根據(jù)2021年全球精煉錫消費結(jié)構(gòu)可以看出,在錫的下游消費中,焊錫是最大的占比分項,在2021年全球精煉錫消費中約占49%。其次是錫化工,占比17%。而鍍錫板、鉛酸蓄電池、銅錫合金分別占比12%、7%、7%。此外,還有8%的錫應用在其他終端領域中(見圖1)。

圖1　2021年全球精錫消費應用

資料來源:安泰科,國泰君安期貨研究。

電子錫焊料是指用于焊縫、堆焊層和釬縫中錫金屬材料的總稱。根據(jù)作用不同,錫焊料可分為錫膏、焊錫條、焊錫絲、BGA球、預成型焊片等。電子錫焊料主要起到連接、導電、導熱作用,具有導電性能好、延展性好、附著力強、機械強度高、抗腐蝕性能好等優(yōu)點。焊錫的終端應用領域則分布極為廣泛,具體來看,計算機、通信設備等消費電子是目前國內(nèi)電子錫焊料最大應用市場。生活消費品占比為23%,通信設備占比為16%,計算機占比為16%,汽車交通占比為15%,其余為工業(yè)設備、光伏等領域(見圖2)。近年來,在國內(nèi)消費電子、汽車電子等產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展以及焊接技術不斷進步背景下,電子錫焊料作為電子材料的重要組成部分,其市場需求不斷增加。2021年,我國消費電子市場規(guī)模為18126.3億元,同比增長4.6%。在此背景下,根據(jù)新思界產(chǎn)業(yè)研究中心發(fā)布的《2022—2026年電子錫焊料行業(yè)深度市場調(diào)研及投資策略建議報告》,2021年國內(nèi)電子錫焊料產(chǎn)量約為16.8萬噸,同比增長7.6%。

圖2　2021年中國焊錫料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

資料來源:安泰科,國泰君安期貨研究。

焊錫條與焊錫絲是電子錫焊料最大細分品類,產(chǎn)量占比共計73%。目前,國內(nèi)焊接條、焊接絲市場國產(chǎn)化程度較高。錫膏是電子錫焊料重要細分品類,現(xiàn)階段,國內(nèi)錫膏企業(yè)數(shù)量眾多,市場競爭較為激烈,但主要市場份額仍由國際領先企業(yè)占據(jù)。預成型焊片是電子錫焊料高端品類,目前預成型焊片市場由國外企業(yè)占據(jù)主導地位,國內(nèi)行業(yè)起步時間較晚、產(chǎn)量較低。

1、汽車用錫

中國經(jīng)濟高速增長,居民消費的重點已從日用家電轉(zhuǎn)向大額的住房和汽車。正是在這種消費趨勢下,汽車行業(yè)近年來保持了相當高的增長率,這為汽車行業(yè)的發(fā)展奠定了非常好的基礎,汽車工業(yè)制造呈現(xiàn)空前的繁榮趨勢。汽車工業(yè)中,焊接是汽車零部件與車身制造的一個關鍵環(huán)節(jié),起著承上啟下的特殊作用,同時,汽車產(chǎn)品的車型眾多、成形結(jié)構(gòu)復雜、零部件生產(chǎn)專業(yè)化、標準化以及汽車制造在質(zhì)量、效率和成本等方面的綜合要求,都決定了汽車焊接加工是一個多學科、跨領域和技術集成性強的生產(chǎn)過程。

隨著科技的發(fā)展,錫在汽車中的應用,不僅局限于焊接,新能源汽車的市場滲透率不斷提高,錫在鋰電池中的獨特運用也凸顯了出來。隨著新一代陽極電極材料進入市場,鋰離子電池競爭進入了一個新階段,純硅或硅碳陽極已經(jīng)作為傳統(tǒng)石墨產(chǎn)品的升級產(chǎn)品向市場推出。理論上,硅能夠?qū)⒈饶芰咳萘刻岣?倍,并將總電池容量提高40%。然而,錫可以通過加速電極內(nèi)的鋰離子顯著提高硅的性能。與錫相比,硅的導電性和鋰離子擴散相對較低。已經(jīng)有實驗證明,僅添加2%甚至更少的錫就可以顯著提高陽極材料中硅的能量密度,錫顯著降低了結(jié)構(gòu)的電阻,使硅的鋰化速度更快。錫的加入使硅納米線的鋰化速率提高了一個數(shù)量級,表面擴散提高了兩個數(shù)量級,從而減緩了孔隙形成,通過簡單地添加少量錫,硅納米線的容量在高充電率和低充電率上都翻了一番。

阿根廷科爾多瓦國立大學的研究表明,石墨陽極中存在“錫和硅之間相互作用的涌現(xiàn)效應”。該團隊以1∶1∶1的比例研磨錫、硅和石墨粉末。將所得納米顆?；旌衔锛訜醿蓚€小時形成陽極。隨后的尖端實驗表明,這種復合陽極可以在鋰離子電池中保持高速率的能量傳輸,即使經(jīng)過100多次充電循環(huán)后也是如此?？茖W家們得出結(jié)論,錫提供了一種物理約束,可防止硅和石墨納米粒子分離并最終延長硅和石墨陽極的使用壽命。一段時間以來,硅一直被吹捧為提高鋰離子陽極性能的材料,理論上,硅負極的能量密度是石墨的10倍。然而,在充電過程中,鋰離子會插入硅陽極,迫使電極膨脹至其原始尺寸的4倍。諸如此類的研究旨在找到防止陽極破裂、失效和縮短電池壽命的方法(見圖3)。Xin Fengxia和合著者諾貝爾獎獲得者Stanley Whittingham在他們2020年的論文中提到,“錫基材料是下一代鋰離子電池陽極的有力候選者,因為它們具有更高的體積容量和相對較低的工作潛力”。

