電解液添加劑行業(yè)對(duì)添加劑安全穩(wěn)定性提出更高要求分析

電解液添加劑行業(yè)對(duì)添加劑安全穩(wěn)定性提出更高要求分析電解液添加劑行業(yè)對(duì)添加劑安全穩(wěn)定性提出更高要求鋰電池電化學(xué)性能的不斷提高在加強(qiáng)了終端用戶體驗(yàn)的同時(shí)也在一定程度上帶來了更高的安全性風(fēng)險(xiǎn)，強(qiáng)化鋰電池安全穩(wěn)定性能的添加劑自石墨體系鋰電池投入實(shí)際應(yīng)用就是研究領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)。由于目前鋰電池主流電解液體系中通常會(huì)加入DMC、DEC等鏈狀碳酸酯用于降低電解液粘度、提高鋰離子運(yùn)輸效率，其揮發(fā)性高、閃點(diǎn)較低的特性是導(dǎo)致鋰電池存在安全隱患的主要因素之一，當(dāng)鋰電池發(fā)生過充、短路等情況時(shí)會(huì)造成電解液溶劑與電極發(fā)生附加反應(yīng)并大量放熱，導(dǎo)致鋰電池的燃燒或爆炸。隨著高電壓、高能量密度鋰電池生產(chǎn)技術(shù)逐漸成熟并投入使用，高電壓下的大功率充放電過程將進(jìn)一步加大電池自身的電化學(xué)反應(yīng)放熱量，提高電池發(fā)生過熱、自燃的風(fēng)險(xiǎn)。如何開發(fā)使用高閃點(diǎn)、導(dǎo)電率高且不易燃的阻燃添加劑、防過充添加劑等新型安全添加劑也將成為新型添加劑的研發(fā)重點(diǎn)之一。分析鋰離子電池電解液行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)（一）鋰離子電池電解液行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)1、行業(yè)從產(chǎn)能競(jìng)賽到研發(fā)創(chuàng)新競(jìng)賽得益于資本市場(chǎng)發(fā)展、政府扶持參與、生產(chǎn)制造業(yè)技術(shù)的提升、規(guī)?；a(chǎn)能力提高等因素，我國(guó)電解液行業(yè)近幾年飛速發(fā)展。目前電解液及其主要材料都基本實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，我國(guó)目前已成為鋰離子電池電解液最大生產(chǎn)國(guó)和應(yīng)用市場(chǎng)。根據(jù)《中國(guó)鋰離子電池電解液行業(yè)發(fā)展白皮書（2022年）》數(shù)據(jù)，2021年度，中國(guó)企業(yè)鋰離子電池電解液出貨量為50．7萬噸，占全球電解液出貨量的82．8%。但是未來隨著電池技術(shù)的不斷升級(jí)，行業(yè)對(duì)電解液技術(shù)的發(fā)展提出新的要求，核心技術(shù)能力將對(duì)電解液行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)發(fā)揮更為重要的作用。2、行業(yè)內(nèi)企業(yè)將加強(qiáng)縱向一體化布局鋰離子電池電解液中，鋰鹽、有機(jī)溶劑及添加劑這三類原材料成本占比較高，原材料價(jià)格大幅波動(dòng)會(huì)對(duì)鋰離子電池電解液廠商盈利水平產(chǎn)生影響。近年來，鋰離子電池電解液下游市場(chǎng)需求不斷提升，然而鋰離子電池電解液上游原材料出現(xiàn)因供給緊張帶來價(jià)格波動(dòng)較大的問題，影響了鋰離子電池電解液廠商的供應(yīng)出貨能力。針對(duì)此情形，鋰離子電池電解液廠商需要逐步將產(chǎn)業(yè)布局延伸至上游核心原材料領(lǐng)域，通過配備鋰鹽、有機(jī)溶劑、添加劑等原材料生產(chǎn)裝置，自主掌握原材料的供應(yīng)并有效降低原材料成本，提高供應(yīng)鏈穩(wěn)定性及自身的盈利能力。3、行業(yè)集中度將不斷提升近年來，我國(guó)鋰離子電池電解液行業(yè)產(chǎn)能擴(kuò)張迅速，隨著鋰離子電池電解液行業(yè)內(nèi)龍頭企業(yè)產(chǎn)能的不斷釋放，技術(shù)落后以及生產(chǎn)缺乏規(guī)模效益的企業(yè)，其盈利空間不斷被擠壓，市場(chǎng)份額逐漸被擠占。