锂离子电池电解液

锂离子电池电解液 作者 李卿云 摘要 电解液作为锂离子电池的四大核心组件之一，是由高纯度有机溶剂、电解质锂盐、必要添加剂等原料按一定比例配制而成的非水溶液，溶质、溶剂、添加剂是电解液的三大核心原材料，三者合计成本占比在80%以上，上游主要原材料价格的波动对电解液成本影响较大。由于一方面要与电池客户选用的正极材料、负极材料相匹配，并与客户锂离子电池最终性能要求相适应，另一方面需不断适应动力、储能、消费领域锂离子电池性能变化，中国锂离子电池电解液行业的产品定制化程度较高，且能够显著改善电池性能的添加剂成分是电解液企业的技术关键所在。中国锂离子电池电解液行业规模整体呈高速增长态势，2022年出货量达89.1万吨，同比增长78.2%。预计未来动力和储能电池行业 的高速发展将继续驱动电解液市场需求的扩张，头部企业的积极扩产将确保电解液产品的充足供应，2027年电解液出货量有望达760.5万吨，2022-2027年出货量年均复合增长率将达53.5%。但随着电解液企业产能的持续加码以及跨界企业的疯狂涌入，需警惕产能过剩“灰犀牛”，未来锂离子电池电解液出货量增速将有所放缓。 行业 头豹分类/能源、采矿业/能源设备与服务 头豹分类/能源、采矿业/能源设备与服务/能源设备与服务 港股分类法/能源 关键词 锂离子电池 锂离子电池电解液 六氟磷酸锂 双氟磺酰亚胺锂盐 锂离子电池电解液行业定义 1. 电解液作为锂离子电池的四大核心组件之一（另外三者为正极材料、负极材料、隔膜），是由高纯度有机溶剂、电解质锂盐、必要添加剂等原料按一定比例配制而成的非水溶液。作为电池中离子传输的载体，在正负极之间起传导锂离子的作用，为锂离子提可自由脱嵌的环境，对锂离子电池电池的能量密度、比容量、工作温度范围、循环寿命、安全性能等均有重要影响。 锂离子电池电解液行业分类 2. 在电解液的三类核心材料溶质（锂盐）、溶剂、添加剂中，溶质是电解液中成本占比最高的成分，按照不同的锂盐溶质分类，电解液可分为六氟磷酸锂 （LiPF6）电解液、四氟硼酸锂（LiBF4）电解液、双氟磺酰亚胺锂（LiFSI）电解液、二草酸硼酸锂（LiBOB）电解液、二氟草酸硼酸锂（LiDFOB）电解液、二氟磷酸锂（LiPO2F）电解液、双三氟甲基磺酰亚胺锂（LiTFSI）电解液。 类型名称 类型说明 六氟磷酸锂（LiPF6）电解液 LiPF6电解液是当下应用最广泛的锂离子电池电解液，LiPF6在非水溶剂中具有合适的溶解度和较高的电导率、良好的离子迁移数、较强的电化学稳定性以及耐氧化性，可在碳负极上形成适当的SEI膜（固体电解质界面膜），能够有效钝化正极铝箔。LiPF6成熟的规模化生产也凸显其成本优势，尽管其单一性能指标未必最佳，但综合性价比十分突出，广受生产商的青睐，主要生产商有天赐材料、江苏新泰、多氟多等。 双氟磺酰亚胺锂（LiFSI）电解液 新型锂盐LiFSI相较于LiPF6，具备电导率高、热稳定性高、耐水解、耐高温、抑制电池气胀等优势，随着工艺成熟及成本下降，LiFSI竞争力日益凸显。主要生产商有天赐材料、康鹏科技、多氟多等，在出货量方面，天赐材料与康鹏科技领先优势显著，已完成该新型锂盐的国产化。 四氟硼酸锂（LiBF4）电解液 LiBF4电解液的优势在于工作温度区间宽，高温稳定性好，低温性能优，在电极上的成膜能力较强，并能抑制铝箔的腐蚀。缺陷在于离子电导率较低，单独作为电解质锂盐时具有很大局限性，常与其他电导率较高的锂盐配合使用，应用范围较小。 二草酸硼酸锂（LiBOB）电解液 LiBOB电解液能够直接参与SEI膜的形成，可有效阻止负极石墨材料的剥离，具有较好的循环稳定性，对正极铝箔也具有钝化保护作用。缺陷在于LiBOB溶解度较低，在部分低介电常数溶剂中几乎不溶解，应用较少。 二氟草酸硼酸锂（LiODFB）电解液 LiODFB电解液具有成膜性好、低温性能好、耐氧化的优势，与电池正极具有较高相容性，能在铝箔表面形成一层钝化膜，提高锂离子电池安全性能及抗过充能力。