逢意气为君饮，系马高楼垂柳边。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了环已基甲基二甲氧基硅烷(气凝胶产业深度研究报告：崛起气凝胶，助力碳中和)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

环已基甲基二甲氧基硅烷(气凝胶产业深度研究报告：崛起气凝胶，助力碳中和)

（报告出品方/作者：华安证券，刘万鹏）

1 气凝胶：15 项世界之最齐身的材料

1931 年气凝胶被发明出来，由于各类性质非常极致，在过去的近百年里一直吸引了众多的目光。气凝胶凭借极低的密度、极小的孔径、极低的隔热系数、极低的声音传播速度等创下 15 项世界之最。同时，气凝胶作为一类材料的统称，随着科研人员研究的深入，陆续制备了多种气凝胶。同时，气凝胶方便加工，制品形态多样。综上，气凝胶的应用场景众多，从航天、军工等要求严苛的高科技领域到工业、交通、日用等领域，都有气凝胶发挥性能的地方。

1.1 气凝胶是改变世界的神奇材料

气凝胶是一种固体物质形态，也是世界上密度最小的固体，被称为“凝固的烟”、 “蓝烟”。曾被《科学》杂志誉为“可以改变世界的神奇材料”。气凝胶之所以“神奇”，是因为自身具有很多极致的性质。气凝胶曾经因性质优异创下 15 项“吉尼斯世界纪录”。

气凝胶超级轻，是目前已知最轻的固体材料。在一些对重量要求苛刻同时对绝热要求极高的场景，气凝胶是唯一选择。在“天问一号”火星探测器中，“祝融号”火星车表面铺设了大面积的气凝胶板。超轻的特性极大地减小了火星车的负担，让它跑得更快，跑得更远。同时，在“天问一号”着陆阶段，周围的温度超过 1000℃，而 10mm 左右的气凝胶材料就能够使温度处于可接受的范围，在火星车巡视阶段，气凝胶能够确保火星车在-130℃ 的环境正常工作。

二氧化硅气凝胶是迄今为止保温性能最好的材料。热的传递有三种方式：热对流、热传导、热辐射。最好的保温绝热材料需要是木桶型的。尽管空气的热导率很低，但是我们能在一定距离内感受到空调、火炉的温度，是因为空气热传导和热辐射的存在。而气凝胶凭借极低的体积密度及纳米网格结构的弯曲路径阻止了气态和固态热传导的同时，由于其孔径尺寸低于常压下空气分子平均自由程，气凝胶空隙中的空气分子近似静止，从而空气的对流传热得到限制，趋于“无穷多”的空隙壁使热辐射降至最低。气凝胶完美对抗了三种热的传递方式，导热系数甚至达到 0.013 W/m.K 以下，比常温下静态空气 0.025 W/m.K 还低，因此是迄今为止最完美的隔热材料。在管道包裹保温方面，达到相同的隔热效果，气凝胶毡的厚度仅为岩棉的三分之一厚，膨胀珍珠岩的五分之一。

气凝胶多孔的 3D 互连网络结构使得离子、分子能够容易地进入内部，而分层多孔结构提供了高比表面积和高反应活性接触面，这些结构特性使碳气凝胶作为超级电容器和电池中的非均相催化剂载体、吸附剂和电极材料有很好的应用前景。除此之外，气凝胶还有憎水率高、使用寿命长等性质特点。

1.2 气凝胶族谱丰富，二氧化硅气凝胶最成熟

气凝胶是通过溶胶凝胶法，用一定的干燥方式使气体取代凝胶中的液相而形成的一种纳米级多孔固态材料。目前主流的气凝胶制备过程就是溶胶-凝胶法与超临界干燥相结合。

不同的化合物通过气凝胶的制备过程形成了各种各样的气凝胶，丰富了气凝胶的品种、完善了气凝胶性能、让气凝胶能在更多应用中。目前最常见也是发展最为成熟的气凝胶是二氧化硅气凝胶，二氧化硅气凝胶属于氧化物气凝胶，除此之外，还有碳化物气凝胶、氮化物气凝胶、有机气凝胶、碳气凝胶、生物质气凝胶、复合气凝胶及其他气凝胶。各个分类中中已经合成了多种化合物气凝胶，结构性质各异。

1.3 气凝胶形态多样，应用广阔

气凝胶的形态多样，包括毡、板、颗粒和涂料等。多样化的产品形式使得气凝胶的应用更加灵活广泛，下游市场需求空间巨大。气凝胶性质优异，应用已经遍布于石化、军工、航天、电池、环保、建筑、交通等各个领域。气凝胶对这些领域中的原始材料有明显优势，因此替代空间巨大。

