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报告发布方:中金企信国际咨询《2024-2030年电子级硅烷气市场发展战略规划分析及投资规模前景可行性评估预测报告》
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1)截止2023年中金企信国际咨询已累计完成各类咨询项目15万余例(其中完成:专项调查项目数量25000+例。项目可行性&商业计划书42000+例。行业研究报告83000+例。),各类市场占有率&市场份额认证&证明项目3200+例,专精特新&小巨人认证&单项冠军证明项目2900+例,行业地位&品牌认证&服务项目2000+例,销售排名&领先认证&证明项目1500+例),为2.3万+不同领域企业提供专业、权威的三方认证服务。
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(1)工业气体基本概述:工业气体是常温常压下呈气态的工业产品的统称,因其应用领域广泛、涉及国民经济的诸多基础行业,被称为“工业的血液”。根据应用领域的不同,工业气体可分为大宗气体和特种气体,其中特种气体又可进一步细分为电子特气、高纯气体和标准气体等。
数据整理:中金企信国际咨询
大宗气体呈现产销量较大,但对气体纯度要求不高(纯度要求通常低于5N)的特点,主要用于冶金、化工、机械、电力、造船等传统领域,按制备方式的不同,又可以分为以氧、氮、氩等为代表的空分气体和以乙炔、氨气、二氧化碳等为代表的合成气体。
特种气体主要包括电子特气、高纯气体以及标准气体,其中电子特气是集成电路、显示面板、光伏、LED照明等行业必需的支撑性材料,广泛应用于光刻、刻蚀、成膜、清洗、掺杂、沉积等工艺环节,对于纯度、稳定性、包装容器等具有较高的要求。电子特气具有单位用量小、品质纯度要求高、包装储运要求高、单位价格高等特点。
(2)电子特气行业市场规模持续扩大:电子特气是特种气体的一个重要分支,是集成电路、显示面板、光伏等行业不可或缺的原材料。全球电子特种气体应用于集成电路行业的需求占市场总需求的71%,应用于显示面板行业的需求占市场总需求的18%;从我国来看,电子特种气体应用于集成电路行业的需求占市场总需求的42%,应用于显示面板行业的需求占市场总需求的37%。2023年全球电子特气预计市场规模为51亿美元,预计2025年全球电子特气的市场规模将达到60亿美元,2023年至2025年间,年复合增长率预计达到8%。
2017-2023年全球电子特气市场规模现状及预测
数据整理:中金企信国际咨询
未来,在集成电路行业的投资加速及新能源行业快速发展的背景下,我国电子特气需求将保持高速增长。根据中金企信数据显示,预计2023年中国电子特气市场规模为249亿元,预计2025年将达317亿元,2023-2025年将维持13%左右的复合增长率。
(3)电子特气行业国产化率持续提升,部分产品打破国际垄断并规模化生产:由于国内电子特气行业起步较晚,难以满足国内快速发展的泛电子行业的综合用气需求,尤其在集成电路、显示面板和光伏等中高端制造业领域内,相关电子特气产品仍主要通过向国外大型气体企业采购来满足。根据中金企信提供的数据,2020年国际四大气体巨头--美国空气化工、德国林德集团、日本大阳日酸和法国液化空气占据了超过85%的国内电子特气市场份额,电子特气整体的国产化率较低。
随着国内电子特气生产厂商在技术、工艺上不断突破,国内电子特气生产厂商凭借成本及供货优势将逐步替代国外气体厂商,电子特气行业国产化程度不断提升成为行业发展的必然趋势。
(4)电子级硅烷气发展现状:德国化学家H.Buff于1857年发现了硅烷这一物质,但由于缺少实际的应用场景,在随后的100年左右的时间里,硅烷只是少数研究者在实验室里研究的对象,未有任何的商业化用途。到了20世纪50年代,随着光伏、显示面板及集成电路等新兴产业的蓬勃发展,硅烷作为一种载运硅组分的气体源,凭借纯度高、易于精细控制、沉积温度低、性价比高等优点,其作为化学气相沉积的商用场景才被逐步打开。
