锂电池电解液产业研究:新能源汽车+储能两轮驱动

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1电解质锂电池的“血液”


11、功能离子传输载体,具有5大主要性能


电解质是运输锂离子的载体,是锂电池的四大组成部分之一。锂电池的四个主要组成部分是正极材料、正极材料、电解液和隔膜。电解质是允许锂离子在阳极和阴极之间移动的载体,是影响锂离子电池性能的关键因素之一。在锂电池的成本结构中,正极材料成本占比最高,一般占40%以上,隔膜占20%~30%,正极材料成本一般占10%以下。15%,电解液成本一般占锂电池总成本的10%。-15。


电解液作为锂电池的“血液”,必须具备五个基本特性锂电池电解液必须具有良好的化学稳定性、较宽的电位范围、良好的导电性、良好的热稳定性和环境友好性。中国电池网数据显示,良好的化学稳定性意味着电解液不与阳极、阴极、隔膜、粘结剂等材料发生化学反应,而较宽的电位范围意味着电解液必须具备电化学稳定性。窗口0-5V。电解液的电导率一般应达到10-3~210-3S/cm,以保证高介电常数、低粘度和小离子迁移阻力。电解液一般为-40至70,还希望电解液可生物降解且不污染环境。


电解质根据溶剂的物理性质可分为液体电解质和固体电解质。液体电解质主要用于圆柱形和方形锂电池,固体电解质主要用于软包电池。据航盛锂能介绍,固体电解质是一种新型电解质,其价格比液体电解质更高,而目前应用最广泛的电解质是液体电解质。液体电解质根据液体的性质可分为有机溶剂电解质和无机溶剂电解质,其中有机溶剂电解质应用最为广泛。下面我们重点以有机溶剂电解质为主要讨论话题。


12组成以锂盐为核心,溶剂为主体


电解液的主要成分包括电解质锂盐、有机溶剂和添加剂。电解液是由锂盐、高纯有机溶剂、添加剂等原料按一定比例在特定条件下混合而成。目前常用的锂盐是六氟磷酸锂,常用的有机溶剂有环状碳酸酯和链状碳酸酯,常用的添加剂有成膜添加剂、阻燃添加剂、防过充添加剂、多功能添加剂等。有机溶剂是电解液的主要部分,其性能与溶剂性能密切相关,据OFweek数据显示,电解液对有机溶剂的纯度要求为999以上。锂盐主要用于提供锂离子,保证电池在充放电时有足够的锂离子。添加剂的种类有很多种,所使用的添加剂的种类主要由电池的用途和性能决定。


锂盐成本在电解液总成本中占比最高。电解液成本结构中,锂盐成本在2021年电解液总成本中占比最大,对电解液价格影响较大。他们分别占25和20。据华晶产业研究院数据显示,从质量比来看,有机溶剂的质量约占电解液质量的80%,锂盐约占10~15%,添加剂约占电解液质量的80%左右。10%到15%。5-10。


121锂盐LiPF6占主导地位,LiFSI有更多企业进入市场


目前常用的锂盐是六氟磷酸锂,生产工艺主要是氟化氢溶剂法。六氟磷酸锂是目前主流的锂盐。与其他锂盐相比,六氟磷酸锂具有高电导率、良好的离子传递数、较强的电化学稳定性和抗氧化性,能在碳阴极上形成合适的SEI膜,并能有效钝化阳极铝箔。六氟磷酸锂的生产方法主要有气固反应法、氢氟酸溶剂法、有机溶剂法、离子交换法等。其中氟化氢溶剂法具有反应快、转化率高、适用性强等优点。对于规模化生产,六氟磷酸锂已成为目前的方法,是主流生产技术。


近年来,国内六氟磷酸锂产能扩张加快,市场集中度较高。随着新能源汽车的快速发展,国内厂商正在积极扩大六氟磷酸锂产量。2017年至2021年,韩国六氟磷酸锂产能从362万吨增至955万吨,年均复合增长率为2745吨,2021年较去年同期增加6903吨,产量从142万吨。年均复合增长率为3965吨,2021年较上年增长9149吨。我国六氟磷酸锂市场高度集中在多氟、天赐材料、江苏新泰等企业。2022年聚氟聚合物、天赐材料、江苏产能


双氟磺酰亚胺锂是一种具有替代六氟磷酸锂潜力的新型锂盐。与六氟磷酸锂相比,双氟磺酰亚胺锂中的F-可以通过削弱锂盐阴阳离子之间的配位来提高Li+的活性。因此,LiFSI比LiPF6具有更高的电导率、化学稳定性和热稳定性。此外,LiFSI可以大幅提升电池性能,包括低温性能、循环寿命、耐高温等,更符合锂电池未来的发展方向。双氟磺酰亚胺锂是目前六氟磷酸锂的替代品。


目前,国内相关企业已布局双氟磺酰亚胺锂。目前国内拥有双氟磺酰亚胺锂产能的企业有多氟、天赐材料、新舟邦、永泰科技、康鹏科技、中鑫氟材等,总产能为101万吨/年。其中,天赐材料产能最大,达63万吨/年,在建双氟磺酰亚胺锂产能达到16万吨/年。随后,永泰科技、康鹏科技、聚氟聚合物产能分别为67万吨/年、15万吨/年、1万吨/年,总产能为2594万吨/年。/年。未来随着其量的逐渐增大,双氟磺酰亚胺锂有望在锂电池领域逐步取代六氟磷酸锂。


