2022年锂电池电解液行业研究

1、2022年锂电池电解液行业研究1.新型锂盐LiFSI性能优异，有望打破LiPF6“垄断”地位1.1.锂离子电池发展迅速，LiPF6“垄断”电解质锂离子电池主要由正极材料、负极材料、电解液、隔膜四大部分组成。电解液是 锂离子电池的关键原材料之一，是锂离子电池的“血液”，在电池正负极之间起 到传导输送能量的作用，是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证，其成 本约占锂离子电池生产成本的 5%-10%左右。电解液一般由高纯度有机溶剂、 电解质、添加剂等材料在一定条件下，按一定比例配制而成，电解质占据重要位 置。锂电发展带动电解液需求快速增长。据工信部统计，2021 年我国全年锂电产量 达 324G

2、Wh，同比 2020 年增长 106%。锂电池产量的快速上涨带动电解液的 需求持续增加。过去五年，我国电解液产能和产量持续上涨，其中产量从 2017 年的 11.92 万吨增长至 2021 年的 47.93 万吨，年复合增速达 41.61%。同时， 产能利用率也有所上涨，扩产逐步趋于理性。动力电池是电解液下游最大应用方向。根据锂离子电池下游应用领域不同，可将 其分为三个主要板块：即动力电池、消费电池以及储能电池，其中动力电池多用于新能源车等产品，单品（单辆车）消耗量较高，因此也是锂电和电解液等相关 产品最大的应用领域。国内动力电池领域电解液消费量约占总量的 60%，消费 锂电其次。锂盐是配制电

3、解液关键的一环，LiPF6在锂盐应用中独占鳌头。电解液实际上就 是电解质（可简称为锂盐）溶于适合的有机溶剂中，再加少量的功能性添加剂合 成的，电解质的性质影响着产品的导电性、安全性等。锂电发展至今，已经出现 过多种锂盐，包括 LiClO4、LiPF4、LiAsF6、LiPF6等，其中 LiPF6具有较好的 离子电导率和电化学稳定性，同时在一些特定电解液中能够形成对集流体和石墨 负极均有保护作用的电解质界面而被广泛应用，目前 LiPF6仍占据主导地位。1.2.LiFSI性能优异，更适配快充高续航等发展需求LiPF6存在诸多问题，限制其拓展应用场景。首先，LiPF6对水非常敏感，在水含 量超过 1

4、10-5时就会发生反应生成 HF，腐蚀电池内部器件，减少电池使用寿 命，因此对环境水含量要求较高。其次，LiPF6高温性能差。有研究表明，相比 于未处理的 LiPF6，在 85下储存后再用于组装得到的电池容量有明显的下降， 阻碍了高温环境下的应用。另外，LiPF6倍率性能差，难以适用于需要快充场景下的应用。这些弊端亟待解决，为了拓宽应用场景需要开发新型锂盐。LiFSI 性能优异，与快充、高续航等需求更加适配。针对上述 LiPF6的性能短板， 目前已经开发出多种新型锂盐，其中双氟磺酰亚胺锂（即 LiFSI）发展最快，应 用前景最佳。当前 LiFSI 主要作为电解液添加剂少量的与 LiPF6混合使

5、用，整体 用量较小。相较于 LiPF6而言，LiFSI 在电解液电导率、高低温性能、热稳定性、 耐水解性、抑制气胀等方面更加优异，因此也被视为最有希望替代 LiPF6的锂盐 之一。当前锂电应用最广的是动力电池，因此部分电解液发展方向需适应动力电池的需 求。一般来说动力电池（新能源车）有两大诉求：高续航和快充。现有研究结果 表明，一方面掺杂 LiFSI 的电解液拥有更强的导电性能（图 6a 中 LiFSI 部分或 者全部替代 LiPF6后，电导率均有明显提升）；另一方面相比于 LiPF6，LiFSI 更 适用于快充，即高倍率充电，在高倍率下运行可保持更高的电池容量（图 6b 中 高倍率下以 Li