在行业发展初期,以德国、美国和日本为代表的国家垄断着当时全球电子级硅烷气生产的核心技术。由于海外气体行业龙头企业布局电子级硅烷气行业时间较早,较国内厂商更早地掌握了成熟的生产工艺,加之早期国内对于电子级硅烷气的总体需求也相对较少,因此在2008年前中国国内市场的电子级硅烷气供应完全依赖国外厂商,如REC Silicon等。
2008年,中宁硅业成为国内首家实现电子级硅烷气规模化生产的企业,标志着中国本土企业已经具备了量产电子级硅烷气的能力。得益于国内光伏及显示面板行业快速发展,中国逐步成为全球电子级硅烷气的主要市场,随着国内厂商在供应链本土化方面的大量投入,我国逐步实现了电子级硅烷气的规模化生产和国产替代。
目前国内能够规模化生产、销售电子级硅烷气的企业主要包括兴洋科技、硅烷科技、中宁硅业、陕西天宏、中能硅业和福建恒申等,随着上述企业工艺的改进和产能的提升,电子级硅烷气逐渐成为了国产化率相对较高的电子特气产品,尤其是在光伏和显示面板领域。但集成电路制造领域由于电子级硅烷气用量小且认证壁垒及切换成本很高,因此国产化率仍然很低,目前该市场主要由REC Silicon等早期境外电子级硅烷气生产厂商供应。
此外,电子级硅烷气应用领域已经逐步拓展到新能源汽车动力电池负极材料等新兴领域,电子级硅烷气通过化学气相沉积与碳基材料复合成硅碳负极材料,应用在动力电池中能够大幅提升电池能量密度,但目前硅碳负极材料仍在验证阶段,尚未开始大规模商业化应用。随着硅碳负极在新能源汽车动力电池负极材料领域的应用逐渐成熟,未来电子级硅烷气作为硅碳负极材料的直接原材料,其市场需求量有望大幅提升。
(2)电子级硅烷气下游市场情况:电子级硅烷气的应用范围十分广泛,主要应用于太阳能电池片、显示面板、集成电路制造等领域,并拓展至新能源汽车动力电池负极材料领域。电子级硅烷气市场需求与下游产业的景气程度关联性较高。
①太阳能电池片行业:
A.全球光伏行业发展概况:全球已有多个国家提出了“零碳”或“碳中和”的气候目标,发展以光伏为代表的可再生能源已成为全球共识,再加上光伏发电在越来越多的国家成为最有竞争力的电源形式,预计全球光伏市场将持续高速增长。中国光伏行业协会数据显示,2011年-2022年全球光伏累计新增装机容量达1,056.4GW,11年间保持31.13%的复合增长率。
可再生能源占一次能源总供应量的份额从2017年的约14%增长到2050年的约65%,太阳能光伏发电作为可再生能源的重要代表,将引领全球电力行业的转型。根据中金企信预测,2050年太阳能光伏发电装机容量将达到8,519GW,2025年太阳能光伏发电将达到总电力需求的25%,是2017年太阳能光伏发电总量的10倍以上。
B.国内光伏行业发展概况:2020年9月22日,习近平主席在联合国一般性辩论时宣布中国碳达峰、碳中和的“双碳政策”,即二氧化碳排放量力争在2030年达到峰值,2060年前实现碳中和。受“双碳政策”等行业政策影响,报告期内我国光伏行业快速发展,根据中国光伏行业协会数据,2020年至2023年1-6月,全国光伏发电新增装机容量分别为48.20GW、54.93GW、87.41GW和78.42GW,分别同比增长了81.75%、13.96%、59.13%、153.96%。
根据《2030年前碳达峰行动方案》,到2030年,我国风电、太阳能发电总装机容量将达到1,200GW以上。截至2023年6月末,全国光伏发电累计装机容量为392.6GW,作为可再生能源的重要组成部分,光伏行业在未来一段时间内有着广阔的发展空间。
C.我国太阳能电池片行业发展概况:在光伏行业中,电子级硅烷气主要用于在太阳能电池片受光面上制作减反射膜,因此太阳能电池片生产厂商是电子级硅烷气的下游光伏行业的直接客户;由于其用途及单位电池片的硅烷气使用量较为固定,太阳能电池片产量直接决定了电子级硅烷气的需求量。
