三元锂电高镍化，LiFSI呈现高成长空间

锂电高镍化推动LiFSI需求增长，4680提前量产加速推广进程。基于新能源产品对电池的续航、快充、稳定性等性能要求的提高，三元锂电高镍化已成为重要发展趋势之一。因此LiFSI需求快速增长主要受两方面影响：一方面受益于锂电的高速发展，电解质需求量持续增长；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%），而4680作为典型的高镍电池，其投产时间提前至2022年年底，可视为一味“催化剂”，加速推进LiFSI产能落地推广。据测算2025年全球LiFSI需求量约16万吨，市场规模有望达400亿元，具有可观的成长空间。 供给端：国产企业突破工艺技术，产能释放推进生产降本增效。LiFSI以氯磺酸法路线为主，国内多家企业布局产能，当前供给呈现“一超多强”的竞争格局，且龙头的技术优势可强化这一格局。同时各企业加强生产成本控制能力，一方面通过提高原料利用率&减少三废排放量降低原料成本，另一方面可通过产能释放减少制造费用，持续降本增效，国内供给能力持续向好。 需求端：LiFSI及其主要原料氯化亚砜景气度双双提升。(1).LiFSI自身需求持续增长(2).LiFSI等产品的发展推动氯化亚砜需求增长，预计到2025年需求量可达70万吨。由于新项目扩建难度大，结合现有及规划产能合计60万吨/年分析， 未来产品景气度将有提升 ， 长期来看趋向于供应偏紧。 (3).LiDFOB等“防腐”添加剂助力LiFSI推广应用，同时自身也将受益于LiFSI发展，未来需求保持增长。 建议关注：(1).关注LiFSI生产企业，现已建成并占据市场多数份额、同时扩大液态LiFSI产能布局的头部公司：天赐材料（002709）；拥有产能且能够稳定出货、规划以具有成本优势的新技术生产固态LiFSI的锂盐龙头：多氟多（002407）；(2).关注LiFSI上游主要原材料氯化亚砜龙头、生产技术可实现低污染的生产企业：凯盛新材（301069）。 风险提示：宏观经济下行风险；锂离子电池行业发展不及预期；政策退坡或安全事故导致电池需求萎缩；项目扩建不能及时投产；行业竞争加剧风险；新 1.新型锂盐LiFSI性能优异，有望打破LiPF“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。 图1.锂离子电池及电解液结构示意图 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324GWh，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。 图2.锂电池电解液产能产量逐年上涨（单位：万吨） 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。 图3.动力锂电池是电解液最大的消费领域 锂盐是配制电解液关键的一环，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。 图4.LiPF6是当前应用最多的电解质材料（单位：万吨） 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1×10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 -5 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。 图5.高温环境对LiPF6具有明显的负面影响 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。 表1.LiFSI和LiPF6技术指标对比 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LiFSI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。 图6.LiFSI拥有更高的离子电导率和更高的倍率性能 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。 图7.LiFSI发展历程 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。 图8.氯磺酸法LiFSI合成工艺（氯化亚砜、氯磺酸、氨基磺酸） 图9.氯磺酸法LiFSI合成工艺（氯磺酸、氯磺酰异氰酸酯） 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。 图10.2022年LiFSI国内外产能格局（单位：万吨/年） 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，未来龙头将扩大领先优势，保持“一超多强”的竞争格局。 图11.2025年LiFSI产能格局（单位：万吨/年） 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。 表2.多家公司和研究机构布局LiFSI制备及回收的部分专利 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。 图12.LiFSI售价高（单位：万元/吨） 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。 表3.主要原料及溶剂利用率高 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。 表4.部分公司生产LiFSI时的副产品（单位：万吨/年） 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。 表5.各主要原料、能源成本及总成本（单位：元/吨） 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。 图13.碳酸锂和氯化锂价格高涨（单位：元/吨） 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。 表6.LiFSI原料成本随锂源成本变化情况（单位：元/吨） 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。 图14.康鹏科技LiFSI生产成本构成 图15.LiFSI单吨制造成本随产量变化情况 综合来