在石化领域，气凝胶凭借极佳的隔热保温性能可以作为外保温材料，如蒸馏塔、反应管道、储罐、泵、阀门、天然气和 LNG 液化气管道、深海管道等等。在高温蒸汽、导热油或流体介质管线外包裹气凝胶，一方面减少了管道暴露损失热量，另一方面这些区域往往受到重量、空间的限制，需要保温材料轻量又轻薄，气凝胶是唯一完美契合的材料。同时，在海上漏油事故处理中，气凝胶质量轻、吸附能力极强，也得到认可。

在环保领域，纤维素气凝胶可作为吸附剂从水中吸附油和其他有毒有机物，被广泛地应用于吸附脱除染料废水。此外，生物质碳气凝胶可以去除水中的多种重金属离子，如 Co(II)、Cd(II)、Pb(II)和 Sr(II)。

在建筑领域，房屋门窗、墙壁的隔热保温正越来越被重视。现有的保温材料或隔热能力不够理想，或达到理想效果厚度太厚、太重，也有一些隔热能力较好的材料但阻燃能力不佳，容易引发房屋火灾。而气凝胶既可以作为现有保温材料的升级替代，同时兼顾防火、隔声等功能，有望颠覆建筑保温材料现有格局。

在军工领域，气凝胶的性能得到了充分验证。在军车上覆盖 6 毫米的防弹型气凝胶就能够承受炸药带来的破坏力。东风-17 以气凝胶隔热材料作为外衣，使得东风-17 在极快加速度的同时不被空气摩擦所产生的高温给破坏，而且气凝胶材料良好的透波性能不会阻挡东风-17 内部的制导装置。另外，气凝胶可以作为飞机、舰船/艇、坦克、导弹等的外层材料,起到防辐射、吸收红外线和漫反射波实现隐形功能，屏蔽自身电子信号实现反侦察的功能。在水下探测中气凝胶的低声速和高孔隙超轻质特性使之成为比较理想的超声探测器的声阻耦合材料和最佳水声反声材料。当然，气凝胶也用于军用保温帐篷等领域。

在航天领域，对材料的绝热、轻量、抗压能力要求最为严苛。俄罗斯“和平”号空间站、美国“火星探路者”探测器和“火星漫步者”探测车、我国“长征五号”运载火箭和“祝融号”火星车都曾使用气凝胶材料进行绝热保温材料，“星辰号”飞船用来收集彗星尘也使用了气凝胶做的采集“手套”。2016 年 8 月，中国航天科工三院 306 所联手华星美科新材料科技（江苏）有限公司举行签约仪式，共同组建成立气凝胶技术国际研发中心，力图打造国际先进、国内领先水平的气凝胶技术研发基地。

在电池领域，目前锂离子动力电池组热失控事故时有发生，阻止热失控电芯向电池其他系统传热是主要解决思路。气凝胶毡具有防火、隔热、阻燃的特性，而且质感柔软、易于加工，是非常理想的预防材料；另外在热电池应用领域，气凝胶作为热电池保温筒的隔热材料能够解决多领域对热电池的高性能、长寿命的要求。目前新开发的气凝胶玻纤毡能够将电池包高温耐受能力提高至 800℃以上，大大提高电池的耐热性。

在交通领域，气凝胶材料主要应用在汽车防火隔热保温降噪层，大容量电池组防火防水保温盒，危险化学品运输车、液化天然气运输船等特种运输工具的保温防火层，高铁和地铁车体保温隔热降噪防火层等。在交通事故引发的火灾中，着火点一般集中在发动机仓位置。在发动机仓和驾驶舱之间加一层气凝胶防火隔离墙，可以阻隔火势蔓延到驾驶舱中。

在日常生活中，凡是需要保温的地方，气凝胶都具有应用的可能性。气凝胶滑雪服：超薄的保温厚度和良好的柔韧性，A 级防火性能和荷叶般的疏水性能，使气凝胶防寒服相比传统羽绒服更薄一些，而且保温性能极好。

克罗值是评定衣服保暖效果的重要指标。研究者们总结出了一个服装热阻计算公式： Iclo=6.45×[（tS-tA）/Φ]-0.8 在这一公式中，tS 为人体温度，通常取 33.3℃；tA 为环境温度；Φ为单位面积的单层服装在单位时间内传递的热量，一般取M的75%，M为人的基础代谢热量58W/m； Iclo 为人体身上穿的所有衣服克罗值（clo）的总和，检测表明，0.2cm 厚的气凝胶复合棉纤毡的克罗值为 1.73。理论上，人体单穿一件内衬 0.6cm 厚气凝胶复合棉纤毡的衣服，即可在-8℃的环境温度下保证温暖。