2021年度，我國(guó)前五大鋰離子電池電解液企業(yè)出貨量占比合計(jì)超過50%。與此同時(shí)，鋰離子電池電解液下游電池行業(yè)的集中度不斷提升，下游頭部電池廠商的電解液訂單規(guī)模也隨之提高。如在動(dòng)力電池領(lǐng)域，2021年國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池裝機(jī)量約139．98GWh，同比增長(zhǎng)128%。2021年動(dòng)力電池裝機(jī)電量前十名10企業(yè)裝機(jī)總電量126．99GWh，占整體裝機(jī)電量的比例為90．72%，其中前三家企業(yè)寧德時(shí)代、比亞迪和中創(chuàng)新航合計(jì)裝機(jī)量達(dá)到101．49Gwh，占全部裝機(jī)量的比例達(dá)到72．50%。產(chǎn)品質(zhì)量管控嚴(yán)格、研發(fā)技術(shù)能力強(qiáng)、生產(chǎn)規(guī)模較大、原材料供應(yīng)穩(wěn)定的鋰離子電池電解液企業(yè)更易獲得下游頭部企業(yè)的批量采購訂單，與下游客戶進(jìn)行戰(zhàn)略綁定。未來，在成本控制、規(guī)模效益、研發(fā)技術(shù)等方面表現(xiàn)優(yōu)秀的企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力將不斷增強(qiáng)，鋰離子電池電解液行業(yè)集中度有望不斷提升。（二）鋰離子電池電解液技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)1、高能量密度電池電解液隨著動(dòng)力電池的日漸普及，高性價(jià)比能量密度高的電池是目前動(dòng)力鋰離子電池主要研究方向。隨著高鎳三元、磷酸錳鐵鋰、高電壓鎳錳酸鋰、富鋰錳基等新型正極材料以及純硅或者硅碳復(fù)合負(fù)極材料的不斷涌現(xiàn)，只有深入研究這些材料與電解液的作用機(jī)理和失效機(jī)制，開發(fā)出適配其性能的添加劑和電解液，才能加速高性價(jià)比能量密度高的動(dòng)力電池技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。2、高功率型電解液目前商品化的鋰離子電池實(shí)現(xiàn)高倍率持續(xù)放電還存在一定的困難，主要原因是電池界面內(nèi)阻較大并導(dǎo)致內(nèi)部發(fā)熱嚴(yán)重。因此，開發(fā)具有低阻抗的成膜添加劑及電解液方案是解決電池快充的關(guān)鍵。3、半固態(tài)和固態(tài)電解液當(dāng)前使用的液態(tài)電解液的平均閃點(diǎn)在20℃左右，當(dāng)電池過充、過放、短路，或受到外界的針刺、擠壓，或外界溫度過高時(shí)，都可能引發(fā)電解液的燃燒并導(dǎo)致安全事故。因此，半固態(tài)和固態(tài)電解質(zhì)是未來電解液行業(yè)研究的一個(gè)重要方向。4、鈉離子電池電解液鈉離子的離子半徑比鋰離子大，因此鈉離子電池的負(fù)極一般采用層間距較大的硬碳。相較于石墨負(fù)極，硬碳材料的首次充電的不可逆容量較大，因此鈉離子電池的首次效率較低，影響了鈉離子電池的能量密度。開發(fā)新型鈉離子型電解質(zhì)可以有效彌補(bǔ)鈉離子電池的首次效率，提升電池的循環(huán)性能。此外，與鋰離子電池類似，鈉離子電池在化成階段，電解液中的有效成分會(huì)參與負(fù)極SEI的形成且該SEI中含有較多有機(jī)或無機(jī)鈉鹽，相對(duì)于鋰鹽，鈉鹽在有機(jī)溶劑中的溶劑度偏大，因此鈉離子電池的SEI不穩(wěn)定，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，SEI中的成分逐漸發(fā)生溶解，造成電池產(chǎn)氣及循環(huán)壽命下降。因此如何開發(fā)更加有效的負(fù)極成膜添加劑將是未來鈉離子電池電解液的重要開發(fā)方向。鋰離子電池電解液行業(yè)下游在碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略推動(dòng)下，新能源汽車行業(yè)實(shí)現(xiàn)了高速發(fā)展，極大地拉動(dòng)了動(dòng)力類鋰離子電池的需求量；電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)量的不斷提升將推動(dòng)儲(chǔ)能類鋰離子電池出貨量的增長(zhǎng)；5G技術(shù)的推廣、各類可穿戴設(shè)備的興起以及共享理念的普及將帶動(dòng)消費(fèi)類鋰離子電池銷量。