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全球動態(tài):薄膜電容賽道為何變“性感”了? 2023-01-12 20:43:54  來源:36氪

說到電容器,可能大多數(shù)人的第一反應是個像“螺絲釘”一樣的普通常見的元器件。但是從2021年開始,資本已經(jīng)看到了這個細分領(lǐng)域高速增長的可能:

一級市場上,細分龍頭企業(yè)上海鷹峰電子今年連續(xù)完成兩輪融資,估值大幅上漲;二級市場上,相關(guān)上市公司也在大舉擴產(chǎn)。其中法拉電子車用薄膜電容2021年擴產(chǎn)100%,2022年計劃再擴產(chǎn)100%;江海薄膜電容器不僅在消費類電子和工業(yè)類裝備進入大批應用階段,而且在新能源電動汽車和軍工領(lǐng)域開始批量交付,2022年車用薄膜電容也將擴產(chǎn)70-80%。

薄膜電容,這個看起來“小眾”的賽道,為什么在今年突然火起來了?


(資料圖片)

作為明星標的鷹峰電子的兩輪投資方,軒元資本將在本文中從市場需求、技術(shù)壁壘和產(chǎn)業(yè)鏈的角度,解剖薄膜電容領(lǐng)域的投資邏輯。

01.薄膜電容器介紹

電容器是電路中必不可少的基礎(chǔ)電子元件,在兩極導電物質(zhì)間以介質(zhì)隔離,并將電能儲存其間,幾乎所有的電子設(shè)備中都要用到電容器。根據(jù)使用材料和結(jié)構(gòu),電容器主要可分鋁電解電容、鉭電解電容、陶瓷電容、薄膜電容等,不同類型的電容器具備不同的特點,因此各有不同的適用場景。

該類電容使用兩片鋁帶和兩層絕緣膜相互層疊,浸泡在含酸性的合成電解液中實現(xiàn)。鋁電解電容有極性,容易獲得大容量、高耐壓,且價格低廉,但高頻特性不好,常用做電源輸入輸出濾波電路;由于內(nèi)部充有電解液,鋁電解電容怕高溫,長期高溫會使電解液揮發(fā)而失效,造成耐壓下降。代表性公司:江海股份(002484)、艾華集團(603989)等。 鉭電容采用固體鉭為主要材料,沒有電解液,使用燒結(jié)后的鉭粉作為陽極,鉭氧化膜做介質(zhì),錳氧化物做陰極實現(xiàn)。鉭電容有極性,特點是等效串聯(lián)電阻(ESR)小,漏電流小,容量大,相同的容量下體積比鋁電解?。娊怆娙莸碾娙萘咳Q于介質(zhì)的介電能力和體積,在容量一定的情況下,介電能力越高,體積就可以做的越?。?,鉭性質(zhì)穩(wěn)定,溫度特性更好,高頻特性好;但價格較高,工作電壓較低。代表性公司:振華科技(000733)、宏達電子(300726)、東方坦業(yè)(000962)等。 以陶瓷為介質(zhì)材料的電容器,這類電容器分支種類繁多,包括各種封裝和耐壓,其中內(nèi)部的介質(zhì)材料也分為鐵電陶瓷、鈦酸鋇、滑石等材料,再使用燒滲等方法做出外包裹的電極制成。陶瓷電容沒有極性,帶導線的陶瓷電容普遍有較高的耐壓,用在有安規(guī)要求的高壓場合;使用最為廣泛的是片式多層陶瓷電容(Multilayer Ceramic Capacitor,MLCC),具有小尺寸、價格低、高比容、高精度的特點,能應用到高頻,但材質(zhì)較脆,相對容量較低。代表性公司:風華高科(000636)、三環(huán)集團(300408)等。 以金屬箔當電極,將其和聚乙酯,聚丙烯,聚苯乙烯或聚碳酸酯等塑料薄膜,從兩端重疊后,卷繞成型或采用金屬化鍍膜做電極制成。薄膜電容無極性,絕緣電阻高,耐熱性好。具有自愈性和無感特性。頻率特性優(yōu)異(頻率響應寬廣),電容量與損耗角在很大頻率范圍內(nèi)與頻率無關(guān),隨溫度變化很小,而介電強度隨溫度升高而有所增加,這是其他介質(zhì)材料難以具備的。代表性公司:法拉電子(600563)、鷹峰電子、江海股份(002484)、銅峰電子(600237)等。