气凝胶复合棉纤毡的热导率为 3.77 W/（m 2·K），羽绒的热导率为 5.93 W/（m 2·K），仅 0.2cm 厚的气凝胶复合棉纤毡（保温率 74.03%），即可相当于 4cm 厚的羽绒纤维（保温率 78.12%）的保温效果。

气凝胶网球拍：以气凝胶为填充材料制成的网球拍或羽毛球拍，利用气凝胶的纳米多孔结构，可以更好地吸能、减震，大大降低了患上“网球肘”的风险。另外，这种球拍的击球能力更强大。

气凝胶登山靴：气凝胶材料可以应用在鞋垫、鞋面、鞋跟和踝部包裹等部位。通常的使用方法是在两层面料中间夹一层气凝胶材料。而使用约 2mm 厚的气凝胶材料即可以满足鞋子的保温性能需求。

2 产业链或加速脱瓶颈

气凝胶自 20 世纪 30 年代发明以来一直是研究人员的宠儿，但在应用端却并没有得到普及。究其原因是气凝胶的技术不够成熟、成本过高。目前我们看到国内在气凝胶原料成本和工艺技术上或有巨大突破，因此看好气凝胶这一次的完全崛起。

2.1 原料成本有望下降

目前产业化程度最高的气凝胶为硅基气凝胶，其生产成本主要集中在原料硅源、干燥设备折旧和能耗三块，换言之气凝胶的成本下降需要在这三方面发力。

二氧化硅气凝胶的制备过程首先要得到二氧化硅凝胶，再通过干燥手段使气体取代凝胶中的液相从而形成气凝胶。目前，生产原料有两种。一种是无机硅源，包括水玻璃（硅酸钠）和四氯化硅，另一种是有机硅源，包括正硅酸甲酯（TMOS，又称四甲氧基硅烷）和正硅酸乙酯（TEOS，又称四乙氧基硅烷）等功能性硅烷。

其中，有机硅源纯度高，工艺适应性好，可以适配超临界干燥以及常压干燥工艺，但有机硅元作为原料的缺陷是价格高，目前国内外采用超临界干燥工艺的企业基本上都是采用有机硅源。无机硅源相对更加廉价，但长期以来应用较少。一方面是由于无机硅源只能应用于常压干燥技术，常压法发展还较不成熟；另一方面，以水玻璃为硅源的气凝胶制备过程中需要大量水洗凝胶中的钠盐，而钠盐的水溶液难分离，造成大量的废水难以处理，处理不当可能会造成大面积的土地盐碱化。因此，目前最主流产业化生产路线是正硅酸酯为原料结合超临界干燥工艺的生产过程。

正硅酸甲酯、正硅酸乙酯均属于功能性硅烷。通常将主链为 Si-O-C 结构的有机硅小分子统称为功能性硅烷。功能性硅烷按用途分类可以分为硅烷偶联剂和硅烷交联剂。硅烷交联剂可以分为脱酸型、脱酮肟型和脱醇型三种。制作气凝胶的正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、甲基三甲氧基硅烷等属于脱醇型交联剂。

全球功能性硅烷市场规模从 2015 年的 13.3 亿美元增至 2020 年的 17 亿美元，CAGR 为 5%。其中亚太地区硅烷需求强劲，是推动全球硅烷市场增长的主要因素。中国作为世界主要硅烷消费国，将引领亚太地区硅烷市场的发展。2019 年全球功能性硅烷产能约为 62.1 万吨/年，产量约为 43.9 万吨。功能性硅烷主要用于橡胶加工、粘合剂、复合材料等领域。

我国是世界最大的功能性硅烷生产、出口与消费国。尽管中国功能性硅烷 2019 年产能占全球功能性硅烷产能的 69.1%，位居第一，也是最大的出口国以及主要硅烷消费国。但我国硅烷以含硫硅烷为主。交联剂主要依赖进口，因此导致有机硅源成本高昂。随着中国未来硅烷交联剂产能的大幅提升，自给率将会逐渐提升，从而降低气凝胶的生产成本。2019 年，我国出口的硅烷品种主要为含硫硅烷，主要出口去向为美国、印度、韩国、日本、荷兰等国家或地区。同时，我国进口的硅烷品种主要为环氧基硅烷及交联剂，主要来自美国、日本和德国。

