气凝胶

摘要：气凝胶是由胶体粒子或聚合物分子相互聚结构成纳米多孔网络结构，并在孔隙中充满气态分散介质的低密度三维纳米多孔固态材料。政策的支持以及企业成熟技术积累的成效，我国气凝胶产能持续扩大，供给规模持续扩张，产需量持续增长，2022年我国气凝胶材料产量和需求量分别达21.57万立方和21.85万立方，气凝胶制品产量和需求量分别为24.13万吨和26.67万吨。

一、定义及分类

气凝胶是由胶体粒子或聚合物分子相互聚结构成纳米多孔网络结构，并在孔隙中充满气态分散介质的低密度三维纳米多孔固态材料。气凝胶材料是目前已知的密度最小的固体材料，也是世界上热导率最小的固体材料，具备极强的隔热性。气凝胶因其独有的孔隙结构，可大幅削弱热对流、热传导、热辐射，是世界上导热系数最低的材料，常温导热系数仅为0.013-0.025W/m·K，因此具备极强的隔热性。分类来看，气凝胶种类已由过去最简单的单一组分SiO2气凝胶发展到了各类新型气凝胶，例如生物质气凝胶、单质气凝胶、碳化物气凝胶等等，但SiO2气凝胶仍是应用最广泛的品类，目前在隔热和吸附等领域已有广泛应用，主要应用于建筑领域、石油化工、新能源及航空军工等领域。

二、行业政策

气凝胶作为新型材料，在我国受到了政策的大力扶持，多个地方政府出台了相关政策，促进气凝胶的研发和商业化应用。例如，重庆市政府发布的《深入推进新时代新征程新重庆制造业高质量发展行动方案（2023—2027年）》提出，要加快气凝胶、石墨烯等材料的产业化、商业化步伐，促进超材料领域的发展。此外，杭州市政府也出台了相关措施，重点发展石墨烯基碳纤维、气凝胶粉体（颗粒）等复合多功能材料。在碳达峰碳中和的目标下，科技部等九部门联合发布了《科技支撑碳达峰碳中和实施方案（2022—2030年）》，提出研发天然固碳建材和气凝胶等新型建筑材料与结构体系。

三、发展历程

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。

四、行业壁垒

1、技术壁垒

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，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，对应原料分别是有机硅源和无机硅源，由于气凝胶独特的纳米结构和性能要求，制备技术难度较大，溶胶-凝胶和干燥等生产设备要求较高，行业技术壁垒深厚。

2、规模化壁垒

气凝胶的配方是核心问题，但最大的瓶颈是干燥工艺安全和成本昂贵的问题。气凝胶是纳米量级非均匀孔隙结构，一般需通过超临界流体干燥来克服巨大的毛细管压力，但这种方法采用的是高温高压的有机溶剂，存在易燃、易爆、破坏环境等缺点，而气凝胶的产能扩张对设备和人员的配套需求较大，国内气凝胶的规模化生产面临壁垒。

3、资金壁垒

我国气凝胶行业资金壁垒高，主要集中在原料和设备成本高昂。目前国内气凝胶产业化产品主要以二氧化硅气凝胶，上游原料成本主要集中在硅源、助剂和干燥设备等，由于气凝胶行业的特殊性，高纯度硅源和干燥设备成本较高，需要企业具备足够的资金实力来采购和维护。同时，气凝胶行业的发展需要经过较长时间的市场培育和品牌建设，这也需要企业具备雄厚的资金实力来支撑。因此，我国气凝胶行业资金壁垒较高，需要企业具备雄厚的资金实力和良好的财务状况。

五、产业链

二氧化硅气凝胶产业链上游原料主要为有机或无机硅源，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，缺点是价格高，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，主要有正硅酸甲酯和正硅酸乙酯。无机硅源相对廉价，应用较少，主要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，且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。

中游包括气凝胶材料、制品，下游涉及有保温、隔热、防火等需求的各应用领域。由于气凝胶的结构力欠缺，通常需要以纤维增强材料作为支撑骨架，制成气凝胶毡、气凝胶板、气凝胶布等制品使用，常见的是以玻纤、陶瓷纤维、预氧丝等为主的介质。传统的油气管道隔热等应用中，最常用的气凝胶产品为气凝胶毡；在电池电芯隔热需求这一新应用中，由于气凝胶毡存在掉粉问题，需要增加对气凝胶毡的模切封装环节，制成气凝胶隔热片使用。

气凝胶行业产业链

正硅酸甲酯

四川银邦新材料有限公司

湖北江瀚新材料股份有限公司

正硅酸乙酯

江西晨光新材料股份有限公司

湖北江瀚新材料股份有限公司

张家港新亚化工有限公司

四氯化硅

唐山三孚硅业股份有限公司

洛阳中硅高科技有限公司

水玻璃

福建元力活性炭股份有限公司

杭州富阳金顺化工建材有限公司

青岛海湾索尔维化工有限公司

山东辛化硅胶有限公司

山东联科科技股份有限公司

上游

广东埃力生科技股份有限公司

纳诺科技有限公司

深圳中凝科技有限公司

河北金纳科技有限公司

中游

石油化工

工业隔热

建筑建造

交通运输

下游

六、发展现状

目前气凝胶在石油、隔热保温、吸附领域、生物医学、航天军工、交通等领域均有广泛的应用，对比传统保温材料，气凝胶隔热材料在能源节约、空间节约、提升施工效率具备明显的优势。随着气凝胶材料从实验室的研发阶段步入工业化应用阶段，超临界干燥工艺已趋于成熟、稳定，在市场化的推进、政策的支持以及企业成熟技术积累的成效，我国气凝胶产能持续扩大，供给规模持续扩张，产需量持续增长，数据显示，2022年我国气凝胶材料产量和需求量分别达21.57万立方米和21.85万立方米，气凝胶制品产量和需求量分别为24.13万吨和26.67万吨。