缺陷在于合成工艺复杂，生产成本较高，且首次通电生成保护膜时产气较多，对电池性能影响较大，应用较少。 二氟磷酸锂（LiPO2F）电解液 LiPO2F电解液可在正负极形成界面膜，有效抑制电解液的氧化分解并保护电极结构的完整性，能够显著提升电池的倍率性能、常温循环性能和低温循环性能，缺陷是在碳酸酯溶剂中的溶解度很低，离子电导率随锂盐加入量的增长而降低，应用较少。 双三氟甲基磺酰亚胺锂（LiTFSI）电解液 LiTFSI电解液优势在于热稳定性好与电导率较高，缺陷在于合成复杂，提纯难度较大，且当浓度较大时，电解液对正极集电体铝箔腐蚀性较强，应用较少。 锂离子电池电解液行业特征 3. 溶质、溶剂、添加剂是电解液的三大核心原材料，三者合计成本占比在80%以上，上游主要原材料价格的波动对电解液成本影响较大。由于一方面要与电池客户选用的正极材料、负极材料相匹配，并与客户锂离子电池最终性能要求相适应，另一方面需不断适应动力、储能、消费领域锂离子电池性能变化，中国锂离子电池电解液行业的产品定制化程度较高，且能够显著改善电池性能的添加剂成分是电解液企业的技术核心所在。 溶质、溶剂、添加剂是电解液的三大核心原材料，三者合计成本占比在80%以上。 原材料成 定制化程度较高 本占比较高 其中溶质成本占比最高，在50%-60%之间，溶剂成本占比在20%-30%，添加剂成本占比在10%-20%，因此上游主要原材料价格的波动对电解液成本影响较大，尤其是主流锂盐溶质六氟磷酸锂的供需关系直接影响到电解液价格。 锂离子电池电解液发展历程 添加剂成分是锂离子电池电解液企业的技术核心所在。 电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐以及必要的功能添加剂等原料在一定条件下、按一定比例配制而成，电解液中有机溶剂和电解质锂盐容易分析并模仿，但添加剂成分通常很难分析出来。因此添加剂成分是电解液企业的技术核心所在，是提高安全性（阻燃添加剂、过充电保护添加剂）、循环（成膜添加剂）、倍率（导电添加剂）和低温性能（高低温添加剂）的关键。全球锂离子电池企业巨头如松下、索尼、三星SDI、LG化学等公司都有自己独特的添加剂技术，外购电解液后会再进行适当的加工和改性，以更符合自身的锂离子电池制造需要。理想的添加剂具有以下特征：用量少，但能显著改善电池的某些性能；提高某一性能的同时不会导致其他性能的下降，不与电池的其他材料发生副反应；与溶剂有较好的相容性；性价比高、安全、无毒或低毒。 锂离子电池电解液产品的定制化程度较高。 一方面，电解液厂商需要与客户选用的正极材料、负极材料相匹配，并与客户锂离子电池最终性能要求相适应；另一方面，电解液需要适应不断发展的新能源汽车或3C产品等所用锂离子电池的变化，不断调整其性能和构成，以满足智能化产品的需求，锂离子电池电解液的适应性和发展性决定了其定制化程度较高，因此对上游供应商的配套研发能力要求也相当严格。 技术核心在于添加剂成分 4. 中国锂离子电池电解液行业迄今主要经历了进口依赖、国产替代和国际化三个阶段，可分为萌芽期、启动期与高速发展期。在1992年-2002年的萌芽期，中国锂离子电池企业初期完全依赖进口电解液，随着2001年中国加入WTO，全球制造业加工产能陆续向中国转移，数十家国产电解液厂商成立。在2003年-2014年的启动期，国产锂离子电池电解液开始进入市场，电解液售价迅速下降，逐步取代进口电解液。在2015年至今的高速发展期，凭借国内动力、储能领域装机规模的高速增长以及政策扶持，中国锂离子电池企业在全球的市场占有率获得显著提升，电解液企业受益于下游锂离子电池需求拉动，产能扩张加快，海外替代与国际化进程加速。 开始时间：1992结束时间：2002阶段：萌芽期 行业动态：1992年，中国电子科技集团公司第十八研究所在国内率先开展锂离子电池研究，1994年推出了第一只AA尺寸电池。