在動(dòng)力類鋰離子電池、儲(chǔ)能類鋰離子電池和消費(fèi)類鋰離子電池的市場(chǎng)需求的共同帶動(dòng)下，鋰離子電池電解液市場(chǎng)發(fā)展空間廣闊。隨著市場(chǎng)的擴(kuò)大，各電池企業(yè)也對(duì)電解液廠研發(fā)能力、技術(shù)水平、產(chǎn)品控制、產(chǎn)能及原材料的供應(yīng)等方面提出更高的要求。在研發(fā)能力和技術(shù)方面，電池企業(yè)不斷追求電池的快充性能、高能量密度和高安全性能，電解液廠家需要深入探究電池正極材料、負(fù)極材料等與電解液的交互作用機(jī)理，開發(fā)新型功能電解液方案與之進(jìn)行及時(shí)快速的響應(yīng)，并形成與之相匹配的產(chǎn)品，才能滿足電池企業(yè)的開發(fā)速度。在品質(zhì)方面，電池企業(yè)對(duì)電解液廠的品質(zhì)要求越來越嚴(yán)格，也需要電解液廠家不斷優(yōu)化工藝，提高質(zhì)量控制能力，開發(fā)出更完善的電解液控制流程和檢測(cè)方法，以滿足電池企業(yè)的使用需求。在產(chǎn)能和原材料供應(yīng)方面，電池企業(yè)對(duì)于電解液廠家提出采購要求以匹配其產(chǎn)能擴(kuò)張的需求，電解液廠在鋰離子電池材料領(lǐng)域需要進(jìn)行縱向一體化布局，形成有機(jī)溶劑、添加劑、電解質(zhì)完整的產(chǎn)業(yè)鏈，避免電解液原材料市場(chǎng)需求波動(dòng)對(duì)電解液供應(yīng)及價(jià)格波動(dòng)造成影響。因此，通過與電池企業(yè)的深度合作，電解液廠商可以借助電池企業(yè)技術(shù)、信息、設(shè)備優(yōu)勢(shì)，不斷提升電解液的研發(fā)水平、品質(zhì)水平，和電解液及原材料供應(yīng)能力。電池性能需求提升促進(jìn)溶質(zhì)升級(jí)迭代電解質(zhì)為電池電解液關(guān)鍵成分之一，直接決定其性能。電解液作為電池的關(guān)鍵材料，直接影響電池的倍率、容量、循環(huán)壽命、適用溫度和安全等性能。而電解液一般由電解質(zhì)、溶劑和添加劑組成。其中電解質(zhì)是電池中離子在正負(fù)極傳輸?shù)拿浇椋菦Q定電解液物理和化學(xué)性質(zhì)的主要因素。隨著人們對(duì)電池高電壓和快充等性能提出更高要求，電解質(zhì)成為提升電池性能的突破口之一，而理想的電解質(zhì)應(yīng)具備以下特點(diǎn)：1）低解離能和較高的溶解度2）較好的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性3）良好的SEI成膜性能4）對(duì)AL集流體具有良好的鈍化作用5）成本低廉，無毒無公害。下游應(yīng)用場(chǎng)景需求帶動(dòng)電池種類更新迭代。電池按應(yīng)用場(chǎng)景分類主要分為動(dòng)力電池、消費(fèi)電池與儲(chǔ)能電池。動(dòng)力電池對(duì)性能的要求更偏向于高能量密度與長(zhǎng)循環(huán)壽命，磷酸鐵鋰電池和三元電池因其較高比容量而廣泛運(yùn)用于新能源汽車領(lǐng)域。固態(tài)電池因具有高比容量、長(zhǎng)循環(huán)壽命和優(yōu)良快充性能等被視為下一代動(dòng)力電池技術(shù)，但目前因固態(tài)電解質(zhì)與電極相容性低等因素尚未解決而阻礙其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。鈷酸鋰電池因其高比容量和產(chǎn)品一致性好等特點(diǎn)主要運(yùn)用于消費(fèi)電子領(lǐng)域，但其高成本和低安全性限制其進(jìn)一步發(fā)展。儲(chǔ)能領(lǐng)域具有規(guī)模大，時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)因而對(duì)電池循環(huán)壽命、成本和安全環(huán)保性提出更高要求，目前儲(chǔ)能電池以磷酸鐵鋰電池和鉛酸電池為主，而擁有能量密度趨于磷酸鐵鋰電池同時(shí)成本更低的鈉離子電池與超高循環(huán)壽命的釩電池有望對(duì)其實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步替代。