6、FSI 为锂盐的电池克容量损失更少）。综合来看，LiFSI 具备提高 添加量或替代 LiPF6的性能基础。综合来看，LiFSI 在多个方面可弥补 LiPF6性能短板，有望打破 LiPF6锂盐“垄 断”的地位。而生产技术难度大、生产成本高、腐蚀正极铝箔等问题曾一度限制 了其应用推广。但是近年来供给端的技术不断升级、需求端的应用持续扩容，都 在助推 LiFSI 加速推广。2.供给端：国内企业突破生产技术，产能释放持续降本增效2.1.国内合成工艺以氯磺酸法为主，竞争格局“一超多强”1995 年，法国科学家 M.Armand 首次提出将 LiFSI 作为锂盐使用，直到 2012 年才由日本触媒确立其生

7、产工艺并于次年实现工业化生产。我国起步较晚，直到 2017 年开始才有产能相继投产。LiFSI 主要有两条合成路径：氯磺酸法和硫酰氟法，现以氯磺酸法为主。合成过 程可以分为三个主要步骤：双氯磺酰亚胺的合成、氟化、锂化。氯磺酸法也包括 两种不同原料的生产方法：以磺酰胺、氯化亚砜、氯磺酸为原料（天赐材料、多 氟多采用）或以氯磺酸、氯磺酰异氰酸酯为原料（氟特电池采用）；而硫酰氟法则 是以硫酰氟及氮化锂为原料，目前采用该法生产企业较少。氟化过程一般用氟化 盐或氢氟酸；锂化过程一般用碱性锂或卤化锂。国内外已有企业生产并销售 LiFSI，但整体规模不大，产能合计约 2.26 万吨。 其中有 6 家产能在千

8、吨以上，行业集中度高，CR3=80%，其中宁德时代控股子 公司时代思康产能最大。根据各公司环评公示统计，大部分产能采用以氯化亚砜 为原料的氯磺酸法。受限于产能规模、产能爬坡等因素影响，目前仅天赐材料出 货量最高，多氟多、新宙邦、康鹏科技均有出货，呈现“一超多强”竞争格局。多家企业规划产能建设。根据各家公司公告显示，无论是已经掌握技术的“老玩 家”，还是新建项目的“新玩家”，纷纷加速产能布局，预计 2025 年前可投产， 规划总产能约 20 万吨，加上现有产能共计约 22 万吨，CR3=62%，天赐材料 成为最大供应商，行业集中度略有下降。但我们认为对于技术要求较高的 LiFSI， 未来龙头将扩

9、大领先优势，保持“一超多强”的竞争格局。改进现有工艺，储存开发多种新型制备及回收技术。除了上述两种当前使用的氯 磺酸法合成工艺外，多家企业和研究机构开始储存新型制备技术，通过缩短工艺 流程、降低原材料单耗等方式对现有生产工艺进行改进，推动 LiFSI 进一步降本 增效。2.2.提高原料转化&减少三废排放，双重降低原料成本LiFSI 售价高，抑制下游应用积极性。LiFSI 售价曾一度处于高位，最高价达 70 万元/吨，而高售价严重影响了下游厂商应用的积极性。根据鑫椤锂电数据，LiFSI 市场均价由 2017 年的 70 万元/吨的最高点下降至 2021 年的 40 万元/吨。主要 是通过提高对原

10、料及废弃物的综合利用以及工艺技术的改进，对成本进行有效控 制，进而售价降低。合成工艺中原料及溶剂利用率高，单程转化率有待提高。LiFSI 合成工艺以氯磺 酸法为主，但所用原料有所不同。根据天赐材料和氟特电池两家企业披露公告可 知，二者分别选用“氯磺酸+氨基磺酸+氯化亚砜+氟化氢”和“氯磺酸+氯磺酰 异氰酸酯+氟化钾”为原料生产。通过原料和溶剂的进入产品量、循环量以及进 入三废量计算可知，整体利用率均高于 94%，但部分原料单程转化率仍有提升 空间，改进后可降低原料成本。减少 LiFSI 三废排放量，制成副产外售降本。由于生产 LiFSI 的过程会产生含 氟、氯、硫的污染物，单吨处理费超万元。对