未来，在安全和环保要求持续收紧、供给侧改革持续推进的背景下，硅烷企业将朝着大型化、一体化和区域化的趋势发展。随着新能源汽车、复合材料和表面处理等新兴市场需求的壮大成熟，预计到 2023 年，我国硅烷总产量将达到 39 万吨，与 2019 年相比，年均复合增长率为 9.6%。

另外国内常压干燥技术也在进步，未来不再是制约无机硅源的瓶颈。四氯化硅大部分为多晶硅副产物。据头豹研究院数据显示，每生产 1 千克多晶硅将产生 10-15 千克四氯化硅。而四氯化硅随着多晶硅产能的陆续投放，原料供给充足。

中国多晶硅产量连续七年位居全球首位。2020 年中国多晶硅产量为 39.2 万吨，同比增长 14.6%，约占全球产量的 73%。由于下游光伏产业高速发展，硅料长期处于供不应求的局面，自 2017 年起多家硅料企业均开启多晶硅产能扩张，2015-2020 年中国多晶硅年产量从 16.5 万吨增长至 39.2 万吨，复合增速 18.9%，同时中国多晶硅产量占全球比例连年上升。

预计在 2021-2025 年间，多晶硅料产量仍将处于高速增长期。按照复合增长率 20%,预计到 2025 年我国多晶硅年产量将达近 100 万吨，副产的四氯化硅就将达 1000 万～1500 万吨。原材料充足以及产业链一体化的形成将有效降低气凝胶材料成本中枢，在市场上的替代效应更为明显。

2.2 干燥工艺取得进步

气凝胶的生产首先是溶胶-凝胶反应过程，然后是利用干燥工艺去除孔内液体。为了去除溶剂而不会使孔隙塌陷，干燥工艺对于气凝胶的合成至关重要，而干燥工艺在气凝胶成本中也占有绝对分量。

干燥工艺可分为超临界干燥、亚临界干燥、冷冻干燥以及常压干燥。目前超临界干燥工艺和常压干燥工艺是主流干燥工艺。超临界干燥技术率先实现批量制备气凝胶技术,目前已经较为成熟。超临界干燥是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，形成一种超临界流体，处于超临界状态的溶剂无明显表面张力，从而可以实现凝胶在干燥过程中保持完好骨架结构。

由于超临界干燥工艺技术成熟、生产产品纯度高，因此被广泛应用于军工、航天等领域，但超临界设备属于特种设备，制造有门槛、投入高，使得成本承压。而常压干燥工艺的设备投入较低，对廉价硅源接纳能力强，但由于常压干燥工艺对配方设计和流程组合优化要求高，目前工艺不够成熟。

超临界干燥包括高温超临界干燥、二氧化碳超临界干燥。1984 年，瑞典隆德集团以正硅酸甲酯为硅料、采用高温超临界干燥生产二氧化硅气凝胶的工程中，因高压釜泄漏甲醇蒸汽发生爆炸。美国 Arlon Hunt 发明了以正硅酸乙酯为硅源，搭配超临界二氧化碳干燥技术（以二氧化碳作为干燥介质），一方面正硅酸乙酯毒性较正硅酸甲酯更低，更一方面由于二氧化碳的临界点温度和压力更低，使得干燥过程的

尽管目前超临界干燥工艺日益成熟、产品质量满足产业化要求，但是超临界干燥设备制造具有一定门槛，且原料有机硅源价格较高。而根据 NASA 数据显示，常压干燥的制造成本是超临界工艺的 1/20。因此，常压干燥工艺仍然一直被生产厂家、研究机构所关注的。

常压干燥原理是采用疏水基团对凝胶骨架进行改性，避免凝胶孔洞表面的硅羟基相互结合并提高弹性，同时采用低表面张力液体置换凝胶原来高比表面积的水或乙醇从而可以在常压下直接干燥获得性能优异的气凝胶材料。但常压干燥对前期处理要求很高，且在干燥过程中由于孔隙中固液界面的表面张力非常大，易发生收缩和开裂。因此只有对常压工艺成熟的生产企业才具有竞争优势，否则成本优势并不突出。

此外，研究员也在研究其他创新性方法生产气凝胶。根据研究团队介绍，当蜻蜓从幼虫中脱壳而出时，翅膀像果冻一样，但在很短的时间内会膨胀变硬并变得完全干燥，变成类似于气凝胶的多孔分层结构。原因是蜻蜓身体会产生碳酸氢盐分子，释放二氧化碳气体，调节身体压力并同时干燥翅膀，这会”吹出“水分，让它们的翅膀变得干燥，稳定，轻盈且结实。实验人员受此启发，通过在硅胶中加入碳酸氢盐溶剂，并采用化学反应产生二氧化碳从内向外干燥凝胶，同时，二氧化碳被锁在孔质结构中，防止了气凝胶的塌陷。研究人员宣称，这项技术将使生产成本降低 96％，从每公斤 100 美元左右降至 4 美元。