七、发展因素

1、有利因素

（1）下游隔热替代需求和应用拓宽，加速行业规模化扩张

待气凝胶成本逐步下降，其对于传统绝热材料的替代能力将进一步增强。并且，除目前应用于电池隔热、能源化工、建筑节能、航天军工、纺织服装等领域所需的绝热功能外，气凝胶材料吸音隔声、吸附净化、医药载体等功能也在不断拓宽其想象空间，随着下游应用拓宽同时隔热替代能力持续走强，我国气凝胶市场需求认可将继续提升从而加速行业规模化扩张。

（2）新能源车阻燃是气凝胶最快增长市场

气凝胶是目前新能车隔热方案中的最佳材料，可阻止电池短路后的爆燃。传统新能车阻燃隔热材料为云母片、阻燃聚氨酯泡棉或玻纤毡无法满足该项要求，气凝胶凭借优异的阻燃和隔热性能脱颖而出，用于电芯之间、模组之间、或者pack的上盖板之间，能够延缓单体电芯热失控向整个电池系统的传播。由于对更高能量密度，以及汽车轻量化的追求，电芯间隔热需要隔热性能优异且占用空间小的材料，气凝胶隔热片成为当前电芯间隔热的主流选择。随着下游新能源汽车需求带动，气凝胶需求将持续增长。

（3）气凝胶和下游行业政策促进行业发展

2020年我国电动汽车领域首批三项强制性国家标准出台，其中《电动汽车用动力蓄电池安全要求》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。推动了气凝胶等隔热材料在电车领域渗透率的提升。目前以宁德时代、比亚迪为主的国内主要电池厂商均已使用气凝胶作为隔热材料。同时气凝胶作为高端新兴材料，国内持续出台相关政策促进技术发展和产业化推进，如科技部等九部门联合发布了《科技支撑碳达峰碳中和实施方案（2022—2030年）》，提出研发天然固碳建材和气凝胶等新型建筑材料与结构体系。

2、不利因素

（1）高昂的原料成本和资金门槛限制行业快速扩张

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，虽近年来技术明显突破和终端能化领域需求带动，气凝胶商业化加速，但气凝胶行业的仍存在投资规模较大，需要较高的资金投入的问题。主要由于气凝胶材料的特殊性质，上游硅源和生产设备的定制和改造也需要较高的成本。这使得一些小型企业难以进入该行业，限制了行业的规模和发展速度。

（2）产品价格高昂限制下游建筑等领域应用需求

气凝胶的渗透提升难度较大，相较于成本和价格敏感性较低的能化领域，我国下游建筑保温的内外温差并不大，气凝胶所带来的节能效益或难以覆盖高昂成本，对传统保温材料的替换可能主要集中于少数对节能要求高，而对价格敏感度低的项目之中，市场需求短期内难以明显提升，

（3）行业入局企业加速布局产能，短期市场竞争风险加剧

除外国内布局较早的纳诺科技和埃力生等未上市企业外，随着下游需求的快速提升，多家行业龙头企业开始入局气凝胶行业，目前新进的企业的背景包括工程装备龙头企业中国化学、硅烷龙头企业晨光新材、含硫硅烷龙头企业宏柏新材、ePTFE膜龙头企业泛亚微透等。目前我国气凝胶市场格局未定，各类型企业持续布局产品抢占市场份额，带动整体产能持续扩张，但下游的需求扩张较为依托于和能化领域的扩张，存在较大的供需错位风险，同时随着产能加速扩张背景下，产品同质化背景下未来价格竞争必不可少，企业经营利润压力将较大。

八、竞争格局

随着气凝胶应用市场认可度持续提升，推动我国气凝胶产能持续扩张，布局企业除传统航天军工背景企业、专注深耕气凝胶的企业以外，还包括上游向下延伸的有机硅企业，下游隔热节能企业、军工和汽车配件材料厂商等等。规划层面看，气凝胶产能的扩大、竞争的加剧无疑有助于气凝胶的降本，以实现更多场景下对传统绝热材料的替代。新入局企业大多为气凝胶产业链上下游相关上市公司，均有一定的资金实力和原料优势等，有望在竞争持续加剧的气凝胶抢占一定份额。

细分气凝胶企业类型来看，目前国内气凝胶企业分为材料和加工两类型，除了纳诺科技和爱彼爱和既可以生产又可以加工气凝胶制品外，埃力生等企业则只提供气凝胶材料给加工厂，通过加工企业进一步加工成制品，加工企业通常外购气凝胶材料，再根据下游客户的定制化需求加工成特定形状。

九、发展趋势

我国气凝胶发展趋势明显，表现为技术深化、成本降低、下游需求替代、产能扩张和应用拓宽等。未来，将重点发展和优化干燥技术，制备具有优异性能的新型多功能材料，推动SiO2气凝胶的产业化应用。同时，随着电池隔热需求的增加，气凝胶的规模化生产将加速推进，市场竞争有望促进工艺优化和技术路线迭代，进一步降低成本。随着成本下降，气凝胶对传统绝热材料的替代也将加速。目前，我国气凝胶行业产能正加速扩张，技术路线以超临界法为主，未来应用领域将继续拓宽，不仅局限于隔热材料，还将扩大至触媒、吸附剂、电极、电子等方面，并在军工、建材、医药等领域得到更广泛的应用。