根據(jù)中國電子元件行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù),陶瓷電容器因其適用領(lǐng)域廣、性價比較高,2019年占全球電容器市場比例超過50%,其次為鋁電解電容(占比超過30%),薄膜電容器、鉭電解電容器占比均低于10%。與其他電容器相比,薄膜電容器由于耐高溫耐高壓性能優(yōu)異、可靠性好、壽命長、具有過壓自愈能力等優(yōu)點。在各類變頻、交直流轉(zhuǎn)換的場景中,如新能源汽車的電驅(qū)、OBC、充電樁,以及光伏、風電的逆變器、變流器中,薄膜電容的應用十分廣泛。

薄膜電容憑借其突出的耐溫耐壓性能,在新能源場景下可實現(xiàn)直流支撐(DC-Link)、AC濾波和IGBT吸收等功能。以光伏DC-Link為例,逆變器中直流電作為輸入電源通過直流母線與逆變器連接,這種方式被稱為直流支撐(DC-Link);逆變器在從DC-Link得到有效值和峰值很高的脈沖電流的同時,會產(chǎn)生很高的脈沖電壓,因此選擇使用DC-Link電容器來吸收從DC-Link端接收的高脈沖電流,并且避免電壓過沖和瞬時過電壓的影響 。

在新能源汽車領(lǐng)域來看,薄膜電容器主要應用于車載逆變器、車載充電器(OBC) 和充電樁。

逆變器將電池輸出的高壓直流電轉(zhuǎn)換為電流和頻率可變的三相交流電(DC-AC電路)供電動汽車的電機運轉(zhuǎn)。高效的逆變器技術(shù)需要功能強大的功率模塊進行逆變、與之匹配的DC-Link電容器進行直流支撐、以及吸收電容進行電壓吸收。 OBC系統(tǒng)通常包括整流電路和生成充電所需直流電壓的DC-DC功率變化器。薄膜電容的應用場景包括EMI濾波電容、DC-Link電容、輸出濾波電容、諧振電容、功率因數(shù)校正(PFC)等。 充電樁分為交流充電樁和直流充電樁。直流充電樁采用高電壓、大功率,被稱為“快充”,需要輸出濾波電容及DC-Link電容等。

車規(guī)級的薄膜電容器相比較其他產(chǎn)品上的薄膜電容產(chǎn)品對于性能和穩(wěn)定性有嚴格的要求。比如,測試溫度范圍最高耐受要求是150℃,測試溫度也有85℃,除了要耐高溫,其他比如腐蝕,抗老化和抗沖擊振動等要求得非常的高,AEC-Q200認證測試規(guī)定車規(guī)級電容為了保證較長的使用壽命,溫度周期可達1000個周期。

因此,薄膜電容器在新能源領(lǐng)域(風光儲和電動車)存在可觀的增量需求,成為了被動元件領(lǐng)域最為受益新能源需求的核心細分賽道。其中,車規(guī)級的薄膜電容器作為電力電子行業(yè)的中上游元器件,正隨著新能源市場的快速發(fā)展,得到更加廣泛的應用和市場的快速擴張。

02.市場規(guī)模增速加快,將成為最受益新能源需求的核心細分賽道

薄膜電容器的快速增長的市場需求主要可以分成兩塊:一塊是新能源汽車,另一塊是風力、光伏發(fā)電。

首先,是新能源汽車市場:

知名研究機構(gòu)彭博新能源財經(jīng)日前發(fā)布《新能源汽車市場長期展望》預測,到2025年,全球新能源汽車銷量將超過2000萬輛,其中中國的銷量將接近1000萬輛。全球知名咨詢機構(gòu)麥肯錫近期發(fā)布了一份關(guān)于新能源汽車的數(shù)據(jù)報告,預計到2030年,新能源汽車的全球銷量占比將高達50%。國際能源署(IEA)最新發(fā)布的《清潔能源進展跟蹤報告》(Tracking Clean Energy Progress)中預測“到2030年全球電動汽車將占新車銷量的60%”。

根據(jù)乘聯(lián)會公布的數(shù)據(jù),2022年1-11月純電動零售銷量累計達到379.1萬輛,同比增速為85.3%;插電混動銷量累計達到123.1萬輛,同比增速146.7%。新能源汽車中,純電占比75.5%,混動占比24.5%。