11、多家公司环评统计可知，主要的含 氟污染物可制成氢氟酸（氟化氢）、含氯污染物大多制成盐酸（小部分制成氯化 钙或氯化钾）、含硫污染物制成亚硫酸钠等副产品外售，在合理处理三废的同时 增加营收，间接降低成本。因此预计在锂价回落、叠加工艺升级的双重作用下， 单吨 LiFSI 原料成本可将至 7 万元左右。当前锂源成本占比高。根据部分公司的环评公告显示，结合各原材料的单耗量和 市场均价计算，分别得到各企业合成工艺的原料总成本，约 10.2、10.7、15.4 万元/吨。事实上，透过成本结构可以发现，各工艺原料总成本均超过 10 万元/ 吨，主要来源于高价的碳酸锂（氯化锂），且以氯化亚砜为原料成本更具优势。

12、锂价自 2021 年 7 月开始持续上涨，相较去年同期上涨超 400%。根据国内外扩 建及投产计划，预计短期内价格将维持高位，长期看会有小幅回落。若锂源价格能够回落至 30 万元/吨左右，则上述企业原料成本可下降至约 7.0、 7.3、12.2 万元/吨，分别降低 31%、32%、21%，降幅明显，且以氯化亚砜为 原料的工艺降本效果更为显著。2.3.产量提升有效降低制造费成本产能放量可有效降低制造费用。根据康鹏科技 2016-2021 年的数据可知，LiFSI 制造成本占总成本约 40%，单吨制造成本超 10 万元。以其每年的产量和制造费 用计算得到 LiFSI 单吨制造成本，由 2016 年

13、的 63 吨提升至 2021 年的 772 吨， 产量十倍增长后，单吨制造成本实现减半下降。我们预测未来 LiFSI 的单吨制造 成本可降至 7 万元，在碳酸锂等原料价格下降的情况下，预测综合总成本约 16 万元/吨。综合来看，目前布局产能企业数量多，总产能规划较高，对于已经拥有生产能力 的“老玩家”来说基本不存在生产技术壁垒，精力主要集聚在增强原料利用能力、 优化工艺、回收利用等方面；对于规划建设的“新玩家”来说，建成装置、设备 调整仍需一定时间，整体而言未来 LiFSI 的国产应用进程将加速推进。3.需求端：高镍趋势推动LiFSI增长，主要原料氯化亚砜景气提升3.1.锂电高镍化趋势明显，4

14、680提前量产加速推广进程三元锂电高镍化趋势明显，LiFSI 适配高镍电池。根据 GGII 统计数据计算，从 2018-2021 年我国高镍三元占比全部三元电池逐年增长，至 2022 年上半年占 比接近 50%。这主要是下游产品对电池高续航的诉求、以及减少上游高价钴用 量双重驱动的结果，未来高镍三元占比有望进一步提高。由于镍属于高活泼性元 素，所以高含量镍会导致热稳定性变差，而 LiFSI 的化学稳定性和温度稳定性与 高镍电池适配，显著优于 LiPF6，因此这一趋势将带动 LiFSI 需求增长。多款适用于高镍的电池推出。2020 年 9 月，特斯拉推出的 4680 电池采用高镍 811 作为正

15、极材料，续航性能优异，从稳定性角度考虑，LiFSI 与 4680 更适配。 2022 年 6 月，宁德时代发布麒麟电池并宣称整车续航达 1000 公里，10 分钟快 充成可能，预计 2023 年量产上市。该款电池对三元材料或磷酸铁锂均兼容，电 池系统质量能量密度更高，目前宁德时代并未公告电解液具体配方，但我们认为 三元部分对 LiFSI 的添加量将高于 3%。自麒麟电池、4680 电池发布后多家车 企先后“呼应”，包括理想、哪吒、路特斯等知名品牌。高镍电池的推出将带动 LiFSI 用量提升，4680 提前量产将加速应用进程。由于 麒麟和 4680 主要是为动力电池设计，而动力电池是目前需求最大