2.3 市场需求增长突出

过去七年，我国气凝胶市场规模稳步高速增长。我国气凝胶市场主要分气凝胶制品和气凝胶材料两部分。

气凝胶制品的市场规模从 2014 年 2.07 亿元增长到 2020 年的 14.1 亿元，复合增长率达到 37.7%；气凝胶材料的市场规模从 2014 年 1.83 亿元增长到 2020 年的 15.9 亿元，复合增长率达到 43.4%。从全球市场看，与隔热材料整体市场比较，气凝胶市场规模虽然目前占比不是很大，但增长尤为迅速。目前气凝胶下游需求结构有 56%来自油气项目，18%用于工业隔热，9%用于建筑建造，8%用于交通。而在 2026 年，将有 14%用于建筑，而交通领域的需求将增至 13%。

目前众多研究机构报告都表明，未来全球范围内的新能源汽车高速增长几乎已经成为共识，对于新能源汽车来说续航里程的提升需要高能量密度的动力电池支持，但高能量密度电池的安全性是目前需要解决的难题。气凝胶作为电池热管理的关键材料将扮演重要角色。

根据我们华安团队预测，2025 年我国汽车与工业管道领域气凝胶的市场规模将达到 64-77 亿元，2030 年市场规模将达到 183-234 亿元。如考虑在建筑建材、航天军工、日常生活等其他领域气凝胶需求增长，以及碳中和加速带来爆发性增长，市场规模增长空间会更大。

2.4 新增供给有利市场

目前国际上关于气凝胶的研究主要集中在德、美、法、日等国，而在国内，气凝胶也已经有超过二十年的研究历史，主要研究单位以国家纳米中心、中科院、国防科大、同济大学等为代表。可以说，气凝胶是我国少数从工艺到产业化都能与国际水平相提并论的顶级新材料，未来气凝胶产业有望成为我国的王牌产业，引领全球发展。

目前我国气凝胶产业代表性的生产企业有数十家，技术路线主要以成熟的二氧化碳超临界萃取工艺为主，而超临界萃取工艺的壁垒之一是干燥设备。其中，贵州航天乌江机电设备有限责任公司是国内唯一集超临界萃取装备设计、制造为一体的生产厂家，具有较强的超临界萃取成套装备开发设计和超临界流体技术应用研究能力，与国内外设备相比更加节能。

近年也有企业新建产能采用常压干燥工艺、减压干燥工艺。纳诺科技现有 1 万方气凝胶超级绝热材料中 5000 方是常压法，5000 方是超临界，新建 12000 方也将采用常压法。根据弘大科技官网介绍，弘大科技自主设计研发的低成本减压干燥技术能够使年产 100 立方米气凝胶的生产设备投资由 5000 万元降到 200 万元。

随着以华陆新材为代表等在建产能陆续投产，此外还有宏柏新材等公司准备量产，我们认为供给端的扩大将有利于气凝胶的市场渗透率的提升和成本下降。

3 崛起重点在于存量替代和增量拓展

长期以来，气凝胶的技术成果层出不穷，但我们认为，在继续探索新技术、低成本技术手段生产气凝胶的同时，后续更应注重气凝胶的应用开发。简言之，对于具有极致性质的气凝胶材料，寻找性价比契合的市场领域比做好气凝胶更重要。

3.1 技术升级和应用拓展成就气凝胶

气凝胶的发展历史就是一个技术进步和应用拓展互相促进的过程。自 1931 年气凝胶诞生以来，气凝胶历经四次产业化。第一次产业化是美国孟山都公司主导，但由于成本过高、应用开发滞后而失败；第二次产业化在 20 世纪 80 年代，因高温超临界爆炸以及新技术经营不善而告终；第三次产业化中美国 Aspen Aerogel 成功将气凝胶商业化，将其应用于航天军工、石化领域，受到市场青睐；目前气凝胶处于我国主导的第四次产业化过程中，新增众多产能的同时进一步将气凝胶的应用拓展到了电池、交通等民用领域。

回顾气凝胶的产业化历程，数次受挫都与市场需求开发不足和价格过高有关。作为绝热材料，气凝胶必须直面其他廉价材料的竞争。而技术进步、产能扩大、市场认识的提高、需求升级将有助于这一市场的发展。因此，气凝胶的必经之路是普及应用的过程。近年来，我国陆续推出有关气凝胶的政策文件，对气凝胶的产业发展进行指导和促进。

