2020年動(dòng)力電池行業(yè)報(bào)告：電解液

1、行業(yè)深度研究 丨電力新能源 正文目錄 一、電解液簡(jiǎn)介.1 電解液定義.1 電解液產(chǎn)業(yè)鏈.1 電解液的發(fā)展歷程.2 電解液的主要成分.3 溶質(zhì) .3 六氟磷酸鋰.4 六氟磷酸鋰的制備.5 溶劑 .5 添加劑.6 電解液技術(shù)指標(biāo).8 固態(tài)鋰電池.8 固態(tài)電解質(zhì)分類(lèi).8 無(wú)機(jī)物固態(tài)電解質(zhì).9 聚合物固態(tài)電解質(zhì).9 固態(tài)電解質(zhì)優(yōu)點(diǎn).10 安全性 .10 能量密度高.10 固態(tài)電解質(zhì)缺點(diǎn).10 電解液行業(yè)格局.11 二、 三、 3.2.1 3.2.2 四、 圖表目錄 圖表 1：電解液產(chǎn)業(yè)鏈 . 1 圖表 2：電解下游消費(fèi)占比 . 2 圖表 3：電解液發(fā)展歷程. 3 圖表 4：電解液的主要成分 . 3 圖

2、表 5：六氟磷酸鋰的優(yōu)缺點(diǎn) . 4 圖表 6：六氟磷酸鋰和雙氟磺酰亞胺鋰對(duì)比 . 4 圖表 7：六氟磷酸鋰的制備方式. 5 圖表 8：鋰電池溶劑要求. 5 圖表 9：不同溶劑的對(duì)比. 6 圖表 10：常用添加劑種類(lèi). 7 圖表 11：常用添加劑產(chǎn)品. 7 圖表 12：影響電解液技術(shù)指標(biāo)的主要因素. 8 圖表 13：聚合物固態(tài)電解質(zhì). 9 圖表 14：固態(tài)電池的優(yōu)缺點(diǎn). 11 圖表 15：國(guó)內(nèi)龍頭電解液企業(yè) 2019 年產(chǎn)能和目標(biāo)產(chǎn)能 . 11 圖表 16：2019 年國(guó)內(nèi)電解液企業(yè)市場(chǎng)份額 . 12 圖表 17：2020 年 Q1 國(guó)內(nèi)電解液企業(yè)市場(chǎng)份額. 12 圖表 18：主流電池上電解液主

3、供. 12 圖表 19：國(guó)內(nèi)龍頭電解液企業(yè) . 13 誠(chéng)信 - 專(zhuān) - 業(yè) - 發(fā) - 現(xiàn) - 價(jià) - 值 - 2 - 請(qǐng) - 務(wù) - 必 - 閱 - 讀 - 報(bào) - 告 - 末 - 頁(yè) - 的 - 重 - 要聲明 - 行業(yè)深度研究 丨電力新能源 一、電解液簡(jiǎn)介 電解液定義 電解液是鋰電池四大材料之一，是鋰電池正負(fù)極之間離子轉(zhuǎn)移的載體，用來(lái)保障 鋰電池內(nèi)部電路通暢。電解液在電池中的成本占比一般在 6%-8%，質(zhì)量占比約為 15%， 體積占比約為 30%。電解液決定鋰電池的工作機(jī)制，也顯著影響鋰電池的循環(huán)壽命、 安全性、倍率性能等等。 電解液基本性能要求需要滿足三個(gè)條件：其一是提供足夠多的鋰離子

4、實(shí)現(xiàn)其“電 池血液的”作用；其二是在正極表面形成鈍化膜，抑制正極的腐蝕，保護(hù)正極材料； 其三是在負(fù)極表面形成 SEI 膜，提高負(fù)極材料的使用壽命。 電解液產(chǎn)業(yè)鏈 電解液產(chǎn)業(yè)鏈涉及較多的化工產(chǎn)品，其上游主要包括氫氟酸、硫酸、碳酸鋰、磷 酸等化工原料，中游為各式鋰鹽、脂類(lèi)溶劑、活化添加劑等，下游以 3C 鋰電池、動(dòng) 力電池、儲(chǔ)能電池為主。 圖表 1：電解液產(chǎn)業(yè)鏈 數(shù)據(jù)來(lái)源：華福證券研究所 近年來(lái)，隨著新能源汽車(chē)的大力發(fā)展，動(dòng)力電池電解液消費(fèi)量占比已經(jīng)接近 40%， 已經(jīng)超越 3C 電池排名第一，3C 電池（手機(jī)、PC）電解液消費(fèi)量排名第二，儲(chǔ)能電 解液消費(fèi)量占比較低，但增速較快。 誠(chéng)信 - 專(zhuān) -