圖3　鋰離子電池

資料來源:ITA。

2、光伏用錫

錫作為高端電子行業(yè)必不可少的焊接原材料,在光伏中也有著重要的作用。錫在光伏模組中主要用于光伏焊帶。光伏焊帶又稱鍍錫銅帶或涂錫銅帶,一般來說,光伏焊帶中錫含量約為17%,主要應用在電池片串聯(lián)焊接和電池方陣并聯(lián)層疊兩個環(huán)節(jié),分別稱作匯流帶和互連條,發(fā)揮導電聚電的重要作用,其質(zhì)量好壞會直接關系電流的收集效率(見圖4)。

圖4　錫在光伏模組中主要用于光伏焊帶中

資料來源:ITA,國泰君安期貨研究。

除此之外,在較為前沿的科技實驗中,錫被使用在太陽能背膜(back sheet/back film)中。根據(jù)NREL的2021年數(shù)據(jù),Perovskite solar cells(PSC)作為薄膜電池中的一種(目前薄膜電池整體市場份額占比約為5%),擁有高表現(xiàn)(high performance)和低成本的優(yōu)點,其光能轉(zhuǎn)化率約為25%,并在逐年上升。在最新的研究中,錫被轉(zhuǎn)化成SnO2(Tin oxide),并被科學家嘗試作為PSC的半導體,達到導電的目的。但由于此技術還不是特別成熟,所以錫在光伏領域的應用主要還是集中于光伏焊帶上(見圖5)。

圖5　光伏焊帶中匯流焊帶用錫量較大

資料來源:Pengky科技,國泰君安期貨研究。

目前來說,晶硅電池仍然占市場最主流地位,晶硅電池中占比最大的電池類型是P型電池中的PERC電池,用錫量相對較大,而N型電池中的HJT電池用錫量很小,這是由于在異質(zhì)結(jié)電池中,錫并不是以焊帶為載體進行使用,而是在透明導電氧化物(TCO)中存在。HJT電池全稱本征薄膜異質(zhì)結(jié),是中間夾N型晶體硅、正反面沉積本征非晶硅薄膜和P型非晶硅薄膜形成的P-N結(jié)的對稱雙面電池結(jié)構(gòu),而在雙面沉積的透明導電薄膜則充當了導電的角色。目前,應用最多的幾種TCO材料有氧化銦錫(ITO)、摻鋁的氧化鋅(AZO)、摻氟的氧化錫(FTO)、摻銻的氧化錫(ATO)等(見圖6)。

圖6　錫應用于HJT電池中的透明導電氧化物(TCO)中

資料來源:Solar Energy,國泰君安期貨研究。

3、化工用錫

錫化工產(chǎn)品主要應用在穩(wěn)定劑、中間體、催化劑及玻璃鍍層等方面,其中用量最大的領域為PVC穩(wěn)定劑,約占化工用錫量的70%,PVC熱穩(wěn)定劑中錫含量相對較低,占比為15%~20%,平均占比約為17%,但作為PVC生產(chǎn)過程必需的輔助材料,將受PVC產(chǎn)量變化影響。錫下游生產(chǎn)工藝見圖7,2019年錫化工終端應用占比見圖8。

圖7　錫下游生產(chǎn)工藝

資料來源:公開資料。

圖8　2019年錫化工終端應用占比

資料來源:Wind。

4、鍍錫板

鍍錫板是指表面鍍有一薄層金屬錫的鋼板。它將鋼的硬度和強度與錫的易焊接性、抗腐蝕性和光亮的外表集于一體,具有良好的抗腐蝕性能,有一定的強度和硬度,成型性好又易焊接,錫層無毒無味,能防止鐵溶進被包裝物,且表面光亮,印制圖畫可以美化商品。主要用于食品罐頭工業(yè),其次用于化工油漆、油類、醫(yī)藥等包裝材料。這種鍍層鋼板在中國很長時間內(nèi)被稱為“馬口鐵”,有人認為當時制造罐頭用的鍍錫薄板是從澳門(英文名Macao可讀作馬口)進口的,所以叫“馬口鐵”。也有其他說法,如中國過去用這種鍍錫薄板制造煤油燈的燈頭,形如馬口,所以叫“馬口鐵”。1973年,在中國鍍錫薄板會議上將其正式命名為鍍錫薄板,正式文件中不再使用“馬口鐵”這個名稱。

鍍錫板按生產(chǎn)工藝分為熱鍍錫板和電鍍錫板。鍍錫板是將低碳鋼軋制成約2mm厚的鋼板,經(jīng)酸洗、冷軋、電解清洗退火、平整、剪邊加工,再經(jīng)清洗、電鍍、軟熔、鈍化處理、涂油后剪切成鍍錫板板材成品,鍍錫板所用鍍錫為高純錫(Sn>99.8%)。在鍍錫板的生產(chǎn)過程中,帶鋼經(jīng)鍍錫軟熔以后,為了防止鍍錫板在貯存或涂料烘烤時錫層氧化發(fā)黃,同時提高鍍錫板的抗硫性等性能,要對鍍錫板進行鈍化處理。錫層也可用熱浸鍍法涂敷,此法所得鍍錫板錫層較厚,用錫量大,鍍錫后不需要進行純化處理(見圖9)。

圖9　鍍錫板

資料來源:公開資料。