3.2 气凝胶替代传统材料是“降维打击”

在纯粹追求性能的前提下，气凝胶对同类材料相比是“降维打击”。

目前除了在一些领域气凝胶不够经济，在隔热、防水、防火、耐压、透气等多个维度，气凝胶都很能打。在耐久性方面，硅基气凝胶本身是很脆，但通过与增强纤维等材料的复合制备，硅基气凝胶材料耐用性已经足够，理论使用年限约为 20 年（与一般建筑物的寿命相当）,最低使用年限 15 年。

在工业管道领域替代硅酸盐毡等传统保温材料。为在油气开采中需尽可能做好注汽管道的保温、尽可能缩小注汽锅炉与井口间的蒸汽温降，在电力行业热电联产中做好管道保温方可提高热电联产的辐射范围。长期以来，工业管道采用硅酸盐毡等做保温材料，其使用寿命短、结构松散，而且吸水导致管道表面腐蚀严重。替代品气凝胶毡具有柔韧度高，导热系数低，疏水性能好，经久耐用等优点，应用在工业管道既可有效降低能源损耗，又可延长管道使用寿命。

根据实际案例分析，管道外径为 88.9mm，蒸汽温度 350°C，1000m 长，气凝胶与传统保温材料的使用厚度、保温效果对比如下：

方案一：气凝胶毡作为保温材料，内层用铝箔降低热辐射，保温层外用彩钢板防护；

方案二：气凝胶毡作为主体保温材料，复合硅酸盐毡辅助保温，内层用铝箔降低热辐射，保温层外用彩钢板防护；

方案三：复合硅酸盐毡作为保温材料，内层用铝箔降低热辐射，保温层外用彩钢板防护。

3.3 汽车领域是气凝胶最具确定性的增量领域

在汽车领域，气凝胶材料既可以用于整车制造，又可以用于新能源汽车电池。整车方面，气凝胶材料可以起到防火、隔热、保温、降噪等作用，在驾驶仓和发动仓间加一层气凝胶防火隔离墙，汽车着火点一般集中在发动机，汽车内饰多是织物等易燃物，气凝胶防火隔离墙可阻止火势进入驾驶仓，为司机和乘客的撤逃留有更多宝贵时间。

电池方面，目前新能源汽车的动力源主要来自于以锂离子电池为主的动力电池系统。应消费者对电动汽车里程的需求，动力电池的能量密度在不断提高。根据《中国制造 2025》关于动力电池的发展规划：2020 年，单个电芯级别的能量密度达到 300Wh/kg；2025 年，达到 400Wh/kg；2030 年，达到 500Wh/kg。

在能量密度不断提高的同时，动力电池的安全性成为新的瓶颈。近年来，屡有新能源车起火新闻见之报端。其中电池自燃占起火原因的比例高达 38%。

锂离子动力电池在发生热失控是一个连锁放热过程，不是瞬间完成的。随着温度不断升高依次是：高温容量衰减——SEI 膜分解——负极——电解液反应——隔膜熔化过程——正极分解反应——电解质溶液分解反应——负极与粘接剂反应—— 电解液燃烧等。这为我们解决动力电池热失控提供了思路。通过在电池组内增加隔热层，阻断热失控从失控单体向周围传播，从而可以降低电池组的损害以及附带的破坏作用。

2020 年 5 月 12 日，GB 38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》发布。这是我国电动汽车领域首批强制性国家标准之一，于 2021 年 1 月 1 日实施。该标准在优化电池单体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，试验项目涵盖系统热扩散、外部火烧、机械冲击、模拟碰撞、湿热循环、振动、泡水、外部短路、过温、过充等。特别要求电池单体在热失控后，电池系统在 5 分钟内不起火不爆炸，为成员安全预留逃生时间。

做好电池组热管理至关重要，宁德时代、上汽通用、宇通客车等公司的解决方案是在电芯之间放置气凝胶。气凝胶材料导热系数低，防火、防水性能优异，占用空间小，寿命长，且对环境无污染，是最佳的汽车电池隔热材料。同时，动力电车的性能受温度影响较大，温度过低会影响到再生制动系统的性能，充电速度过慢而且充不满电，气凝胶也能保障电池温度不会过低。

根据上汽通用公司介绍，公司在纯电动 MAV 别克微蓝的电芯之间加入了纳米级气凝胶，为别克微蓝 410KM 版 140Wh/kg 的高电池能量密度和 13.1kW·h 的低能耗做出了贡献，强化了别克微蓝电池组的安全性，为别克微蓝的高压系统能满足系统安全 ASIL D（汽车安全性等级最高等级）标准奠定了基础。