5、 業(yè) - 發(fā) - 現(xiàn) - 價(jià) - 值 - 1 - 請(qǐng) - 務(wù) - 必 - 閱 - 讀 - 報(bào) - 告 - 末 - 頁(yè) - 的 - 重 - 要聲明 - 行業(yè)深度研究 丨電力新能源 圖表 2：電解下游消費(fèi)占比 16% 2% 6% 39% 12% 25% 新能源汽車(chē)手機(jī)PC儲(chǔ)能電動(dòng)自行車(chē)其他 數(shù)據(jù)來(lái)源：高工鋰電、華福證券研究所 電解液的發(fā)展歷程 電解液的發(fā)展歷程主要可以分為三個(gè)階段： 1990 年-2002 年 ：在 2000 年之前，中國(guó)電解液企業(yè)數(shù)量較少，電解液的生產(chǎn)商 主要是日、韓等少數(shù)國(guó)家的大型化工企業(yè)，進(jìn)口依賴度極高。2000 年以后，國(guó)內(nèi)大 批電解液企業(yè)成立，其中就包括天賜材料、新宙邦、

6、江蘇國(guó)泰等知名電解液公司，電 解液國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程逐步加快。 2003 年-2014 年：2003 年以后，國(guó)內(nèi)電解液產(chǎn)量逐步上升，進(jìn)入電解液國(guó)產(chǎn)化 階段，但電解液溶質(zhì)六氟磷酸鋰仍然依賴進(jìn)口。2010 年開(kāi)始，多氟多、必康股份打 破外企壟斷格局，2011 年實(shí)現(xiàn) 200 噸/年量產(chǎn)，此后國(guó)產(chǎn)六氟磷酸鋰逐步占領(lǐng)市場(chǎng)， 到 2014 年，六氟磷酸鋰國(guó)產(chǎn)化率近 90%。 2014 年至今：2014 年以后，國(guó)內(nèi)新能源車(chē)汽車(chē)進(jìn)入高速發(fā)展階段，帶動(dòng)整個(gè)鋰 電池材料產(chǎn)業(yè)鏈快速上量，而國(guó)內(nèi)的電解液產(chǎn)量增幅明顯，并且出現(xiàn)出口日、韓，逐 步呈現(xiàn)國(guó)際化的趨勢(shì)。 目前，我國(guó)電解液產(chǎn)量占全球比重約超過(guò) 70%，新宙邦、天賜

7、材料、江蘇國(guó)泰 等多個(gè)電解液品牌均已滲透入全球主流電池企業(yè)供應(yīng)體系。 誠(chéng)信 - 專(zhuān) - 業(yè) - 發(fā) - 現(xiàn) - 價(jià) - 值 - 2 - 請(qǐng) - 務(wù) - 必 - 閱 - 讀 - 報(bào) - 告 - 末 - 頁(yè) - 的 - 重 - 要聲明 - 行業(yè)深度研究 丨電力新能源 圖表 3：電解液發(fā)展歷程 數(shù)據(jù)來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究所、華福證券研究所 二、電解液的主要成分 電解液一般由溶質(zhì)、溶劑、添加劑按一定比例配比而成，其中電解液溶質(zhì)所占成 本比重最高，約占 60%，其作用是保證電池在充放電過(guò)程中有充足的鋰離子實(shí)現(xiàn)充 放電循環(huán)，溶質(zhì)價(jià)格可以顯著影響電解液的價(jià)格；溶劑成本占比約 30%，質(zhì)量占比 達(dá) 80%以上，目

8、前主要使用的是碳酸酯類(lèi)溶劑；添加劑成本占比 10%，是電解液競(jìng) 爭(zhēng)力差異化的主要來(lái)源之一。 圖表 4：電解液的主要成分 數(shù)據(jù)來(lái)源：華福證券研究所 溶質(zhì) 溶質(zhì)是電解液中鋰離子的供體。電解液工作原理是靠溶質(zhì)解離出來(lái)的帶正電荷的 陽(yáng)離子和帶負(fù)電荷的陰離子在外電場(chǎng)作用下定向地向?qū)?yīng)電極移動(dòng)并在其上放電而 實(shí)現(xiàn)的，電解液導(dǎo)電屬于離子導(dǎo)電，其大小隨溫度升高而增大。 誠(chéng)信 - 專(zhuān) - 業(yè) - 發(fā) - 現(xiàn) - 價(jià) - 值 - 3 - 請(qǐng) - 務(wù) - 必 - 閱 - 讀 - 報(bào) - 告 - 末 - 頁(yè) - 的 - 重 - 要聲明 - 行業(yè)深度研究 丨電力新能源 理想的溶質(zhì)一般至少需要滿足兩個(gè)條件：一是溶質(zhì)能夠完

9、全溶解在電解液的非水 溶劑中，并且在溶解后電解液中的鋰離子需要有足夠大的遷移速率，以滿足電解液的 電導(dǎo)率。 其二，鋰鹽需要有較好的熱穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性，其溶解后釋放的離子不會(huì)在 陰極表面發(fā)生氧化分解；陰離子和陽(yáng)離子不與溶劑以及電池的其他材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)， 以保證足夠的穩(wěn)定性；解離釋放的陽(yáng)離子應(yīng)環(huán)保低毒，并且不與溶劑以及電池的其他 材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 六氟磷酸鋰 目前國(guó)內(nèi)最主流的電解液鋰鹽是 LiPF6（六氟磷酸鋰），在常用有機(jī)溶劑中具有 適中的離子遷移數(shù)、適中的解離常數(shù)、較好的抗氧化性能和良好的鋁箔鈍化能力；同 時(shí)，氟和鋰結(jié)合組成電化學(xué)可逆電池，電勢(shì)最高達(dá)到 5.93V，電池比能量最高，且鋰

