新兴产业“高歌猛进”新材料如何借势发力？（图）

  [中国石油新闻中心2023-12-07]
  制造强国，材料先行。新材料是支撑国家战略性新兴产业的重要基础，也是整个制造业转型升级的产业基石。得益于国家政策支持和新兴产业快速发展，我国化工新材料不断开拓新的应用场景，无论是在技术研发还是在产业规模方面均取得了跨越式进步。
  那么，石油石化企业应如何把握新兴产业“腾飞”带来的新风口，加快布局新材料领域？《市场导刊》推出专题，聚焦医疗健康、动力电池、新能源这三大蓬勃发展的新兴产业，探讨其中的新材料发展机遇。敬请关注。


  医疗健康领域


  嘉宾：王福善 兰州石化科创中心主任、石油化工首席专家
  1.常见的医用高分子材料有哪些？
  答：目前已知的医用高分子材料多达上百种，主要包括硅橡胶、聚氨酯（PU）、尼龙（PA）、聚丙烯腈（PAN）、聚烯烃（PO）、聚碳酸酯（PC）、聚醚等，几乎涉及医疗健康领域的每一个产业。
  其中，聚烯烃应用最为广泛，主要应用于医疗器械、医用包材、医用介入三大领域。伴随着医学技术和生物技术的不断发展以及人们对健康的日益重视，聚烯烃因其安全无毒的特点，被越来越多地应用于医用领域。国内医药企业对医用聚烯烃专用料的需求在逐年增加。
  2.高端医用材料有哪些？
  答：这里介绍几种医用高分子新材料。
  聚甲基戊烯（PMP）薄膜：具有良好的氧气通量和氮氧选择性、低溶出性和高生物安全性，是“人工肺”ECMO的关键材料之一，被称为人工肺膜。
  聚醚醚酮（PEEK）：具有极高的机械强度，耐磨、耐腐蚀。经过纯化洗涤的医用级PEEK，是用于生产植入型医疗器械仅有的两个选择之一，如人工心脏瓣膜、人工关节等。植入型PEEK材料除了符合医用级全部标准外，还能满足严格的生物相容性要求。
  环烯烃共聚物（COC）：是一种高纯度、高透明的非结晶型树脂，是集高透明度、高玻璃转化温度、低折射率、低吸水性、耐化学性等诸多优点于一身的热塑性树脂材料，是镜片、隐形眼镜、人工晶状体的最佳选择。
  3.国内炼化企业的机遇在哪里？
  答：在医疗健康领域，大规模应用于卫材的聚烯烃高端树脂纤维材料仍存在市场缺口，如医用纺粘无纺布、医用熔喷无纺布、医用熔喷滤材等。这些一次性高分子新材料规模化生产面临的最大障碍就是洁净化。要做到原料、生产过程、包装过程、运输过程全程洁净化，需要巨大的投入。例如，医用聚烯烃药包材树脂产品生产车间内空气的净化等级要求至少为10万级（即车间内空气中的颗粒物浓度要低于10万颗/立方米），生产设备中空气等级为1万级。
  兰州石化超前布局多项医用聚烯烃新材料，如医用多层复合软袋的材质是三层共挤树脂薄膜，用其制造的多腔袋和输液软袋可以彻底解决医疗行业上配药及无菌输液的问题。兰州石化还在聚烯烃医用药瓶材料上有所布局。未来，固体药瓶或口服液体药瓶将有望全部由超洁净的医用聚烯烃树脂所替代。（冯作文?魏钦?采访）
  动力电池领域