4 重点企业分析

4.1 中国化学

中国化学是一家集勘察、设计、施工为一体，知识技术相对密集的工业工程公司，是我国化学工业工程领域内资质最为齐全、功能最为完备、业务链较为完整的工业工程公司之一。公司开展“三年五年规划，十年三十年愿景目标”中长期发展战略，以人才技术优势为依托，实现研发和实业协调发展，使实业成为推动企业发展的重要板块，其中气凝胶项目的建设是一项重大突破。当前公司气凝胶产品的在建项目位于重庆。

中国化学气凝胶项目建设单位是中化学华陆新材料有限公司，建成后中国化学气凝胶项目将成为中国领先、世界一流的集研发、生产、上下游供应链为一体的气凝胶新材料产业基地。中化学华陆新材料有限公司（简称“华陆新材”）于 2020 年 09 月 23 日成立，由华陆工程科技有限责任公司（简称“华陆科技”）控股。2018 年 12 月，华陆科技投资参股中国航天科工集团贵州航天乌江机电设备有限责任公司（简称“航天乌江”）。航天乌江是国内唯一集超临界萃取装备设计、制造为一体的生产厂家，具有较强的超临界萃取成套装备开发设计和超临界流体技术应用研究能力，与国内外设备相比更加节能。

华陆科技对航天乌江原气凝胶复合材料生产线进行改造和技术升级，联合航天乌江进行大规模、连续化生产气凝胶复合材料全过程工艺流程开发，新增了溶剂高效回收系统、智能行车机器人与超临界干燥设备快开装置协同控制系统，成功实现军用技术转民用。

在此之前，中国化学也曾助力阳煤集团建成投产亚洲最大气凝胶项目。2018 年，阳煤集团与深圳中凝科技有限公司达成战略合作，合资成立了阳中新材气凝胶生产企业。拟建设项目为 30 万立方米/年气凝胶绝热毡、2 万吨/年气凝胶粉体、5 万吨/ 年功能性聚酯纤维。项目分三期建设，一期项目建设产能为2万立方米/年气凝胶毡、 1000 吨/年气凝胶粉体。中国化学旗下赛鼎公司作为一期项目的总承包单位，实现了当年开工、当年建成、当年投产的“气凝胶速度”，帮助阳煤集团实现转型发展。

4.2 泛亚微透

公司通过对 ePTFE（膨胀聚四氟乙烯）膜的改性及与基础吸音棉、高性能干燥剂、 SiO2气凝胶等材料复合，不断开发具有特殊声、电、磁、热、防水透气、气体管理、耐候耐化学等特性的组件产品。公司生产的气凝胶产品应用于航天、集中供热、集中供冷、石油、天然气、化工、建筑、交通、冶金、电子、环保等领域，气凝胶材料在高铁列车保温隔声、汽车发动机保温、冷库、冷藏车保冷、太阳能集热器、帐篷、鞋垫、羽绒服、登山鞋等领域也有广泛应用。

2019 年公司开建年产 1604 立方米 SiO2气凝胶与 24 万平方米 ePTFE 膜复合材料产业化项目，产品为常压法 SiO2气凝胶 1520m3 /a、超临界法 SiO2气凝胶 84m3 /a、常压法 SiO2气凝胶与 ePTFE 膜复合材料 20 万 m 3 /a、超临界法 SiO2气凝胶与 ePTFE 膜复合材料4万 m 3 /a。其中气凝胶生产项目为公司与浙江大学联合开发的产学研项目，此前已经通过了小试及中试。

2021 年公司以 1.56 亿元收购上海大音希声新型材料有限公司 60%的股权。大音希声生产的无机固态气体超效绝缘材料（气凝胶）通过远东防火试验中心“A-60”级舱壁及甲板耐火试验、取得中国船级社工厂认可及型式认可证书。同时大音希声认真贯彻武器装备质量管理体系，公司生产的无机固态气体超效绝热材料（气凝胶）通过了海装鉴定、装舰[2012]11 号和海装舰[2018]75 号，经过军方严格审核后获得了中央军委装备发展部颁发的《装备承制单位注册证书》。公司收购大音希声使得公司具有实现气凝胶产业在军用、民用高端领域的快速增长的能力，进一步提高了公司的综合竞争力。2020 年 11 月，泛亚微透在互动平台上称，公司募投项目产品 SiO2 气凝胶玻纤毡复合材料主要应用于三元锂电池包电芯间隔断，与宁德时代在洽谈合作。

