根据2021年全球精炼锡消费结构可以看出,在锡的下游消费中,焊锡是最大的占比分项,在2021年全球精炼锡消费中约占49%。其次是锡化工,占比17%。而镀锡板、铅酸蓄电池、铜锡合金分别占比12%、7%、7%。此外,还有8%的锡应用在其他终端领域中(见图1)。

图1　2021年全球精锡消费应用

资料来源:安泰科,国泰君安期货研究。

电子锡焊料是指用于焊缝、堆焊层和钎缝中锡金属材料的总称。根据作用不同,锡焊料可分为锡膏、焊锡条、焊锡丝、BGA球、预成型焊片等。电子锡焊料主要起到连接、导电、导热作用,具有导电性能好、延展性好、附着力强、机械强度高、抗腐蚀性能好等优点。焊锡的终端应用领域则分布极为广泛,具体来看,计算机、通信设备等消费电子是目前国内电子锡焊料最大应用市场。生活消费品占比为23%,通信设备占比为16%,计算机占比为16%,汽车交通占比为15%,其余为工业设备、光伏等领域(见图2)。近年来,在国内消费电子、汽车电子等产业快速发展以及焊接技术不断进步背景下,电子锡焊料作为电子材料的重要组成部分,其市场需求不断增加。2021年,我国消费电子市场规模为18126.3亿元,同比增长4.6%。在此背景下,根据新思界产业研究中心发布的《2022—2026年电子锡焊料行业深度市场调研及投资策略建议报告》,2021年国内电子锡焊料产量约为16.8万吨,同比增长7.6%。

图2　2021年中国焊锡料产品结构

资料来源:安泰科,国泰君安期货研究。

焊锡条与焊锡丝是电子锡焊料最大细分品类,产量占比共计73%。目前,国内焊接条、焊接丝市场国产化程度较高。锡膏是电子锡焊料重要细分品类,现阶段,国内锡膏企业数量众多,市场竞争较为激烈,但主要市场份额仍由国际领先企业占据。预成型焊片是电子锡焊料高端品类,目前预成型焊片市场由国外企业占据主导地位,国内行业起步时间较晚、产量较低。

1、汽车用锡

中国经济高速增长,居民消费的重点已从日用家电转向大额的住房和汽车。正是在这种消费趋势下,汽车行业近年来保持了相当高的增长率,这为汽车行业的发展奠定了非常好的基础,汽车工业制造呈现空前的繁荣趋势。汽车工业中,焊接是汽车零部件与车身制造的一个关键环节,起着承上启下的特殊作用,同时,汽车产品的车型众多、成形结构复杂、零部件生产专业化、标准化以及汽车制造在质量、效率和成本等方面的综合要求,都决定了汽车焊接加工是一个多学科、跨领域和技术集成性强的生产过程。

随着科技的发展,锡在汽车中的应用,不仅局限于焊接,新能源汽车的市场渗透率不断提高,锡在锂电池中的独特运用也凸显了出来。随着新一代阳极电极材料进入市场,锂离子电池竞争进入了一个新阶段,纯硅或硅碳阳极已经作为传统石墨产品的升级产品向市场推出。理论上,硅能够将比能量容量提高3倍,并将总电池容量提高40%。然而,锡可以通过加速电极内的锂离子显著提高硅的性能。与锡相比,硅的导电性和锂离子扩散相对较低。已经有实验证明,仅添加2%甚至更少的锡就可以显著提高阳极材料中硅的能量密度,锡显著降低了结构的电阻,使硅的锂化速度更快。锡的加入使硅纳米线的锂化速率提高了一个数量级,表面扩散提高了两个数量级,从而减缓了孔隙形成,通过简单地添加少量锡,硅纳米线的容量在高充电率和低充电率上都翻了一番。

阿根廷科尔多瓦国立大学的研究表明,石墨阳极中存在“锡和硅之间相互作用的涌现效应”。该团队以1∶1∶1的比例研磨锡、硅和石墨粉末。将所得纳米颗粒混合物加热两个小时形成阳极。随后的尖端实验表明,这种复合阳极可以在锂离子电池中保持高速率的能量传输,即使经过100多次充电循环后也是如此。科学家们得出结论,锡提供了一种物理约束,可防止硅和石墨纳米粒子分离并最终延长硅和石墨阳极的使用寿命。一段时间以来,硅一直被吹捧为提高锂离子阳极性能的材料,理论上,硅负极的能量密度是石墨的10倍。然而,在充电过程中,锂离子会插入硅阳极,迫使电极膨胀至其原始尺寸的4倍。诸如此类的研究旨在找到防止阳极破裂、失效和缩短电池寿命的方法(见图3)。Xin Fengxia和合著者诺贝尔奖获得者Stanley Whittingham在他们2020年的论文中提到,“锡基材料是下一代锂离子电池阳极的有力候选者,因为它们具有更高的体积容量和相对较低的工作潜力”。