  嘉宾：陈颖 辽阳石化新材料（高端材料）高级专家
  1.锂电池隔膜料有哪些性能要求？
  答：锂离子电池隔膜性能的优劣决定着锂离子电池的容量、循环性能、充放电电流密度等关键特性。隔膜需具有合适的厚度、离子透过率、孔径和孔隙率及足够的化学稳定性、热稳定性和力学稳定性、安全性等性能。
  2.常见的锂电池隔膜料有哪些？
  答：目前已知的电池隔膜树脂材料品种包括聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚酰亚胺（PI）、聚酰胺（PA）、纤维素、氨纶或芳纶等。其中，聚乙烯的应用最为广泛，主要应用于新能源储能、动力系统及3C电子产品三大领域。
  随着新能源汽车和储能的不断发展以及人们对碳达峰碳中和的日益重视，锂电池隔膜聚乙烯树脂材料由于具有优异的性能，被越来越多地应用于新能源电池领域。国内电池企业对锂电池隔膜聚乙烯专用料的需求在逐年增加。
  3.目前还存在哪些技术瓶颈？
  答：隔膜产品性能要求高，具有较高的技术壁垒。基于不同分类标准，隔膜料有不同的划分。由于聚烯烃具有良好的机械性能、化学稳定性和高温自闭性能，目前大规模商品化的锂离子电池隔膜料以聚烯烃为主，主要包括聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）以及PP和PE的复合材料三种。
  按照工艺划分，主要可以分为干法隔膜、湿法隔膜和涂覆隔膜。目前，湿法隔膜技术仍然掌握在少数几家日韩企业手中。这些企业不仅拥有核心的配方和工艺技术，还拥有自主研发和制造的高端设备，形成了完整的产业链闭环。而中国的锂电池制造商，由于缺乏自主的技术和设备，只能从这些企业购买昂贵的隔膜产品，或者使用相对低端的干法隔膜产品。
  随着新能源产业的快速发展，辽阳石化把转型发展的基点牢固建立在科技进步和创新驱动上，新技术、新产品开发形成梯次，前瞻性、基础性技术创新超前布局，全面打造新能源新材料产品，推动化工产业延链补链强链，以卓越品质走向市场。如锂电池隔膜聚乙烯树脂，是特高分子量聚乙烯材料，用其制造的锂电池隔膜可以保障新能源电池的安全性能。再如电子级碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸甲乙酯（EMC）/碳酸二乙酯（DEC）等系列碳酸酯产品，可用于锂离子电池电解液。（王志强?采访）
  新能源领域