国内光伏行业经过十数年的发展,中国已经成为全球最大的光伏用多晶硅、太阳能硅片、太阳能电池片及组件生产国。根据中国光伏行业协会数据,2021年中国太阳能电池片产能和产量的全球占比已经达到85.10%和88.40%。
受全球光伏发电新增装机容量快速增长的影响,我国太阳能电池片产量大幅增长,报告期内分别为157.29GW、234.05GW、343.64GW和232.41GW,分别同比增长了22.29%、48.81%、46.82%和63.64%。根据中国光伏行业协会数据,预计2023年全国太阳能电池片产量将超过477GW,同比增长38.81%。
在下游太阳能电池片产能产量持续扩张的情况下,国内电子级硅烷气的需求量也快速增加。根据中金企信数据,每GW电池片耗用量为16吨硅烷,测算2022年、2023年1-6月我国光伏领域对电子级硅烷气的需求量为5,498.24吨、3,718.56吨,预计2023年全年需求量将增长至7,632吨。根据2020-2022年我国太阳能电池片复合增长率47.81%初步测算,2025年我国太阳能电池片产量达到1,109.76GW,对应电子级硅烷气需求量为17,756.22吨。
②显示面板行业:根据中国电子信息产业发展研究院2022年11月发布的《中国新型显示产业发展现状与趋势洞察》报告显示:中国新型显示产业在过去十多年内规模持续增长,从2012年到2021年十年间,年均复合增长率高达25.8%,同期进出口发生了逆转,从2012年的贸易逆差140亿美元转变为2021年的顺差85亿美元,标志着我们从“少屏”到“产屏大国”的转变,目前我国显示面板产能超过2亿平方米,占全球产能60%左右。
2023年7月21日,国家发改委、工信部等七部门联合印发《关于促进电子产品消费的若干措施》,鼓励通过AI赋能消费电子实现产业升级,加速产品更新迭代周期,并通过支持电子产品下乡等政策促进下游需求端消费。2023年8月10日,工信部、财政部联合印发《关于印发电子信息制造业2023—2024年稳增长行动方案的通知》(工信部联电子[2023]132号),提出面向新型智能终端、文化、旅游、景观、商显等领域,推动新型显示扩大应用,支持加快无纸化替代应用。上述政策举措将有助于显示面板等电子产品产业链行业长期稳定增长。
根据工业和信息化部数据,2018-2022年我国显示面板产量由9,599万平方米增长至16,000万平方米,复合增长率为13.62%。中国电子材料行业协会数据显示,2019年我国液晶面板产量1.1亿平方米,对应电子级硅烷气需求1,240.00吨。2022年我国显示面板产量1.6亿平方米,经测算2022年我国显示面板领域对应的电子级硅烷气需求量为1,803.64吨。假设2023-2025年我国显示面板产量以2018-2022年复合增长率13.62%继续增长,初步测算2023年我国显示面板领域对电子级硅烷气的需求量将达到2,049.30吨,2025年将达到2,638.92吨。随着全球显示面板行业格局越来越稳定,显示面板产量增长放缓,显示面板行业从以往的快速增长阶段逐渐转向平稳发展。
③集成电路行业:集成电路行业是我国重点支持的行业,国家将集成电路发展作为“十三五”规划的重要内容并出台一系列支持政策,在当前国际形势下,集成电路行业国产替代的趋势不可逆转,行业发展处于攻坚克难的战略机遇期,将长期处于景气状态。
在集成电路制造领域,电子级硅烷气用于外延硅沉积、氧化硅膜沉积和氮化硅膜沉积等。根据中国电子材料行业协会数据显示,2018年集成电路制造领域电子级硅烷气需求量为118吨,预计2021年需求量为186吨,2018年至2021年复合增长率为16.38%。