10、 和氟兩元素的半徑極小。綜合來(lái)看，六氟磷酸鋰的性能強(qiáng)于其他鋰鹽，適合作為鋰電 池的電解液材料。 圖表 5：六氟磷酸鋰的優(yōu)缺點(diǎn) 能夠在石墨負(fù)極上形成適當(dāng)?shù)?SEI保護(hù)膜，保護(hù)負(fù)極；在正極集 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 流體形成保護(hù)膜，防止其溶解；在脂類(lèi)溶劑中有較大的溶解度， 電導(dǎo)率和充放電性能良好；環(huán)保低毒。 對(duì)水份敏感、熱穩(wěn)定性差，電池性能在高溫環(huán)境下衰減嚴(yán)重，而 低溫環(huán)境下六氟磷酸鋰電導(dǎo)率降低，電阻增大，即適用溫度范圍 較窄。 數(shù)據(jù)來(lái)源：公司公告、華福證券研究所 鑒于六氟磷酸鋰的缺點(diǎn)，科研人員不斷嘗試新型鋰鹽的開(kāi)發(fā)，以期實(shí)現(xiàn)六氟磷酸 鋰的替代。目前，新型鋰鹽雙氟磺酰亞胺鋰已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，其優(yōu)點(diǎn)在于高低溫

11、 性能優(yōu)異以及更高的溶解度，但考慮到其制備難度較大，成本較高等因素，短期無(wú)法 大規(guī)模商業(yè)化，目前這類(lèi)新型鋰鹽也可作為電解液添加劑少量使用。 圖表 6：六氟磷酸鋰和雙氟磺酰亞胺鋰對(duì)比 鋰鹽優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn) 非水溶劑中溶解度適中、離子電 熱穩(wěn)定性差，易分解。 導(dǎo)率較高。協(xié)助正負(fù)極其表面形 高能量密度環(huán)境表現(xiàn) 成較為穩(wěn)定的鈍化膜和 SEI膜。 較差，需要特殊添加劑 六氟磷酸鋰 單體能量密度和電導(dǎo)率高、高低 雙氟磺酰亞胺鋰溫性能優(yōu)良、水敏感度低，循環(huán) 技術(shù)難度大，成本高 壽命長(zhǎng)、安全性能高。 數(shù)據(jù)來(lái)源：公司公告、華福證券研究所 綜合考慮，預(yù)計(jì)今后較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，六氟磷酸鋰仍然是大規(guī)模使用的唯一電 誠(chéng)信 - 專(zhuān)

12、 - 業(yè) - 發(fā) - 現(xiàn) - 價(jià) - 值 - 4 - 請(qǐng) - 務(wù) - 必 - 閱 - 讀 - 報(bào) - 告 - 末 - 頁(yè) - 的 - 重 - 要聲明 - 行業(yè)深度研究 丨電力新能源 解質(zhì)鹽。 六氟磷酸鋰的制備 六氟磷酸鋰的制備工藝較為復(fù)雜。其性質(zhì)十分不穩(wěn)定，60左右發(fā)生分解，也 極易潮解，因此產(chǎn)品制備時(shí)需在無(wú)水氟化氫、低烷基醚等非水溶劑中進(jìn)行。動(dòng)力電池 電解液對(duì)六氟磷酸鋰的純度、穩(wěn)定性、一致性要求非常高，同時(shí)，六氟磷酸鋰生產(chǎn)過(guò) 程涉及低溫、強(qiáng)腐蝕、無(wú)水無(wú)塵等苛刻工況條件。 六氟磷酸鋰的制備方法主要有 4 種：氣固反應(yīng)法、離子交換法、有機(jī)溶劑法和氟 化氫溶劑法。 氣固反應(yīng)法是早期制備方法，對(duì)設(shè)備

13、密封要求較高，產(chǎn)品純度較低，難以實(shí)現(xiàn)大 規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)；離子交換法和有機(jī)溶劑法均有產(chǎn)品雜質(zhì)較多的缺點(diǎn)。目前，氟化氫 法是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)六氟磷酸鋰的主要工藝，占比超過(guò) 80%以上，以森田化工和多氟多氟 化氫溶劑法為主。 圖表 7：六氟磷酸鋰的制備方式 優(yōu)點(diǎn) 制備方法簡(jiǎn)單 缺點(diǎn) 設(shè)備密封性要求高，需惰性氣 體保護(hù)，產(chǎn)品純度低 產(chǎn)品雜質(zhì)較多 氣固反應(yīng)法 離子交換法 有機(jī)溶劑法 氟化氫溶劑法 減少 PF 的使用量 5 不使用氟化氫，所得溶液可 直接用于鋰電池 產(chǎn)品雜質(zhì)較多 腐蝕性強(qiáng)便于控制、純度高 數(shù)據(jù)來(lái)源：CNKI、華福證券研究所 溶劑 在傳統(tǒng)電池中，電解液均采用以水為溶劑的電解液體系。但是，由于水的理論