  嘉宾：王雅君 中国石油大学（北京）新能源与材料学院博导
  1.太阳能电池材料的市场需求趋势是什么？
  答：①有哪些类别？
  光伏电池是一种利用半导体光伏效应直接将太阳能转化为电能的装置，具有广阔的发展和应用前景。按其材料结构，光伏电池大致可分为硅基光伏电池、化合物薄膜光伏电池和新型光伏电池。
  ②不同材料分别有何优缺点？
  硅基光伏电池：以硅材料为基础，主要包括单晶硅光伏电池和多晶硅光伏电池。单晶硅光伏电池效率高，但材料价格高，制备工艺烦琐，导致单晶硅光伏电池成本居高不下。多晶硅光伏电池的制备工艺与单晶硅相似，但制作成本低很多。
  化合物薄膜光伏电池：继硅基光伏电池之后出现的新一代光伏电池。与硅基光伏电池相比，化合物薄膜光伏电池的用料少，且理论上也具有更高的转化效率。目前，化合物薄膜光伏电池主要产品包括碲化镉光伏电池、铜铟镓硒薄膜光伏电池、砷化镓光伏电池等。
  新型光伏电池：当前新的研究热点，具有薄膜化、理论转化效率高、原料丰富、无毒性的特点。目前较为热门的新型光伏电池包括钙钛矿电池等。
  2.可再生能源制氢材料的市场需求趋势是什么？
  答：①制绿氢对材料的核心要求是什么？
  电解水制氢对新材料的核心要求是开发高效且稳定的非贵金属催化材料，而光解水制氢对新材料的核心要求是研制高活性高稳定性的半导体光催化材料。
  ②不同催化材料分别有何优缺点？
  贵金属（如铂、氧化铱及氧化钌等）：目前主要的电解水制氢催化剂。贵金属价格高昂，导致电解水制氢成本居高不下，因此迫切需要开发地壳中含量丰富、成本低、制备方法简单且催化活性优异的非贵金属催化材料。
  非贵金属电催化材料：在各类新型催化材料中，过渡金属合金、过渡金属硫属化合物、过渡金属氮化物及磷化物等材料备受关注。制氢催化剂的研发主要以减少或替代贵金属催化剂为目标，不断发掘有潜力的新型催化材料。通过优化其组成与结构，尽可能地增加催化剂的活性位点数目并提高单个活性位点的活性，最终提升整体催化活性及稳定性。
  “重仓”新兴产业?赢得竞争先机
  就新兴产业这个领域而言，新材料具有双重身份——它本身就属于新兴产业的同时，还是支撑新能源、新能源汽车、高端装备、绿色环保、航空航天等诸多新兴产业的重要基础。因此，新材料一直是学界和业界持续关注并深入研究的热点。
  材料是人类一切生产和生活的物质基础。从国内丙烯产能的不断扩大带动了下游尿不湿原料的国产化，使普通工薪家庭也能用上原本价格高昂的“育儿神器”，到2020年新冠疫情期间宁夏石化聚丙烯装置紧急转产高端医用无纺布原材料聚丙烯NX40S，有力支持一线抗疫，再到T800级碳纤维复合材料、高性能纤维芳砜纶材料等国产纤维新材料，助力国产大飞机C919成功“展翅”……可以说，对材料的认识和利用能力，决定了人们的生活质量。站在推动经济社会高质量发展的高度来看，新材料不仅是满足人民群众美好生活的物质基础，更是整个制造业转型升级、向“微笑曲线”两端延伸的基石。
  对于石油石化企业而言，化工新材料是传统石化产业转型升级的重要方向。国际上，目前处于第一梯队的石油石化公司均在化工新材料领域加快布局。埃克森美孚围绕聚烯烃和合成橡胶等不断开发高端产品，陶氏化学在功能塑料、功能材料和电子化学品等领域具有优势，巴斯夫在多种基础原料和精细化学品方面具备专有技术，日本三菱化学在碳纤维、聚碳酸酯等领域处于领先地位。可见，化工新材料已成为当前全球科技竞争的关键领域，欧、美、日等发达国家和地区已占据全球化工新材料产能和技术的主导地位。
  聚焦国内，虽然国内化工新材料应用技术研究起步较晚，产业实力与国际先进水平相比仍有较大差距，但借助国家政策支持与下游市场需求的双重驱动，我国新材料市场规模持续扩大，市场竞争力不断提升。新能源汽车产业发展迅猛，激发动力电池市场的强劲需求。作为保证电池体系安全、影响电池性能的关键材料，我国2022年锂电池隔膜料的出货量达133.2亿平方米，比上一年增长65.26%。风电装机容量不断增长，带动制造风机叶片的主要基体树脂材料——环氧树脂的市场规模持续扩张。2022年我国风电叶片领域环氧树脂的需求量约为24万吨，预计2025年将达到32万吨。国家政策大力支持建筑节能、水性涂料等领域，推动建材、氨纶、合成革等行业快速发展，为聚氨酯产业带来巨大的市场机遇。预计到2025年，我国聚氨酯消费将达到1825万吨，2020年至2025年复合年增长率达9.3%……得益于下游消费需求的强势增长，我国新材料技术创新能力和产业竞争力不断增强，产业技术特色和规模优势正逐渐显现。
  放眼未来，随着消费电子、新能源、绿色环保等下游产业加速向国内转移，新材料本地化需求日益迫切，加快实现国产替代成为推动新材料高质量发展的又一强劲动力。对于企业而言，唯有自立自强、奋勇争先，紧抓行业风口，才能在日趋激烈的竞争中把握主动、赢得未来。（记者?王源）