一般來說,每臺純電新能源車電驅(qū)動系統(tǒng)需要一個薄膜電容器,有些高端純電車型配置雙電機,也就意味需要兩個,而混動新能源汽車也需要兩個。假設(shè)平均一臺新能源汽車需要1.3個薄膜電容器,平均每個300元,單車電驅(qū)動系統(tǒng)需要薄膜電容器近400元,加上車載OBC等相關(guān)需要70元,一臺車合計460元。按照2025年全球2000萬臺新能源汽車,車載薄膜電容將達到92億元。如果2030年全球新能源銷量達到50%,即4000萬臺左右,那么市場容量接近200億元。

針對新能源汽車續(xù)航短、充電慢兩大痛點,車企紛紛布局800V高壓平臺。保時捷2019年發(fā)布的Taycan是全球首款搭載800V超高壓系統(tǒng)的車型,吉利SEA浩瀚架構(gòu)、極狐阿爾法S、阿維塔11、小鵬G9、長城機甲龍都是800V高壓平臺。電壓平臺提高后會增加薄膜電容價值量,部分車型采用DC/DC升壓方案,需加裝一個DC/DC,也增加電容量用量??傮w而言,大約單車價值量10%~20%。

其次,光伏、風力發(fā)電市場:

薄膜電容是光伏逆變器中非常重要的元器件,對于輸出電流進行濾波,防止電壓劇烈變化影響元器件的壽命等。在光伏設(shè)備中,較多的應用場景均可選用薄膜電容或鋁電解電容,但由于薄膜電容出色的穩(wěn)定性與壽命,目前采用薄膜電容的解決方案成為趨勢。

國際能源署《2021年世界能源展望》報告中表示,預計到2025年全球光伏裝機量保守預計為270GW,樂觀預計為330GW。

資料來源(國際能源署IEA)

國泰君安相關(guān)研究報告測算,單臺光伏逆變器使用的薄膜電容器價值量約為300-400元,光伏逆變器對薄膜電容的平均需求量約為6000元/MW。那么按照270GW裝機量計算,2025年光伏對應薄膜電容器市場16.2億元。

據(jù)浙商證券研究所預測,預計到2025年全球風電裝機量達到152.6GW。由于風電直接輸出的是低頻交流電,而光伏輸出的是直流電,風電用薄膜電容價值低于光伏,假設(shè)按照5000元/MW計算,2025年風電對應薄膜電容器市場7.63億元。

預計到2025年,新能源領(lǐng)域相關(guān)的薄膜電容器需求將有望接近120億,并有望在2025年后繼續(xù)保持較高的增長速率??紤]到中國在無論是新能源汽車還是光伏、風電領(lǐng)域的全球影響力,供應鏈的相關(guān)公司不僅可以抓住國內(nèi)快速增長的機會,還可以伴隨下游巨頭們的出海分享全球市場的紅利。

03.行業(yè)壁壘:金屬化鍍膜技術(shù)與基膜是核心

薄膜電容器的上游產(chǎn)業(yè)鏈中的主要環(huán)節(jié)為樹脂—塑料基膜—金屬化膜—薄膜電容器,生產(chǎn)難易程度為塑料基膜>金屬化膜>薄膜電容器>樹脂。

在技術(shù)壁壘方面,薄膜電容上游產(chǎn)業(yè)鏈中基膜和金屬化膜的制造為關(guān)鍵技術(shù)難點。

首先來看塑料基膜。基膜是非常關(guān)鍵的原材料,影響薄膜電容的壽命及電氣性能,其技術(shù)指標的好壞對電容器的性能有決定的作用。具體而言,基膜的主要性能要求包括一下方面:厚度,介質(zhì)強度,介質(zhì)損耗,粗超度。

基膜的質(zhì)量主要由原材料和拉膜工藝兩個因素決定。目前高端基膜仍由日系廠商把控,如東麗、王子等;國內(nèi)中低端基膜有不少企業(yè)生產(chǎn),如福建嘉德利、河北海偉、浙江南洋 、安徽銅峰、湖北龍辰等,部分也能生產(chǎn)高端基膜?;どa(chǎn)線絕大多數(shù)以進口設(shè)備為主,其中德國布魯克納占據(jù)絕對優(yōu)勢,國內(nèi)企業(yè)也嘗試在該領(lǐng)域取得突破。其工藝跟電池隔膜相似,先對樹脂進行高溫融化,通過模頭噴出后,采用雙向拉伸法。