14、分 解電壓只有 1.23V，即使考慮到氫或氧的過(guò)電位，以水為溶劑的電解液體系的電池的 電壓最高也只有 2V 左右，而使用有機(jī)溶劑可以達(dá)到 5V，因此目前電解液溶劑均使 用有機(jī)溶劑。 電解液溶劑必須在低電位下穩(wěn)定并且不與鋰發(fā)生反應(yīng)；同時(shí)，為了保證溶質(zhì)的充 分溶解以獲得足夠高的電導(dǎo)率，有機(jī)溶劑的極性必須足夠高。 圖表 8：鋰電池溶劑要求 化學(xué)性質(zhì) 穩(wěn)定，污 染小 高介電常 數(shù) 較高的離 子電導(dǎo)率 液態(tài)溫度 范圍寬 數(shù)據(jù)來(lái)源：CNKI、華福證券研究所 誠(chéng)信 - 專(zhuān) - 業(yè) - 發(fā) - 現(xiàn) - 價(jià) - 值 - 5 - 請(qǐng) - 務(wù) - 必 - 閱 - 讀 - 報(bào) - 告 - 末 - 頁(yè) - 的 - 重

15、- 要聲明 - 行業(yè)深度研究 丨電力新能源 鋰離子電池電解液中常用的溶劑主要有兩大類(lèi)：其一是環(huán)式碳酸酯，主要包括碳 酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯（PC），這類(lèi)碳酸酯介電常數(shù)高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，且可以 用來(lái)制備 DMC；其二是鏈?zhǔn)教妓狨?主要包括碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、 碳酸甲乙酯(EMC)等，此類(lèi)碳酸酯有較高的溶解度，電導(dǎo)率高且成本低。 目前市場(chǎng)上的鋰電池電解液以碳酸二甲酯（DMC）為主，或采用碳酸二甲酯+碳 酸乙烯酯為主的混合溶劑。混合溶劑是優(yōu)化電解液體系的重要途徑，借助不同的溶劑 體系提高電解液的整體效率和穩(wěn)定性。 圖表 9：不同溶劑的對(duì)比 分類(lèi)溶劑特點(diǎn)主要應(yīng)用 介電常數(shù)

16、高、電導(dǎo) 率高、低溫性能好、 循環(huán)性能好 碳酸乙烯酯（EC） 碳酸丙烯酯（PC） 環(huán)式碳酸酯電解液、制備 DMC 碳酸二甲酯（DMC） 粘度低、溶解度高、 電解液、DMC可制備 DEC 鏈?zhǔn)教妓狨?碳酸二乙酯（DEC） 碳酸甲乙酯（EMC） 電化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定和 EMC 數(shù)據(jù)來(lái)源：CNKI、華福證券研究所 目前市場(chǎng)上的鋰電池電解液以碳酸二甲酯（DMC）為主，或采用碳酸二甲酯+碳 酸乙烯酯為主的混合溶劑?；旌先軇┦莾?yōu)化電解液體系的重要途徑，借助不同的溶劑 體系提高電解液的整體效率和穩(wěn)定性。 碳酸二甲酯（DMC） ： DMC 是一種無(wú)毒、環(huán)保的化工原料，下游應(yīng)用廣泛，涂 料、油墨、粘結(jié)劑等行業(yè)消費(fèi)量占

17、比超過(guò) 50%。國(guó)內(nèi)的 DMC 企業(yè)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展， 產(chǎn)能規(guī)模和產(chǎn)量具有領(lǐng)先地位。 DMC 傳統(tǒng)的生產(chǎn)路線為光氣法，但是由于光氣的高毒性和腐蝕性以及氯化鈉排 放的環(huán)保問(wèn)題而使得這一路線正逐漸被淘汰。目前，國(guó)內(nèi)普遍采用的合成路線主要是 酯交換生產(chǎn)工藝，占比達(dá)到 90%以上，其主要原料為環(huán)氧丙烷和二氧化碳。 環(huán)氧丙烷（簡(jiǎn)稱(chēng) PO）是重要的有機(jī)化工原料，其衍生的精細(xì)化學(xué)品幾乎應(yīng)用于 所有工業(yè)部門(mén)和日常生活中，我國(guó) PO 終端應(yīng)用領(lǐng)域比較集中，主要在家具、冰箱、 汽車(chē)三大領(lǐng)域。 受環(huán)保因素影響，環(huán)氧丙烷的供給一直較為緊張。目前，業(yè)內(nèi)已有利用環(huán)氧乙烷 聯(lián)產(chǎn)碳酸二甲酯/乙二醇的工藝，該工藝兼具成本和環(huán)保優(yōu)