鋰鹽種類繁多，六氟磷酸鋰因其綜合性能最優(yōu)為目前最廣泛使用溶質(zhì)。鋰鹽按照陰離子不同可分為無機(jī)鋰鹽和有機(jī)鋰鹽。無機(jī)鋰鹽包括LiPF6、LiBF4、LiAsF6等，有機(jī)鋰鹽則包括LiFSI、LiBOB、LiODFB等。無機(jī)鋰鹽相較于有機(jī)鋰鹽制造環(huán)節(jié)少、提純難度低，具有價(jià)格低、工藝壁壘低的優(yōu)勢(shì)，而有機(jī)鋰鹽則在離子電導(dǎo)率、熱穩(wěn)定性、電化學(xué)穩(wěn)定性等方面優(yōu)于無機(jī)鋰鹽。六氟磷酸鋰是目前最常用鋰鹽，與其他鋰鹽相比六氟磷酸鋰的單一性質(zhì)并不突出，但綜合來看性能最優(yōu)。六氟磷酸鋰在非水溶劑中具有合適的溶解度和較高的離子電導(dǎo)率，能在Al箔集流體表面形成一層穩(wěn)定的鈍化膜，成膜性能也良好，但其熱穩(wěn)定性較差，且對(duì)水十分敏感，遇水會(huì)分解產(chǎn)生氫氟酸破壞電極表面SEI膜，造成電池容量嚴(yán)重衰減。雙乙二酸硼酸鋰和二氟草酸硼酸鋰具有較好的熱穩(wěn)定性與離子導(dǎo)電率，但其溶解度較小不適合大規(guī)模應(yīng)用，目前主要作為添加劑輔助使用。LiFSI作為新型鋰鹽在離子導(dǎo)電率、熱穩(wěn)定性、溶解度等各方面性能突出，還能有效提高電池低溫放電性能，抑制軟包電池脹氣，因此有望成為下一代鋰電池溶質(zhì)的最優(yōu)選擇。與鋰電池相似，六氟磷酸鈉為鈉離子電池最適合鈉鹽。鈉鹽為鈉離子電池不可或缺部分，與鋰離子電池相似，電解質(zhì)鈉鹽是提供鈉離子的源泉，保證電池在充放電循環(huán)過程中有足夠的鈉離子在正負(fù)極材料來回往返，從而實(shí)現(xiàn)可逆循環(huán)。含氟鈉鹽由于氟原子的強(qiáng)電負(fù)性和誘導(dǎo)效應(yīng)，可提高電解液的電導(dǎo)率和安全性，應(yīng)用較廣泛，主要有NaPF6、NaDFOB和NaFSI等。其中用NaDFOB制備的電解液相比NaPF6具備更寬的化學(xué)穩(wěn)定窗口和更小的粘度，提升電池的循環(huán)性能和倍率性能作用更佳，但過量的NaDFOB會(huì)增大界面阻抗，不利于鈉離子迅速脫嵌，造成電池容量衰減，因此只適合作為輔鹽使用。此外高氯酸鈉因具備較高離子電導(dǎo)率和熱穩(wěn)定性也常被用作鈉鹽研究，但其難以干燥且易制爆的特點(diǎn)限制其進(jìn)一步發(fā)展。相比之下，六氟磷酸鈉具備較高離子導(dǎo)電率、熱穩(wěn)定性和優(yōu)良的成膜性能，雖遇水易分解產(chǎn)生腐蝕性氣體，但其在非水溶劑中綜合性能最優(yōu)而成為目前鈉離子電池最常用的鈉鹽。固態(tài)電解質(zhì)種類多，其中復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)和硫化物電解質(zhì)最有希望實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。根據(jù)工信部制定的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》，單體電芯比能量在2025年達(dá)到400Wh/kg，2030年達(dá)到500Wh/kg，目前鋰離子電池比能量為300-350Wh/kg，已基本達(dá)設(shè)計(jì)極限，為了滿足更高能量密度需求，采用比容量為3800mAh/g的金屬鋰替代石墨作為鋰電池負(fù)極更符合未來發(fā)展需求。然而在液態(tài)電池中鋰負(fù)極在循環(huán)過程中會(huì)有不可控的鋰枝晶生長(zhǎng)，帶來嚴(yán)重安全隱患，而固態(tài)電解質(zhì)具有較強(qiáng)的機(jī)械性能可以抑制鋰枝晶生長(zhǎng)，因此固態(tài)電解質(zhì)可實(shí)現(xiàn)鋰金屬的應(yīng)用，形成能量密度較高的固態(tài)電池。