薄膜電容器的電介質(zhì)使用PET、PP、PPS、PEN等各種聚合物材料。根據(jù)電介質(zhì)類型的不同,薄膜電容器的特性將發(fā)生較大的變化,應用的領(lǐng)域也有所不同。例如,PP薄膜電容器具有良好的自愈性和高可靠性,因此被廣泛應用于車載和工業(yè)設(shè)備等領(lǐng)域 。

幾種不同基膜材料的對比

圖片來源:松下官網(wǎng),中信證券

在保證可靠性的前提下,電容器廠商傾向于使用更薄的電子薄膜以實現(xiàn)縮小體積和降低成本的目標,因此超薄化和提高耐溫性一直是薄膜電容基膜材料的技術(shù)發(fā)展方向。

其次是金屬化膜,又稱金屬蒸鍍膜。這是指通過真空蒸發(fā)的方法將金屬沉積在塑料基膜表面,形成的一層金屬膜可以代替金屬箔作為電極,蒸鍍法能在實現(xiàn)小型化的前提下實現(xiàn)更大的電流,是目前主流的薄膜電容的類型。

薄膜電容的工藝流程可簡單總結(jié)為:在基膜上蒸鍍一層金屬化膜,然后將金屬化膜按照一定的規(guī)格裁切、卷繞后在兩端焊接引線后裝入外殼。其中金屬化膜的厚度、材料、圖案決定著薄膜電容的電氣特性和壽命,因此金屬化膜是決定薄膜電容性能的決定性指標。

薄膜電容的蒸鍍電極具有自我修復功能,當薄膜上絕緣弱的地方被施加過高電壓導致?lián)舸r,鄰近處的金屬鍍層蒸發(fā),在10微秒內(nèi)使擊穿點與周圍極板隔開,電容器電氣性能即可恢復正常。還有些高端電容器帶“保險絲”功能,并非在基膜整個平面上形成蒸鍍膜,而是分割成多個領(lǐng)域并用狹窄的熔斷器相連接(如下圖所示),當發(fā)生超過自我修復功能極限的絕緣擊穿時,熔斷器會熔斷從而避免絕緣擊穿。

附帶”保險絲“功能的金屬化膜

圖片來源:松下官網(wǎng)

行業(yè)格局方面,根據(jù)Paumanok數(shù)據(jù),全球范圍內(nèi)薄膜電容頭部廠商包括松下(日本)、法拉電子(中國)、TDK(日本)、Kemet(已被國巨收購)、Nichicon(日本)等。在家電照明等泛消費場景,由于進入壁壘低,大、中、小各類生產(chǎn)廠商并存,格局相對分散;在包含電動車、風光儲的泛工業(yè)場景,進入壁壘更高,目前由松下、法拉電子、TDK 等頭部廠商占據(jù)主導地位,國內(nèi)如鷹峰電子、銅峰電子、江海股份后起之秀擠壓頭部廠商市場份額。

因此,評價一家薄膜電容企業(yè)是否有核心競爭力,一方面看在包括基膜、蒸鍍技術(shù)等上游環(huán)節(jié)是否有積累,另外一方面看是否具備規(guī)模效應。

04.軒元觀點:依靠中國新能源領(lǐng)先優(yōu)勢,創(chuàng)業(yè)公司將實現(xiàn)全球化布局

今年,深耕新能源產(chǎn)業(yè)鏈進行投資布局的軒元資本完成了對鷹峰電子的兩輪投資,其投資邏輯如下:

首先,從市場規(guī)模的角度來看,新能源汽車還處于快速滲透階段,是薄膜電容未來最大的增量市場。

其次,從技術(shù)的角度來看,800V等高壓技術(shù)平臺使用會提高單車薄膜電容價值量,短期混動的快速放量也是個重要的拉動。

第三,從產(chǎn)業(yè)鏈的角度來看,薄膜市場最主要的增長動力來自于新能源車與光伏、風電領(lǐng)域,而這些行業(yè)中國處于領(lǐng)先優(yōu)勢,產(chǎn)業(yè)鏈本土化是下游市場的重要考量。

因此,國內(nèi)新能源上游薄膜電容廠商將持續(xù)受益于國內(nèi)新能源市場帶動,實現(xiàn)國產(chǎn)化替代,并實現(xiàn)全球化布局。

關(guān)鍵詞: 薄膜電容 薄膜電容器 鋁電解電容

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