由于集成电路制造领域的客户需求量较少,加之其对工艺运行稳定性要求较高,因此我国该领域的电子级硅烷气供应仍由REC Silicon垄断,未来该领域电子级硅烷气的国产化率将有望提升。若2021年至2025年,我国集成电路制造领域对电子级硅烷气的需求仍保持16.38%的复合增长率测算,则初步测算2025年该领域电子级硅烷气市场需求量将达到341.21吨。
④新能源电池负极材料领域:
A.全球锂电池负极材料情况:全球负极材料行业受益于锂电池下游需求增长,近年来产销量逐年快速提升。尤其是动力电池,国内外新能源汽车终端需求带动了其市场需求持续上升,对应负极材料市场规模持续增长。根据中金企信数据,2017年至2022年,全球锂电池负极材料出货量由23.5万吨增长至155.6万吨,复合增长率为45.94%。
B.中国锂电池负极材料情况:锂电池负极材料市场在2000年之前基本以日本厂商为主,市场占有率超过95%。随着中国锂电池行业的整体发展,中国企业在负极材料领域实现技术突破并快速发展,在全球负极材料市场上占据主要份额。根据统计数据,中国企业负极材料出货量全球占比继续提升,2022年已经超过90%。2017年-2022年,中国负极材料出货量由16.3万吨增长至143.3万吨,复合增长率为54.46%。预计在下游锂离子电池需求量的带动下,全球负极材料出货量在2025年和2030年将分别达到331.7万吨和863.4万吨,其中90%以上将是中国企业生产。
C.硅碳负极材料发展前景广阔:负极作为锂离子电池的重要组成部分,使用高比容量的负极材料可以有效提升全电池能量密度。经过数十年发展,目前最常用的石墨材料实际比容量已经可以达到360-365mAh/g,已接近理论比容量(372mAh/g),继续改善石墨负极性能对锂离子电池性能提升十分有限。而单质硅理论比容量为4,200mAh/g,是石墨负极材料的10倍,因此硅基负极目前被业界公认为是最具前途的下一代锂离子电池负极材料。
虽然单质硅材料拥有较高的比容量,但在实际应用中存在循环稳定性弱、导电性不佳、首次库伦效率低等问题。为解决硅基负极所面临的膨胀及失效等问题,需要对硅基负极进行复合改性,主要路线包括硅碳负极材料和硅氧负极材料,二者比较如下表所示:
数据整理:中金企信国际咨询
硅碳负极材料相较于硅氧负极材料的主要缺点在于循环性能较弱,目前硅碳提升循环性能方案之一是降低纳米硅的粒径,但传统研磨法仅能产出100nm的粒径。近年来随着机械球磨法的革新、化学气相沉积法(CVD)、等离子蒸发冷凝法(PVD)的逐步应用,纳米硅粒径可降至30nm甚至10nm,硅碳负极材料的循环性能大幅提升并对标硅氧负极材料,同时硅碳负极材料的首次库伦效率和单位重量的电池容量显著优于硅氧负极材料,长期来看硅碳负极材料将成为主流的硅基负极材料。
目前制备硅碳负极材料的主流方法是机械球磨法、等离子蒸发冷凝法(PVD)、化学气相沉积法(CVD)。传统物理研磨法研磨出来的粒径较大,需要新的研磨工艺对大颗粒的硅进行研磨、破碎,不断降低其颗粒尺寸;PVD法生产的颗粒硅性能好但生产成本较高;CVD法是以电子级硅烷气为反应原料进行纳米硅粉生产,其产出的硅颗粒都在100nm以下,目前已发展出将硅烷气直接裂解到多孔碳材料中的生产技术,可以有效控制膨胀、提高循环性能。随着包括电子级硅烷气规模化供应在内的产业链逐步完善,其生产成本有望大幅下降。
根据《新能源材料系列(五)——硅碳负极产业化脚步临近》,假设2025年硅碳负极在消费类电池中渗透率将达50%,2025年硅碳负极在圆柱动力电池和方形动力电池的渗透率分别达到30%、25%,测算2025年全球电池用硅碳负极出货量为20万吨,具体如下:
数据整理:中金企信国际咨询
若2025年硅碳负极需求量为上表测算的200,000吨,且硅碳负极材料掺硅率按照10%测算,则2025年纳米硅粉需求量为2万吨。若1吨纳米硅的生产需要消耗1.3吨硅烷气体,则2025年硅碳负极材料领域对于电子级硅烷气的需求量初步测算为2.6万吨。
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