锂电池相关知识：一文了解电解液

一、电解液

电解液是锂电池的四大关键材料之一，其本质作用是稳定地传导锂离子。今朝，应用最普遍的是液体电解液。

电池的正负极和隔膜都浸泡在电解液中，在充放电进程中，电解液作为锂离子的传输前言，一方面提供部分活性锂离子，作为导电离子使用，另一方面提供离子通道，帮助锂离子在其中自由移动。

就像人体物质的传输需要依靠血液一样，电解液就是锂电池内部物质传输的“血液”，对电池的能量密度、功率密度、循环寿命、平安性能、宽温应用等起着关键性作用。

作为锂电池的“血液”，电解液应具有五大根基特性：1、杰出的导电性能，离子迁移的阻力小，能有效促进电极可逆反应的进行；2、杰出的化学稳定性，不与正极、负极、隔膜、粘结剂等材料发生化学反应；3、宽电位范围，需要有 0-5V 的电化学稳定窗口；4、工作温度范围宽，在较宽的温度范围内（一般为-40℃～70℃）连结液态；5、情况友好，无毒或者低毒性。

电解液由溶剂、溶质和添加剂等原料在一定条件下，按一定比例配制而成。按质量占比，溶剂占 80%-85%、锂盐占 10%-12%、添加剂占 3%-5%；按本钱占比，溶剂占比约 30%、锂盐占比约 40-50%、添加剂占比约 10-30%。其中溶剂质量占比最高，溶质本钱占比最高，溶质价格的波动是影响电解液价格的主要因素。

溶质采用各类含锂化合物，由于锂盐在溶剂中溶解后，可开释大量活跃锂离子，有利于进步电解液的导电性能。六氟磷酸锂（LiPF6）具有全方位的优良性能和最强竞争力，是今朝最常用的溶质，但未来有可能被LiFSI替换。

溶剂为电解液的溶质提供液体情况，作为运输锂离子的载体。传统蓄电池使用水作为电解液溶剂，但由于锂电池的放电电压远高于水的电解电压（1.2V左右），有机溶剂成为锂电池产业化的选择。实际应用中，一般将高介电常数溶剂与低黏度溶剂夹杂使用，到达相互协作的目标，所以，电解液采用夹杂溶剂体系，今朝95%溶剂以碳酸二甲酯（DMC）、碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲乙酯（EMC）等碳酸酯类为主。

添加剂是在电解液中具有特定功能的物质，其含量较低，能明显提升电池的电化学性能。按作用类型的分歧可以分为成膜添加剂、过充庇护添加剂、高/低温添加剂、阻燃添加剂、倍率型添加剂等。电解液中通常含多种添加剂，碳酸亚乙烯酯（VC）和氟代碳酸乙烯酯（FEC）是今朝最常用的电解液添加剂，可在电极概况形成SEI/CEI膜，使得锂离子可自由进出，而溶剂份子难以通过，从而实现维护电极材料性能稳定，进步电池容量与循环性能效果。

按照高工锂电，电解液的生产流程如下：

电解液生产流程较为简单，主要包括处置提纯、夹杂搅拌和罐装出货三步，所使用的原料贮存罐、搅拌釜、管道以及各类表机均是标准设备，没有特殊的物化要求。因此，电解液生产的技术焦点来自于原料配方。其中，溶质与溶剂的成份较为简单，工艺也已十分成熟，添加剂便成为了差别化战略的关键。优秀的配方不但要充实满足客户的性能指标，更要与电池的其他材料较好兼容。

今朝配方的来源主要有电解液厂商自主研发、与电池厂商合作研发、由电池厂商提供这三种方式，具有自主研发能力和本钱管控能力的电解液厂商会拥有更强的议价能力。

二、锂盐：LiPF6占据主导地位，LiFSI 入局企业增多

六氟磷酸锂具有较高的电导率、杰出的离子迁移数、较强的电化学稳定性、抗氧化性，还可在碳负极上形成适当的 SEI 膜以及可有效钝化正极铝箔，能与各类正负极材料匹配，是今朝商业化应用最普遍的锂电池溶质。

与其他锂盐相比六氟磷酸锂的单一性质并不突出，但综合来看性能最优。

六氟磷酸锂行业进入壁垒主要在于三个方面。

第一为技术壁垒，六氟磷酸锂生产条件刻薄，对原材料氟化锂和氢氟酸的纯度要求极高，生产进程轻易爆炸或发生剧毒物质，属于典型的高科技、高危生产情况、高难生产的“三高” 技术产物，技术亏弱的企业难以生产。同时，作为锂离子电池的焦点材料，六氟磷酸锂的纯度至少要到达 99.9%以上。进步产物纯度的方式主要有控制原辅材料纯度、采用先进设备、控制产物结晶和干燥四种。天赐材料和多氟多公司六氟磷酸锂制备原材料氢氟酸和氟化锂皆为自主生产，可以有效控制原料的纯度与一致性。