18、勢(shì)。此外，單一溶劑或許 不能完全滿足電解液對(duì)溶劑的諸多要求，可以使用二元混合溶劑。 添加劑 電解液添加劑是指為改善電解液的電化學(xué)性能和提高陰極沉積質(zhì)量而加入電解 液中的少量添加物，一般是一些天然或人工合成的有機(jī)或無(wú)機(jī)化合物，能改善電解液 誠(chéng)信 - 專(zhuān) - 業(yè) - 發(fā) - 現(xiàn) - 價(jià) - 值 - 6 - 請(qǐng) - 務(wù) - 必 - 閱 - 讀 - 報(bào) - 告 - 末 - 頁(yè) - 的 - 重 - 要聲明 - 行業(yè)深度研究 丨電力新能源 的電導(dǎo)率、倍率性能、阻燃性能等。 添加劑需要滿足以下幾個(gè)條件：一是用較少的量能改善電池的一種或多種屬性； 二是易融于有機(jī)溶劑，且不與電池其他材料發(fā)生反應(yīng)，不影響電池其他

19、性能；三是價(jià) 格相對(duì)較低，無(wú)毒或低毒。 電解液添加劑用量一般很小，但卻是電解質(zhì)體系中不可缺少的部分。隨著新能源 汽車(chē)的發(fā)展，動(dòng)力電池不斷向高電壓、高能量密度發(fā)展，給添加劑帶來(lái)新的需求和挑 戰(zhàn)。根據(jù)添加劑的主要功能，可以把添加劑分為成膜添加劑、電導(dǎo)率添加劑、阻燃添 加劑、過(guò)充保護(hù)添加劑、多功能添加劑等。 圖表 10：常用添加劑種類(lèi) 添加劑種類(lèi) SEI成膜添加劑 導(dǎo)電添加劑 功能 協(xié)助正負(fù)極形成 SEI膜、減少電池材料分解，提高循環(huán)壽命。 提高導(dǎo)電率、增強(qiáng)電池性能、提高能量密度。 降低電池放熱值和自然率，增加電池穩(wěn)定性，減少電池過(guò)熱爆 炸的幾率。 阻燃添加劑 形成合適的電勢(shì)，使其處于終止電壓和電解

20、液電壓之間，減少 過(guò)充保護(hù)添加劑 電池因過(guò)充引發(fā)的問(wèn)題。 控制電解液水和 控制電解液中水和 HF的含量，減少六氟磷酸鋰的分解，保護(hù) HF含量的添加劑 SEI膜。 提高電池在高低溫環(huán)境下的充放電和循環(huán)性能，可拓寬鋰電池 高低溫添加劑 多功能添加劑 使用范圍。 同時(shí)具備多種功能的添加劑。 數(shù)據(jù)來(lái)源：高工鋰電、華福證券研究所 目前高鎳三元鋰電池存在熱穩(wěn)定性差、吸水性強(qiáng)等缺點(diǎn)，部分添加劑可以降低電 極表面活性、改善界面相容性，例如 LiODFB 能提高高低溫性能，略微提高鋰電池的 比容量；LiFSI 作為新型鋰鹽的一種，也可以作為新型添加劑使用；此外，還有 LiBOB、 TMSP 等多種添加劑都能顯著

21、改善鋰電池的各項(xiàng)性能指標(biāo)。 圖表 11：常用添加劑產(chǎn)品 數(shù)據(jù)來(lái)源：公司公告、華福證券研究所 誠(chéng)信 - 專(zhuān) - 業(yè) - 發(fā) - 現(xiàn) - 價(jià) - 值 - 7 - 請(qǐng) - 務(wù) - 必 - 閱 - 讀 - 報(bào) - 告 - 末 - 頁(yè) - 的 - 重 - 要聲明 - 行業(yè)深度研究 丨電力新能源 添加劑已經(jīng)成為電解液差異化的主要途徑之一，差異化帶來(lái)的產(chǎn)品附加值提升是 電解液產(chǎn)商核心競(jìng)爭(zhēng)力之一。 電解液技術(shù)指標(biāo) 電解液的主要技術(shù)指標(biāo)為電導(dǎo)率和純度。首先，關(guān)于電導(dǎo)率。作為鋰電池內(nèi)部離 子運(yùn)動(dòng)的載體，電解液的電導(dǎo)率決定了電池的內(nèi)阻和倍率性能。影響電導(dǎo)率因素較多， 總體來(lái)說(shuō)鋰鹽濃度和溶解度、溶劑的介電常數(shù)和粘度對(duì)