图3　锂离子电池

资料来源:ITA。

2、光伏用锡

锡作为高端电子行业必不可少的焊接原材料,在光伏中也有着重要的作用。锡在光伏模组中主要用于光伏焊带。光伏焊带又称镀锡铜带或涂锡铜带,一般来说,光伏焊带中锡含量约为17%,主要应用在电池片串联焊接和电池方阵并联层叠两个环节,分别称作汇流带和互连条,发挥导电聚电的重要作用,其质量好坏会直接关系电流的收集效率(见图4)。

图4　锡在光伏模组中主要用于光伏焊带中

资料来源:ITA,国泰君安期货研究。

除此之外,在较为前沿的科技实验中,锡被使用在太阳能背膜(back sheet/back film)中。根据NREL的2021年数据,Perovskite solar cells(PSC)作为薄膜电池中的一种(目前薄膜电池整体市场份额占比约为5%),拥有高表现(high performance)和低成本的优点,其光能转化率约为25%,并在逐年上升。在最新的研究中,锡被转化成SnO2(Tin oxide),并被科学家尝试作为PSC的半导体,达到导电的目的。但由于此技术还不是特别成熟,所以锡在光伏领域的应用主要还是集中于光伏焊带上(见图5)。

图5　光伏焊带中汇流焊带用锡量较大

资料来源:Pengky科技,国泰君安期货研究。

目前来说,晶硅电池仍然占市场最主流地位,晶硅电池中占比最大的电池类型是P型电池中的PERC电池,用锡量相对较大,而N型电池中的HJT电池用锡量很小,这是由于在异质结电池中,锡并不是以焊带为载体进行使用,而是在透明导电氧化物(TCO)中存在。HJT电池全称本征薄膜异质结,是中间夹N型晶体硅、正反面沉积本征非晶硅薄膜和P型非晶硅薄膜形成的P-N结的对称双面电池结构,而在双面沉积的透明导电薄膜则充当了导电的角色。目前,应用最多的几种TCO材料有氧化铟锡(ITO)、掺铝的氧化锌(AZO)、掺氟的氧化锡(FTO)、掺锑的氧化锡(ATO)等(见图6)。

图6　锡应用于HJT电池中的透明导电氧化物(TCO)中

资料来源:Solar Energy,国泰君安期货研究。

3、化工用锡

锡化工产品主要应用在稳定剂、中间体、催化剂及玻璃镀层等方面,其中用量最大的领域为PVC稳定剂,约占化工用锡量的70%,PVC热稳定剂中锡含量相对较低,占比为15%~20%,平均占比约为17%,但作为PVC生产过程必需的辅助材料,将受PVC产量变化影响。锡下游生产工艺见图7,2019年锡化工终端应用占比见图8。

图7　锡下游生产工艺

资料来源:公开资料。

图8　2019年锡化工终端应用占比

资料来源:Wind。

4、镀锡板

镀锡板是指表面镀有一薄层金属锡的钢板。它将钢的硬度和强度与锡的易焊接性、抗腐蚀性和光亮的外表集于一体,具有良好的抗腐蚀性能,有一定的强度和硬度,成型性好又易焊接,锡层无毒无味,能防止铁溶进被包装物,且表面光亮,印制图画可以美化商品。主要用于食品罐头工业,其次用于化工油漆、油类、医药等包装材料。这种镀层钢板在中国很长时间内被称为“马口铁”,有人认为当时制造罐头用的镀锡薄板是从澳门(英文名Macao可读作马口)进口的,所以叫“马口铁”。也有其他说法,如中国过去用这种镀锡薄板制造煤油灯的灯头,形如马口,所以叫“马口铁”。1973年,在中国镀锡薄板会议上将其正式命名为镀锡薄板,正式文件中不再使用“马口铁”这个名称。

镀锡板按生产工艺分为热镀锡板和电镀锡板。镀锡板是将低碳钢轧制成约2mm厚的钢板,经酸洗、冷轧、电解清洗退火、平整、剪边加工,再经清洗、电镀、软熔、钝化处理、涂油后剪切成镀锡板板材成品,镀锡板所用镀锡为高纯锡(Sn>99.8%)。在镀锡板的生产过程中,带钢经镀锡软熔以后,为了防止镀锡板在贮存或涂料烘烤时锡层氧化发黄,同时提高镀锡板的抗硫性等性能,要对镀锡板进行钝化处理。锡层也可用热浸镀法涂敷,此法所得镀锡板锡层较厚,用锡量大,镀锡后不需要进行纯化处理(见图9)。

图9　镀锡板

资料来源:公开资料。