第二是投资壁垒。六氟磷酸锂前期投资金额较高、扩产周期长，情况平安审批时间长，形成有效产能大要需要 1.5-2 年，投资回报周期长。

第三是客户壁垒，六氟磷酸锂行业上下游联系慎密，产能供给集中度高，天赐材料、多氟多、天际股份三家企业市占比达 50%以上，行业龙头企业签订长单提前锁定市场大部分六氟磷酸锂产物需求，即使在六氟磷酸锂行情不稳按时盈利能力也能得以保障，小企业或新入企业竞争力较弱。

行业龙头生产技术与研发上风突出，具有本钱上风，比六氟磷酸锂行业均匀本钱低 4-5 万元/吨。天赐材料采用电解液及其原材料一体化生产模式，主要生产的液态六氟磷酸锂以自供为主，生产本钱相对较低。多氟多采用一体化持续循环生产的双釜法叠加氢氟酸自供，生产的固态六氟磷酸锂本钱为行业最低水平。

陪伴着新能源汽车快速发展，国内生产企业积极扩产六氟磷酸锂。2017-2021 年，我国六氟磷酸锂产能从 3.62 万吨增长至 9.55 万吨，年均复合增长率 27.45%，其中 2021 年同比增长 69.03%；产量从 1.42 万吨增长至 5.4 万吨，年均复合增长率为 39.65%，其中 2021 年同比增长 91.49%。

我国六氟磷酸锂市场集中度高，以多氟多、天赐材料、江苏新泰为主导。

今朝，主流锂盐六氟磷酸锂存在热稳定性差，遇水易天生腐蚀性氢氟酸，造成电池容量衰减等问题。此外，低温情况下六氟磷酸锂易结晶致使电导率下降，进步了电池内阻。为了进一步满足锂电池的性能需求，锂盐溶质也需朝着性能更优的偏向更新迭代。

以双氟磺酰亚胺锂（ LiFSI）为电解质的电解液，与正负极材料之间连结着杰出的相容性，可以明显进步锂离子电池的凹凸温性能。同时相比六氟磷酸锂，LiFSI 具有更优异的离子导电性、热稳定性和电化学稳定性，且易溶于水和各类有机溶剂，几近无副反应，在众多新型锂盐中性能最优，有望成为下一代锂电池溶质。

今朝，制备双氟磺酰亚胺锂的主要原材料为磺酰胺、氯化亚砜、氯磺酸和氟化锂，其中氯化亚砜耗用量最多，1 吨双氟磺酰亚胺锂约需耗用 1.48 吨氯化亚砜。

按照QYResearch 的数据，我国事氯化亚砜最大的消费国与生产国，在全球市场份额约占 55%。随着市场对 LiFSI 需求增多，也将带动氯化亚砜需求上升。今朝，凯盛新材有15万吨氯化亚砜产能，为最大，其次为安徽金禾实业8万吨。

按照康鹏科技招股说明书，六氟磷酸锂与双氟磺酰亚胺锂性能对照如下：

今朝，国内LiFSI生产商主要有三类：天赐材料、新宙邦等电解液企业，多氟多、永太科技、时代思康等氟化工企业以及华盛锂电、康鹏科技等专业添加剂企业，所用的分歧工艺线路在原材料可得性、环保处置上差别较大，进而致使本钱和产能弹性的较大差别。

截至2022年8月，国内合计产能为 1.01 万吨/年。其中天赐材料拥有产能较多，为 0.63万吨/年，且其在建及拟建双氟磺酰亚胺锂产能达 16 万吨/年。其次是永太科技、康鹏科技和多氟多，在建及拟建产能别离为 6.7 万吨/年、1.5 万吨/年、1 万吨/年，合计在建及拟建产能达 25.94 万吨/年。

未来，本钱与技术将成为电解液溶质行业的两大护城河。重新型电解质的角度来看，行业的技术迭代速度更快、进入门坎更高，因此产物的溢价能力更强。电解质行业龙头公司凭仗超前的结构和持久的技术堆集有望率先实现突破，原先的客户上风将助力其产物快速放量，充实享受新技术带来的盈利。

三、溶剂：DMC 性能优异、呈双寡头格式

溶剂的性质要求：1、介电常数高，对锂盐的溶解能力强；2、熔点低，沸点高，在较宽的温度范围内连结液态；3、黏度小，便于锂离子的传输；4、化学稳定性好，不破坏正负电极结构或溶解正负电极材料；5、平安性好，本钱低，无毒无污染。

常用的溶剂大致可分为三类：碳酸酯类、亚硫酸酯类和砜类。碳酸酯类产物由于性能和本钱等综合上风凸显，是今朝使用最为普遍的电解液溶剂。

其中，碳酸二甲酯（DMC）气味小、挥发性好、溶解能力强，可有效提升锂电池的电导率，此外还具有低温充放电性能佳、制作本钱低廉的上风，是电解液中使用最为普遍的有机溶剂。

相比产业级溶剂，电池级溶剂纯度要求至少到达 99.99%，更高纯级产物要求甚至到达 99.995%以上，且由于催化剂选择要求高、提纯难度大，国内可以范围化生产电池级溶剂的企业较少。按照海科新源招股说明书，当前电池级溶剂市场较为集中，2020 年石大胜华与海科新源全球市场份额合计占比超 55%，市场呈双寡头垄断格式。