16、、增速最快的 下游，因此未来将是 LiFSI 最主要的应用领域。根据 EVTank 和 GGII 的统计和预测，2025 年全球锂电动力电池可达 1.5TWh。因此 LiFSI 需求一方面受益于 锂电高速发展，锂盐需求持续增长；另一方面高镍的不稳定等问题促使 LiFSI 添 加比例提高，部分型号电池用量或将超 10%（普通高镍三元约 3%）。我们以三 元锂电占比、高镍占比等数据进行测算，预计到 2025 年 LiFSI 需求量可达约 16 万吨，市场规模有望达 400 亿元。特斯拉称 4680 将在 2022 年底前实现大 规模生产，提前投产或将是一味“催化剂”，加速 LiFSI 扩大应用进程

17、。锂盐成本提升对电池整体成本影响有限。锂离子电池生产成本主要包括原材料、 PACK 费用及其他费用等，其中电解液包括溶质、溶剂、添加剂，以电解质成本 占比最高，约 50%。根据 Bloomberg 数据，2021 年锂电池平均生产成本为 101 美元/KWh。以LiFSI和LiPF6的价格计算，假设电解质全部由LiPF6改为LiFSI， 锂电生产成本上涨约3%。但实际应用中LiFSI用量并未达到与LiPF6同等水平， 涨幅会小于 3%，因此对电池成本影响有限。3.2.LiFSI需求增长带动氯化亚砜景气提升，长期来看供应偏紧在现有的氯磺酸法生产原料中，氯化亚砜用量较高。目前氯化亚砜常见的合成工

18、艺为二氧化硫气相法，产生的三废量相对较少。该工艺以液氯、二氯化硫、二氧 化硫为原料，其中二氧化硫由硫磺自制，上游供给相对稳定。但是由于液氯具有 强腐蚀性，对生产设备防腐要求很高，因此对于氯化亚砜后进入生产企业的投产 存在一定限制。新建项目获批难度大，市场份额向龙头集中。我国是氯化亚砜生产大国，现有产 能合计共 53.4 万吨/年，其中凯盛新材为行业龙头，拥有 15 万吨/年装置，行业 集中度高，CR5 为 70%。目前国内规划产能仅有 6 万吨，全部投产后产能约 60 万吨/年。规划产能少主要是因为政府文件将氯化亚砜纳入“两高一资”产品范围， 落后工艺的项目申请难度大，扩建、生产准入门槛提高，

19、因此未来氯化亚砜产能 将有望进一步向龙头企业集中。下游传统应用领域涨幅稳定，新兴应用增速较快。氯化亚砜下游主要用于生产染 料（活性翠 K-GL 等）、食品添加剂（三氯蔗糖）、医药中间体（脑复新等）、农 药（抗倒胺等）、新型锂盐（LiFSI）等产品，其中农药、医药、染料领域属于氯 化亚砜传统应用领域，未来增速有限；而 LiFSI 和三氯蔗糖属于新兴应用领域， 未来有望保持高速增长。氯化亚砜景气度提升，长期来看或将趋向于供应偏紧。在氯化亚砜下游产品中， 三氯蔗糖作为一种高质量、高安全性、非营养型高效甜味剂，是肥胖症、心血管 疾病和糖尿病患者食品的最佳理想甜味替代品，预计到 2025 年需求量可达

20、2.5 万吨。以现有生产三氯蔗糖工艺计算，氯化亚砜总需求量约 18 万吨。结合上述 对 LiFSI 的需求预测及原料单耗计算，综合预测氯化亚砜到 2025 年总需求量有 望达 70 万吨。综合当前及规划产能，我们预计氯化亚砜未来或将供应偏紧。3.3.LiFSI腐蚀铝集流体，多种“防腐”添加剂实现量产LiFSI 腐蚀正极铝集流体原理说明。锂电由正负极材料、隔膜、电解液构成，其 中正极材料需要涂覆在铝箔上，即铝集流体；负极材料需要涂覆在铜箔上，即铜 集流体。虽然 LiFSI 性能优于 LiPF6，但是单独使用时会破坏正极中的铝箔。铝 集流体被腐蚀大致分为两个步骤：首先铝箔表面的氧化铝保护膜被破坏，