1997年，中国建成第一条18650锂离子电池生产示范线。2002年之前，中国生产电解液的企业屈指可数，主要锂离子电池厂商的电解液依赖日本、韩国进口。2001年中国加入WTO，全球制造业加工产能陆续向中国转移，随着核心技术的突破，以及通过与日韩企业合作，数十家国产电解液厂商成立。 行业影响/ 阶段特征：锂离子电池自上世纪90年代实现产业化以来，以其高能量密度的突出优势快速蚕食镍氢电池和铅酸电池的市场，产业规模迅速膨胀。电解液作为锂离子电池四大材料之一，早期仅有宇部兴产、三菱化学等少数国外企业能够生产。成立于20世纪90年代后期的中国锂离子电池企业，初期完全依赖于进口电解液，进口电解液价格昂贵、交货周期长等弊病非常不利于新兴锂电产业的发展。 开始时间：2003结束时间：2014阶段：启动期 行业动态：中国国产电解液从2003年进入市场并逐步取代进口产品。在2003年-2010年，以便携式手机、MP3为代表的消费电子行业进入高速成长阶段，拉动锂离子电池消费需求，而这一时期日本企业的技术创新速度有所放缓，出现技术向东亚各国外流的趋势，日本锂离子电池企业以及锂离子电池上下游产业链开始受到韩国、中国的冲击。2010年开始，国产六氟磷酸钾逐步进入市场，打破多年以来外企垄断的局面。2012年中国锂离子电池电解液企业的全球市场份额首次突破一半，达到51.7%。 行业影响/ 阶段特征：随着中国锂离子电池产业的成熟，国产锂离子电池电解液从2003年左右开始进入市场，电解液售价迅速下降，逐步取代进口电解液。经过多年的产业化发展，电解液国产化率大幅提高，产品质量已达国际先进水平，实现进口替代，同时中国电解液企业不断加快开拓国际市场的步伐。 开始时间：2015阶段：高速发展期 行业动态：2015年以后，消费锂离子电池市场增速放缓，智能手机和平板电脑的出货量出现下滑趋势，动力市场成为各国锂离子电池企业角逐的新战场，新能源汽车进入高速发展阶段，驱动电解液行业高速发展。中国锂离子电池电解液产品出口日本、韩国，海外替代与国际化进程加速。 行业影响/ 阶段特征：中国锂离子电池企业进入快速增长期，并成功进入下游客户高端产品的供应体系，凭借国内动力、储能领域装机规模的高速增长以及政策扶持，中国锂离子电池企业在全球的市场占有率获得显著提升。电解液企业受益于下游锂离子电池需求拉动，产能扩张加速，产业链布局逐步完善。 锂离子电池电解液产业链分析 5. 中国锂离子电池电解液产业链上游包括锂盐溶质、溶剂、添加剂，六氟磷酸锂(LiPF6)是当下应用最广泛的电解液溶质，新型锂盐LiFSI因其性能优势逐渐得到市场青睐。2021年由于下游锂离子电池行业需求放量，上游原材料供应紧张，价格上涨，2022年上半年需求端增速偏缓，开工清淡，而碳酸酯溶剂供应量上涨明显，价格有所下调。整体来看，上游原材料短期内供给仍然偏紧，随着企业产能扩张价格将呈缓跌趋势。锂盐溶质的代表性参与方有多氟多、必康股份、康鹏科技等，溶剂的代表性参与方有石大胜华、铜陵金泰、重庆东能等，添加剂的代表性参与方有华盛锂电，瀚康化工，苏州华一等。产业链中游为锂离子电池电解液，中国锂离子电池电解液市场规模自2013年来保持稳步上涨态势，随着动力电池和储能电池需求的快速增长，2013-2022年近10年间出货量年均复合增长率达44.8%，代表性参与方有天赐材料、新宙邦、江苏国泰等。产业链下游为锂离子电池，未来在消费、动力与储能领域的市场需求有望持续攀升，代表性参与方有宁德时代、比亚迪、亿纬锂能等。 锂离子电池电解液产业链上游链路较为复杂，锂盐溶质主要来自锂矿、氟化学品和含磷化学品，碳酸酯溶剂主要由石油化工中间产品环氧乙烷或环氧丙烷衍生而来，添加剂主要为各种精细化工品、试剂等。由于正极材料与电解液原材料均较依赖锂矿资源，锂盐供给紧张状况难以缓解，支撑锂价持续高位，未来锂盐溶质的产能扩张速度及供需格局将直接影响电解液的成本与供给状态，成为产业链的重要制约因素