由于电解液溶剂往往需要多种产物进行混配，拥有全品类产物配套能力的企业竞争力有望凸显。因此，未来电解液溶剂行业的竞争格式有望演化为“电池级产物生产能力+本钱+全品类结构”的综合竞争，具有技术上风、范围上风和本钱上风的企业有望受益。

按照百川盈孚和华经产业研究院的统计，我国现有 147.6 万吨 DMC 产能中，产业级 DMC 为 131.2 万吨，占比高达 89%。而电池级 DMC 产能仅 16.4 万吨，占比仅为 11%。随着下游新能源汽车行业不竭发展，电池级 DMC 需求不竭增加，把握了电池级 DMC 制备工艺的企业有望受益。

四、添加剂：改良电池性能、需求延续向好

分歧应用范畴对锂电池的性能要求分歧，通过调剂添加剂的种类和用量可定向改良锂电池性能。添加剂一般不介入充放电反应，且用量较小，但其可以改良电解液的电化学性能，使电解进程处于更佳的状态，是电解液不成或缺的部分。

添加剂的性质要求：1、在有机溶剂中溶解度较高；2、少量添加就能使一种或几种性能获得较大改良；3、不与电池其他组成成份发生有害副反应，影响电池性能；4、本钱低廉，无毒或低毒性。

国内电解液添加剂以 VC、FEC 为主。碳酸亚乙烯酯（VC）属于成膜添加剂，可在电池负极形成一层致密的 SEI 膜，进而抑制溶剂份子嵌入破坏电极，进步电池的循环性能与可逆容量，通过添加剂可以在负极表层形成一层 SEI 膜成为了锂离子商业化的关键一步。氟代碳酸乙烯酯（FEC）具有较好的形成 SEI 膜的性能，同时可进步电解液的低温性能。FEC添加剂是为高倍率动力电池电解液定向开辟的焦点添加剂，能增强电极材料的稳定性。

添加剂 VC 和 FEC 的原材料为碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯，均为电解液溶剂，因此未来溶剂厂商切入添加剂赛道具有明显的原材料上风。

VC与FEC皆为环状碳酸酯，在产业生产中都以碳酸乙烯酯（EC）为主原料进行加工生产。VC与FEC生产工艺类似，通过公道的产线安插能够获得协同生产效益。两者的制造工艺复杂且原材料本钱较高，因而制造用度与直接材料本钱占比高。按照华盛锂电招股说明书表露，电解液添加剂的制造用度和材料本钱占比别离到达了 47.5%和 39.7%。所以电解液添加剂行业除了原材料之外，各企业的生产工艺差别也会造成本钱的较大差别，具有较强工艺改良和创新能力的企业也有望在竞争中脱颖而出。

2020 年在国内电解液添加剂出货量中，VC、FEC 出货量占比别离为 42.1%、21.7%，合计达 63.8%。

VC 方面，2020 年 VC 前五大企业出货量合计达 78.6%，其中江苏盛华出货量位居第一，为 31.4%；其次是瀚康化工和青木高新，出货量占比别离为 14.1%、11.8%。VC的主要作用是进步电池容量和循环寿命，由于VC在磷酸铁锂电池中添加比例远高于三元电池，磷酸铁锂需求增长带动VC产量大幅提升。

FEC 方面，2020 年 FEC 出货量位居前三的别离为江苏盛华、瀚康化工和苏州华一，占比别离为 48.8%、27.1%、11.4%，合计达 87.3%。

五、电解液行业格式

按照百川盈孚数据，2021 年我国电解液产能为 99.99 万吨，同比增长 67.94%。2017-2021 年我国电解液产能年均复合增长率为 36.74%。

2017-2021 年，我国电解液产量从 11.92 万吨增长到 47.93 万吨，年均复合增长率为 41.61%，其中 2021 年同比增长 60.68%。

按照百川盈孚数据，2022 年前7个月，国内电解液行业 CR5 为 51.69%。其中排名前三的别离为天赐材料、新宙邦、江苏国泰，合计达 38.91%。

电解液需求结构中，动力电池占主导，2022H1 动力电池需求占比高达 70%，是电解液主要的终端应用范畴。按照高工锂电的数据，三元电池单 GWh 大约消耗电解液 700-900 吨，而磷酸铁锂电池单GWh 大约消耗电解液 1300-1500 吨，随着磷酸铁锂电池装机量和装机占比的不竭提升，将进一步带动电解液需求高速增长。

储能在政策的大力推动下快速发展，从 2019 年的 3.11%的占比快速提升至 2022H1 的 18%。消费电池需求占比根基连结稳定，未来在动力电池和储能电池快速增长的布景下其占比或下降。按照百川盈孚和高工锂电数据，电解液消费结构（万吨）如下图

按照百川盈孚的统计数据，我国现有电解液产能约 110 万吨，预计到 2024 年产能将扩大至430 万吨，行业竞争格式将日益剧烈。

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