22、導(dǎo)電率影響較大。其次，純度 主要指生產(chǎn)工藝中對(duì)水、氫氟酸、金屬雜質(zhì)的提純程度，即除雜能力。 圖表 12：影響電解液技術(shù)指標(biāo)的主要因素 電解液指標(biāo) 電導(dǎo)率 鋰鹽的影響因素 濃度溶解度 一般來(lái)說(shuō)，鋰鹽溶質(zhì)濃度越高，電導(dǎo)率越高。 鋰鹽溶質(zhì)溶解度越 但是，過(guò)高濃度會(huì)增加離子復(fù)合幾率從而降低 高，離子解離越容 其電導(dǎo)率，因此溶質(zhì)濃度配比需要嚴(yán)格控制。 易，電導(dǎo)率越高 溶劑的影響因素 水氫氟酸金屬雜質(zhì) 水與鋰鹽反應(yīng)生成氫氟酸與鋰鹽反應(yīng)生成 金屬雜質(zhì)嵌入負(fù)極 純度 氫氟酸，破壞負(fù)極的 氟化鋰沉淀，消耗電解 中占用鋰離子的嵌 SEI膜，降低電池的 液鋰離子，影響電池性 入位置，影響電池 循環(huán)壽命。能和充放電效

23、率。充放電效率。 數(shù)據(jù)來(lái)源：華福證券研究所 除了電導(dǎo)率和純度以外，電解液還需要滿足安全性、環(huán)保、制備成本低等多種生 產(chǎn)工藝特性，目前已有的溶質(zhì)、溶劑或不能完全滿足其所有特性，因此部分電解液還 需要加入添加劑來(lái)改善電解液的性能。 三、固態(tài)鋰電池 目前鋰電池電解液絕大多數(shù)都是液體電解液，但是液態(tài)電解液存在以下諸多問(wèn)題。 首先，液態(tài)電解液質(zhì)量密度較低，需要大量有機(jī)溶劑作為溶劑，質(zhì)量較大，難以 滿足電池輕量化的需求；其次，液態(tài)電解液低溫運(yùn)行不暢，-20以下電池容量快速 下降，影響消費(fèi)者體驗(yàn)，導(dǎo)致里程焦慮；最后，液態(tài)電解液主要是有機(jī)溶劑，40 以上容易發(fā)生副反應(yīng)，氧化、產(chǎn)氣及自燃等化學(xué)反應(yīng)概率大幅增加，

24、對(duì)鋰電池的安全 性造成極大的隱患。 鑒于液態(tài)電解液的弊端，固態(tài)電解質(zhì)或?qū)⒊蔀槲磥?lái)鋰電池發(fā)展方向之一。固態(tài)鋰 離子電池是采用固態(tài)電解質(zhì)的鋰電池，從工作原理上看，固態(tài)鋰電池和液態(tài)鋰電池并 沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，只是固態(tài)鋰電池的電解液為固態(tài)，用固態(tài)電解液替代原有的電解液+ 隔膜，鋰離子的遷移場(chǎng)所從原來(lái)的液態(tài)電解液中轉(zhuǎn)為固態(tài)電解液中，因此固態(tài)電解質(zhì) 是固態(tài)電池的核心。 固態(tài)電解質(zhì)分類(lèi) 誠(chéng)信 - 專(zhuān) - 業(yè) - 發(fā) - 現(xiàn) - 價(jià) - 值 - 8 - 請(qǐng) - 務(wù) - 必 - 閱 - 讀 - 報(bào) - 告 - 末 - 頁(yè) - 的 - 重 - 要聲明 - 行業(yè)深度研究 丨電力新能源 目前較為常見(jiàn)的固態(tài)電解質(zhì)可以分為無(wú)

25、機(jī)物固態(tài)電解質(zhì)和聚合物固態(tài)電解質(zhì)兩 大類(lèi)。 無(wú)機(jī)物固態(tài)電解質(zhì) 無(wú)機(jī)物固態(tài)電解質(zhì)主要包括氧化物和硫化物。 氧化物電解質(zhì)在實(shí)驗(yàn)室中取得一定的進(jìn)展，主要為薄膜電池中的 LiPON 型電解 質(zhì)、鋰玻璃態(tài)電解質(zhì)等等。總體來(lái)說(shuō)，氧化物電解質(zhì)均存在分解電壓和離子導(dǎo)電率較 低、通道口徑不一等缺點(diǎn)，因此暫時(shí)沒(méi)有取得突破性進(jìn)展。 硫化物電解質(zhì)比氧化物電解質(zhì)具有更小的電負(fù)性，對(duì)離子束縛較小，離子遷移更 順暢，同時(shí)硫化物電解質(zhì)孔徑更大，形成的離子通道更加穩(wěn)定，相對(duì)氧化物電解質(zhì)來(lái) 說(shuō)在導(dǎo)電率方面有較大的改善，但其具有初始容量較低、熱穩(wěn)定性較差、易吸潮等缺 點(diǎn)。 相對(duì)于聚合物固態(tài)電解質(zhì)來(lái)說(shuō)，無(wú)機(jī)物固態(tài)電解質(zhì)研發(fā)進(jìn)展較緩，