122溶剂DMC表现良好,呈现寡头垄断格局。


主要电解质是有机溶剂,最常用的是DMC。有机溶剂是电解质的主要组成部分,根据其结构可分为环状碳酸酯有机溶剂和链状碳酸酯有机溶剂。环状碳酸酯溶剂包括碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯,链状碳酸酯溶剂包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯。其中DMC气味低、挥发性好、溶解性强,因此能有效提高锂电池的导电性能,同时还具有低温充放电性能好、生产成本低等优点。电解液中应用最广泛的有机溶剂。


近年来,电解质溶剂的供应与需求同步增长。以DMC为例,2019年至2021年韩国DMC产能从576万吨增至1256万吨,增长68万吨,年均复合增长率为4767。表观消费量方面,韩国DMC表观消费量从2019年的3744万吨增长至2021年的5311万吨,年均复合增长率为1910年。2022年1月至7月韩国DMC表观消费量为44.77。万吨,比上年增加4910吨。新能源汽车市场的快速增长,大大加速了DMC产量的扩张和需求的增加。未来随着新能源汽车渗透率的提高,电解液溶剂的需求预计将持续增加。


电池级溶剂工艺复杂,具有双重结构。与工业级溶剂相比,电池级溶剂要求纯度至少为9999,高纯度产品的纯度要求为99995或更高。由于催化剂选择要求高、提纯难度大,韩国能大规模生产电池级溶剂的企业很少。海科鑫源招股书数据显示,目前电池级溶剂市场相对集中,2020年石大生化和海科新源


123种添加剂提高电池性能,需求持续提升


添加剂有针对性地改善电池性能。根据应用的不同,对锂电池性能的要求也不同,可以通过调整添加剂的种类和用量来提高锂电池的性能。添加剂产品有多种类型,包括成膜添加剂、导电添加剂、防溢添加剂以及控制水分和HF含量的添加剂。不同的添加剂有不同的作用。其中,成膜添加剂能有效在石墨正极表面形成SEI膜,防止溶剂分子嵌入电极并对其造成损坏,提高电池的循环性能和可逆容量。电池安全和电池防爆、水分和HF含量控制添加剂可以通过提高电解液的稳定性来提高电池性能。


我国是电解液添加剂主要供应国,出货量每年都在增加。韩国是电解液添加剂的主要供应国。截至2020年底,韩国电解液添加剂出货量占全添加剂出货量8537吨。2015年至2020年,全电解液添加剂出货量从112万吨增长至287万吨。年均复合增长率为2071,韩国电解液添加剂出货量从62万吨增长到245万吨,年均复合增长率为3163,呈现高于世界水平的增速。未来锂电池的需求预计将进一步增加,电解液添加剂的需求也有望相应增加。


国内VC、FEC添加剂出货量非常集中。从VC来看,2020年排名前五的VC公司出货量合计达到786台,其中江苏盛华以314台出货量排名第一,汉康化学和青木高科(青木高科)紧随其后,出货量为141台,分别为118个单位。FEC方面,2020年FEC出货量前三名是江苏盛华、汉康化工、苏州华谊,分别占488台、271台、114台,合计873台。


13产业链上游是化工原料,下游是锂电池


电解液的上游侧为基础化工原料,下游侧用于动力电池、3C电池、储能电池等。锂电池电解液位于产业链中游,上游主要由碳酸锂、无水氢氟酸、甲醇、环氧丙烷等基础化工原料组成。下游主要用于动力电池、3C电池和储能电池,2021年需求比例分别为60、30和10。


电解液生产过程主要包括提纯、配制、混合和填充,其核心是原材料配方。电解液制造工艺比较简单,首先对原料溶剂进行纯化,然后将纯化后的溶剂、溶质和添加剂按照反应方程式所示的顺序放入反应锅中,在一定温度下充分搅拌混合。最后以一定的速率电解液充满液体。电解液生产的关键技术是原材料的混合。目前,电解液配方的研发可分为三种类型一是电池厂家自行研发,二是电解液厂家与电池厂家合作研发,三是自主研发。电解液生产厂家。


2供给高产能扩张时代已经到来,格局向顶部集中。


21加快保产能,产业集中度高


2019年以来,韩国电解液行业进入加速扩产阶段。电解液是锂电池的核心材料之一,随着锂电池市场需求的增加,韩国电解液产能和产量不断增加。产能方面,预计2021年韩国电解液产能为9999万吨,较上年增加6794吨。2017年至2021年韩国电解液产能年均复合增长率为3674。产量方面,2017年至2021年,韩国电解液产量从1192万吨增长至4793万吨,年均复合增长率为4161,其中2021年同比增长率为6068。韩国电解液产能和产量不断增加。


我国电解液行业集中度较高,产能主要分布在华南、华东地区。2022年国内电解液行业CR5为5169。其中,排名前三位的是天赐材料、新洲邦、江苏国泰,分别占2257家、841家、793家,合计3891家。高工锂电表示,由于国内电解液龙头企业与下游头部客户联系紧密,未来行业集中度有望进一步提升。从产能区域分布来看,韩国电解液产能主要分布在华南和华东地区,产能比例分别为4614和3540。其中,天赐材料、新洲邦等主要电解液企业均位于广东省,华南地区现有产能主要来自龙头企业产能。


22规划产能规模较大,短期供应影响有限


2022年


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