4.3 华昌化工

公司目前已经已经形成了煤化工、盐化工、石油化工等多产品的产业格局。2021 年 3 月 4 日，公司公告增资参股爱彼爱和新材料有限公司（简称“爱彼爱和”）7.04%。

爱彼爱和是国内一家气凝胶材料生产企业，在河北沧州、河南许昌建立了两个生产基地。沧州基地主要生产气凝胶粉和气凝胶复合毡系列产品，主要为石油炼化、火力发电、原油开采、化工等领域企业提供高效节能产品，并为许昌基地提供气凝胶主材；许昌基地主要负责气凝胶材料深加工，产品包括车用气凝胶防火毯系列、电池用气凝胶隔离片系列，气凝胶防火毯提供给宇通客车（根据公司介绍，2018 年成为成为宇通客车气凝胶最大供应商）、吉利汽车、申龙客车等知名客车企业，气凝胶隔离片则主要供给宁德时代（根据公司介绍，2019 年成为宁德时代、锋巢等动力电池的主要供应商）、国轩高科、天津力神、中航锂电等企业。

爱彼爱和于 2019 年 10 月与北京理工大学签订了合作协议，共建阻燃材料研发中心和国家级检测中心。公司于 2019 年 11 月与瑞士联邦材料测试与开发研究所、德国汉堡大学、清华大学、同济大学达成了战略合作协议，计划共建中欧气凝胶产业应用研究院。

4.4 华阳股份

华阳股份是华阳新材料集团（简称“华阳集团”，原阳煤集团）的控股子公司。为实现公司转型发展，努力把新材料产业打造成转型发展的支柱产业，华阳集团在气凝胶领域率先取得突破。2018 年 10 月，华阳集团（49%）与深圳中凝科技有限公司（51%）达成战略合作，合资成立山西阳中新材责任有限公司（简称“阳中新材”）。

阳中新材建设的新型纳米二氧化硅气凝胶技术应用研究及工业性示范项目，是国内率先掌握常压制备气凝胶生产工艺的生产基地，突破了隧道式连续化生产难题，使气凝胶可以实现量产，充分发挥规模效应。

2021 年 4 月，华阳集团成功举行气凝胶科创城品牌发布暨“智净时代向阳而行”科技绿材系列产品发布会，发布了适用于绿色建筑和超低能耗建筑的气凝胶系列产品，其中包括公司气凝胶保温隔热毡、气凝胶隔热涂料、气凝胶净化涂料、气凝胶保温隔热材料等。

4.5 宏柏新材

公司主要从事功能性硅烷、纳米硅材料等硅基新材料的研发、生产与销售，产品广泛应用于汽车、橡胶制品、建筑、医药医疗等行业。在专注于功能性硅烷作为主营业务的同时，为了延展高附加值材料战略布局，公司已经在建气凝胶生产基地，预计年产 1 万立方米功能性气凝胶。未来，随着宏柏新材气凝胶材料业务的逐渐投产，有望成为公司新的业绩增长点。

宏柏新材功能性气凝胶生产基地及相关建设项目总投资为 12 亿元。项目主体及配套项目建设期总计为 36 个月，计划建设二氧化硅气凝胶生产线，20000t/年纳米二氧化硅生产线、20000t/年高温硅橡胶生产线、配套 3.6 万 t/a 盐酸解析装置、 50000t/年三氯氢硅合成及精馏系统、以及 6000t/年双氨基硅烷生产线，8000t/年酰氧基硅烷生产线，8000t/年环氧基硅烷生产线，6000t/年新型硫基硅烷生产线， 2000t/年硫氰基硅烷生产线，6000t/年甲基氯丙基二甲氧基硅烷生产线，项目同时建设研发中心、智能化仓储物流中心及新材料应用中心等附属配套工程项目。

2020 年 10 月，公司开始建造“江西宏柏新材料股份有限公司功能性气凝胶生产基地建设项目”（扩建项目），位于乐平市塔山工业现有厂区内，总投资 12236.25 万元，达产后可形成年产功能性二氧化硅气凝胶 10000m³。二氧化硅气凝胶复合材料生产以水玻璃和烷氧基硅烷为原料，与玻璃纤维复合，采用常压法对材料进行陈化洗涤和干燥。

5 风险提示

（1）气凝胶产品市场推广不及预期；

（2）生产工艺技术泄密导致技术扩散风险；

（3）超临界装置运行安全风险；需求爆发产能投放不及预期；

（4）电池技术路线更新换代进度超预期；

（5）常压法技术产业化进度不及预期；

（6）其他同类材料的技术突破超预期；

（7）原料价格大幅波动风险。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）

精选报告来源：【未来智库官网】。

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