26、目前多為實(shí)驗(yàn) 室狀態(tài)下的研發(fā)工作，尚無(wú)法商業(yè)化。 聚合物固態(tài)電解質(zhì) 聚合物固態(tài)電解質(zhì)由高分子主體物和金屬鹽兩部分復(fù)合而成。目前聚合物固態(tài)電 解質(zhì)主要以經(jīng)典的聚氧乙烯（PEO）及其衍生物為主，PEO 相對(duì)別的聚合物有更高 的解離鋰鹽的能力，有更高的導(dǎo)電率。利用聚合物固態(tài)電解質(zhì)需要考慮離子半徑和離 子通道的匹配程度，同時(shí)對(duì)致密度、孔隙率也有很高的要求，制備工藝極高。 但 PEO 聚合物固態(tài)電解質(zhì)體系有很大的局限性，PEO 具有結(jié)晶度高、熔點(diǎn)低的 性質(zhì)導(dǎo)致加工溫度范圍窄、氫氧化物滲透率低以及較差的界面穩(wěn)定性等缺點(diǎn)，這大大 限制了堿性固體聚合物電解質(zhì)的應(yīng)用范圍。近年來(lái)，對(duì) PEO 的研究主要集中在 P

27、EO 的改性上，以求降低其結(jié)晶度。目前已經(jīng)有寧德時(shí)代、SEEO 等企業(yè)實(shí)驗(yàn)或試產(chǎn)固態(tài) 電池，其他新型聚合物也在研發(fā)中，如高分子凝膠聚合物、單離子傳導(dǎo)（SPE）、納 米復(fù)合導(dǎo)體等等。 圖表 13：聚合物固態(tài)電解質(zhì) 種類(lèi)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn) 不是完全固體，屬于凝膠 狀，需要配合少量溶劑使 用、缺乏足夠的力學(xué)完整 性、溶劑吸收過(guò)度等。 高分子凝膠聚合物 力學(xué)強(qiáng)度和電導(dǎo)率不可兼得 兩相聚合物電解質(zhì) 適當(dāng)兼顧力學(xué)強(qiáng)度和電導(dǎo)率 （DPE） 分拆兩相、制備方式困難 單離子導(dǎo)體比雙離子導(dǎo)體的電導(dǎo) 單離子傳導(dǎo)（SPE) 直流電狀態(tài)下影響電導(dǎo) 率率變化平穩(wěn)，放電電流更為穩(wěn)定 電解質(zhì)界面穩(wěn)定，電導(dǎo)率高、熱穩(wěn) 納米顆粒較難均勻分

28、散， 定性好 團(tuán)聚納米離子易失效 納米復(fù)合導(dǎo)體 數(shù)據(jù)來(lái)源：CNKI、華福證券研究所 誠(chéng)信 - 專(zhuān) - 業(yè) - 發(fā) - 現(xiàn) - 價(jià) - 值 - 9 - 請(qǐng) - 務(wù) - 必 - 閱 - 讀 - 報(bào) - 告 - 末 - 頁(yè) - 的 - 重 - 要聲明 - 行業(yè)深度研究 丨電力新能源 固態(tài)電解質(zhì)優(yōu)點(diǎn) 未來(lái)固態(tài)電池最大的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在兩大方面：一是安全性，二是能量密度高且輕量 化。 3.2.1安全性 傳統(tǒng)鋰電池采用液態(tài)有機(jī)電解液，在過(guò)充、短路的情況下容易引發(fā)電池電解液泄 露，電池過(guò)熱引發(fā)的脹氣、自燃甚至爆炸，安全性能有所欠缺。而固態(tài)電解質(zhì)多數(shù)采 用不可燃燒的材質(zhì)，具有耐高溫、抗腐蝕、低毒性、抗撞擊等特點(diǎn)，降

29、低電池組對(duì)溫 度的敏感性，極大地提高了鋰電池的安全性能；并且，固態(tài)鋰電池在提供離子通道的 同時(shí)還兼任隔膜的功能，避免正負(fù)極的直接接觸，減少電池短路的情況。 3.2.2能量密度高 適配高能量密度的正極材料。固態(tài)電解質(zhì)有很高的電化學(xué)性質(zhì)，配合高壓正極材 料可以大幅提高電池的能量密度，目前使用的液態(tài)電解液多數(shù)只能達(dá)到 4.35V-4.45V， 繼續(xù)提高電壓穩(wěn)定性會(huì)大幅下降，液態(tài)電解液是限制高容量電池的原因之一。固態(tài)電 解質(zhì)的上限電壓有望達(dá)到 5V，配合目前的高鎳三元 811 或者 NCA 使用能有效提高 電池容量。 適配金屬鋰負(fù)極。理論上，鋰金屬單質(zhì)具有最低的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)和非常高的理論 比容量，是鋰

30、電池負(fù)極材料的首選；同時(shí)，鋰金屬負(fù)極自帶鋰離子可以搭載容量密度 更高的不含鋰的鋰硫電池，理論能量密度更高。 然而，它在充放電過(guò)程中容易產(chǎn)生枝晶，形成“死鋰”，降低電池效率，刺穿隔 膜造成短路的話會(huì)造成嚴(yán)重的安全隱患，目前尚無(wú)解決辦法。 利用液態(tài)電解液配合金屬鋰負(fù)極，無(wú)法形成穩(wěn)定的 SEI 膜，也無(wú)法解決體積膨 脹的問(wèn)題，導(dǎo)致電池內(nèi)阻增大、容量衰減。如果改用固態(tài)電解質(zhì)，則可以有效避免金 屬鋰負(fù)極和電解液發(fā)生反應(yīng)；同時(shí)，利用固態(tài)電解液的固體性質(zhì)限制鋰負(fù)極的膨脹系 數(shù)，提高電池的首充效率和循環(huán)壽命，因此固態(tài)電池與金屬鋰負(fù)極有更好的兼容性， 是未來(lái)超高容量鋰電池的發(fā)展方向之一。 輕量化。傳統(tǒng)鋰電池需要