21、暴露出 活性更高的铝层；然后铝在较高的电位下产生的氧化产物溶解到电解液中，深层 的铝继续与 LiFSI 反应，铝不断流失造成腐蚀，降低电池的使用寿命。利用“防腐”添加剂与铝箔生成具有保护作用的钝化膜。与 LiFSI 会腐蚀铝集流 体不同的是，LiPF6与铝箔发生反应生成的 AlF3在有机溶剂中溶解度低，生成后 可一直附着在铝箔表面防止内层铝被进一步腐蚀。因此针对这一特性，LiPF6、 四氟硼酸锂（LiBF4）、二草酸硼酸锂（LiBOB）、二氟草酸硼酸锂（LiDFOB）等 均被用于电解液添加剂保护铝箔，具有铝箔“防腐”功能。研究结果表明，使用 适当剂量添加剂对铝箔有非常明显的保护效果。在相同的电

22、池体系中，使用相同剂量的不同添加剂，保护效果仍存在区别。现有 研究表明，相同条件下铝电极在充放电首次循环产生的电流强度顺序为：LiFSI LiFSI+LiBOB LiFSI+LiPF6 LiFSI+LiBF4 LiFSI+LiDFOBLiPF6 （电流强度数值越大，代表铝电极腐蚀越严重）。结果表明，使用 LiDFOB 和 LiBF4效果接近，腐蚀程度较低；而添加 LiPF6后腐蚀程度有所降低，但仍需改 进，三种物质均具备成为添加剂的性能基础。因此针对保护效果最佳的 LiDFOB 和产能最充足的 LiPF6 开展进一步研究。结 果表明，在循环 5 圈后 LiPF6组铝电极产生的电流强度下降为首圈

23、一半的左右； 而 LiDFOB 基本降为零，展现出十分理想的效果。因此我们认为从理论层面，二 者均有望成为未来大规模使用 LiFSI 后可搭配的添加剂，同时也不排除未来 LiBOB、LiBF4等其他添加剂出现保护效果更好的方案。部分添加剂已实现量产，可与 LiFSI 相互促进发展。上述多种添加剂中 LiPF6发 展最快，技术最成熟，截止到 2022 年 8 月产能约 13.5 万吨/年；而其余添加剂 总产能较低，仅有少数公司投产或开展研发工作，其中如多氟多、天赐材料、石 大胜华等公司对多种添加剂均有布局。添加剂的量产 LiFSI 推广应用打下基础， 而 LiFSI 反过来也可促进添加剂需求增长

24、，二者相互促进。高浓度锂盐可有效延缓铝箔腐蚀速度。研究表明，将锂盐与溶剂的比例从 1:10.8 提升为 1:1.1 后（锂盐用量上涨约 10 倍），经过 15 圈充放电循环，剩余容量从 150mAh/g 提升至350mAh/g。虽然仍然有明显的容量损失，但是结果证明 高浓度的锂盐确实对电池存在保护作用，具备理论基础及可行性，后续仍需改进。更换低溶解度溶剂阻碍铝箔腐蚀。由于 LiFSI 和 LiTFSI 结构相似，具有一定的参考意义。研究表明，以相同用量的 LiTFSI 作为锂盐，将溶剂由 PC（碳酸丙 烯酯）更换为 MCP（3-氰基丙酸甲酯）后，对铝箔的保护起到明显效果，具备 一定的可行性。提

25、高电解液浓度以及更换溶剂种类两种方法在研究过程中行之有效，但是仍处于 研发验证阶段，均存在需要解决的不足之处，尚无投产迹象，目前仅作为技术储 备。4.重点企业分析4.1.多氟多氟化盐行业龙头，逐步转向锂电&半导体新材料。公司以铝用氟化盐为起点从事 氟化工产品生产，上市后逐步切入以六氟磷酸锂为主的新能源相关材料和以电子 级化学品为主的半导体相关材料，其中半导体级氢氟酸已获得台积电等龙头公司 认证，成为公司未来的主要增长点之一。公司深耕氟化工多年，积累了大量的锂盐生产经验，现已成为六氟磷酸锂行业龙头，技术和经验的优势可为新型锂盐 LiFSI 未来投产打下坚实基础。公司现有 LiFSI 产能 1600 吨/年，在建产能 1 万吨/年（一期、二期 3000 吨/年，三期 4000 吨/年），预计 2023 年可逐步投产