31、使用電解液和隔膜，若用固態(tài)電解質(zhì)取代可以大幅減少 電池的體積和質(zhì)量，由于其安全性突出，可以減少組裝殼體、串聯(lián)部件等材料的使用， PACK 包也將縮小，有利于電池系統(tǒng)的輕量化。 固態(tài)電解質(zhì)缺點(diǎn) 固態(tài)電解質(zhì)的主要缺點(diǎn)在于高成本、工藝繁復(fù)復(fù)雜，以及固態(tài)電解質(zhì)的高阻抗特 性導(dǎo)致的低電導(dǎo)率和充放電效率低。 高成本、工藝復(fù)雜：不論是無(wú)機(jī)物固態(tài)電池還是有機(jī)聚合物固態(tài)電池，整體的成 本都遠(yuǎn)高于目前的液態(tài)電解液鋰電池，同時(shí)在制備過(guò)程中，固態(tài)電解質(zhì)還需要用到各 類(lèi)復(fù)雜的工藝，生產(chǎn)速度慢，短期無(wú)法形成有效的規(guī)模生產(chǎn)和商業(yè)化應(yīng)用，屬于推廣 初期和遠(yuǎn)期技術(shù)儲(chǔ)備。 誠(chéng)信 - 專(zhuān) - 業(yè) - 發(fā) - 現(xiàn) - 價(jià) - 值 -

32、 1 - 0-請(qǐng) - 務(wù) - 必 - 閱 - 讀 - 報(bào) - 告 - 末 - 頁(yè) - 的 - 重 - 要聲明 - 行業(yè)深度研究 丨電力新能源 高阻抗、低電導(dǎo)率、充放電速度慢：目前固態(tài)電解質(zhì)的電導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于液態(tài)電解 液的水平，離子傳導(dǎo)效率低。高阻抗、低電導(dǎo)率導(dǎo)致電解質(zhì)導(dǎo)鋰能力差，無(wú)法順暢而 快速的在正負(fù)極之間運(yùn)送鋰離子，整體固態(tài)電池的電池倍率性能偏低，即使在高壓的 狀態(tài)下充放電效率也大打折扣，這個(gè)缺陷需要一定的技術(shù)突破來(lái)解決。 圖表 14：固態(tài)電池的優(yōu)缺點(diǎn) 適配高能 適配金屬 量密度的 鋰負(fù)極 正極材料 優(yōu)點(diǎn) 安全性高輕量化 高阻抗 低電導(dǎo)率 高成本 缺點(diǎn) 工藝復(fù)雜 數(shù)據(jù)來(lái)源：鉅大鋰電、華福證券

33、研究所 當(dāng)前，固態(tài)電池在安全性、兼容高能正負(fù)極、輕量化方面較傳統(tǒng)鋰電池有顯著 優(yōu)勢(shì)，是可能的鋰電池替代技術(shù)，但其缺點(diǎn)也很明顯，還需要一段時(shí)間的技術(shù)突破 和積累，短期無(wú)法影響傳統(tǒng)鋰電池的地位。 四、電解液行業(yè)格局 全球電解液產(chǎn)能 70%集中在中國(guó)，未來(lái)有望進(jìn)一步提升。2019 年，海外主要電 解液廠商的產(chǎn)能合計(jì)約為 17 萬(wàn)噸，國(guó)內(nèi)電解液企業(yè)產(chǎn)能合計(jì)超過(guò) 43 萬(wàn)噸，國(guó)內(nèi)占 比約 70%，扣除低端產(chǎn)能，龍頭企業(yè)的合計(jì)產(chǎn)能占比超半數(shù)，且目標(biāo)產(chǎn)能擴(kuò)張比例 高于國(guó)外。 圖表 15：國(guó)內(nèi)龍頭電解液企業(yè) 2019 年產(chǎn)能和目標(biāo)產(chǎn)能 企業(yè) 天賜材料 2019年產(chǎn)能（萬(wàn)噸）目標(biāo)產(chǎn)能（萬(wàn)噸） 8.25 5.25 3 45 15.5 11 新宙邦 江蘇國(guó)泰 東莞杉杉44 天津金牛14 合計(jì)21.579.5 數(shù)據(jù)來(lái)源：公司公告、華福證券研究所 國(guó)內(nèi)電解液行業(yè)集中度不斷提升，電解液行業(yè)逆勢(shì)擴(kuò)張趨勢(shì)明顯，龍頭企業(yè)不斷 搶占市場(chǎng)份額。