目前固態(tài)電解質(zhì)按組成成分主要分為氧化物體系、硫化物體系、聚合物體系以及復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，其中復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)和硫化物電解質(zhì)相對(duì)性能更優(yōu)而更具希望實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。硫化物電解質(zhì)是由氧化物衍生而來，具備比氧化物電解質(zhì)更高的離子導(dǎo)電率，其中硫化物固態(tài)電解質(zhì)Li10GeP2S12為目前室溫離子電導(dǎo)率最高的晶態(tài)固態(tài)電解質(zhì)，可以媲美液態(tài)電解質(zhì)，但硫化物電解質(zhì)在極性溶劑中的穩(wěn)定性差，暴露于潮濕的空氣中時(shí)會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)等因素制約其進(jìn)一步產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。單一固態(tài)電解質(zhì)體系常常存在于電極接觸性差，界面阻抗高或者離子導(dǎo)電率與機(jī)械強(qiáng)度不夠等缺陷而不能實(shí)際應(yīng)用，復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)由與鋰金屬界面接觸性好的聚合物基體和離子導(dǎo)電率高的無機(jī)填料結(jié)合，因此表現(xiàn)出更好的綜合性能，有望在未來實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。溶質(zhì)：電解液核心，技術(shù)迭代創(chuàng)新為王電解液溶質(zhì)賽道長(zhǎng)坡厚雪，技術(shù)迭代創(chuàng)新為王。電解質(zhì)為電池電解液關(guān)鍵成分之一，直接決定電解液的性能。目前通用的鋰離子電池電解液溶質(zhì)為六氟磷酸鋰，后續(xù)新型溶質(zhì)雙氟磺酰亞胺鋰有望逐步打開市場(chǎng)空間。未來，鈉離子電池有望帶動(dòng)六氟磷酸鈉需求快速增長(zhǎng)。長(zhǎng)期來看，電解液溶質(zhì)賽道長(zhǎng)坡厚雪。從需求端來看，未來十年新能源汽車有望保持年均30%以上的增速，電池端需求增速則遠(yuǎn)高于30%，預(yù)計(jì)動(dòng)力電池材料需求也將實(shí)現(xiàn)高速增長(zhǎng)。同時(shí)電化學(xué)儲(chǔ)能等行業(yè)的興起將成為帶動(dòng)鋰電材料需求增長(zhǎng)的又一極，預(yù)計(jì)2025年電解液溶質(zhì)總需求將達(dá)到30．4萬噸。從供給端來看，雖然目前產(chǎn)能規(guī)劃已經(jīng)接近50萬噸，但以多氟多、天賜股份為代表的龍頭公司擴(kuò)產(chǎn)為主，未來行業(yè)龍頭公司市占率有望進(jìn)一步提升，龍頭公司將憑借規(guī)模優(yōu)勢(shì)、成本優(yōu)勢(shì)和客戶優(yōu)勢(shì)獲取更多市場(chǎng)份額。未來，成本與技術(shù)將成為電解液溶質(zhì)行業(yè)的兩大護(hù)城河。從新型電解質(zhì)的角度來看，行業(yè)的技術(shù)迭代速度更快、進(jìn)入門檻更高，因此產(chǎn)品的溢價(jià)能力更強(qiáng)。電解質(zhì)行業(yè)龍頭公司憑借超前的布局和長(zhǎng)期的技術(shù)積累有望率先實(shí)現(xiàn)突破，原先的客戶優(yōu)勢(shì)將助力其產(chǎn)品快速放量，充分享受新技術(shù)帶來的紅利。中國(guó)鋰電池電解液企業(yè)產(chǎn)能區(qū)域電解液作為鋰電池的血液，是鋰電池四大關(guān)鍵材料之一，約占鋰電池總成本的10-15%。一般電解液由溶質(zhì)（提供鋰離子）、溶劑（提供鋰離子傳輸介質(zhì)）和添加劑（少量使用、改善性能）共三部分組成，其作用是在正負(fù)極之間傳導(dǎo)鋰離子，為鋰離子提供一個(gè)自由脫嵌的環(huán)境，是鋰離子電池獲得高電壓、高比能的重要保證，決定著電池的比容量、循環(huán)效率、安全等性能。在鋰電池電解液構(gòu)成中，溶質(zhì)和添加劑以及電解液的配方是電解液的核心，其技術(shù)水平對(duì)電解液的導(dǎo)電性、穩(wěn)定性等至關(guān)重要，溶劑則相對(duì)來說影響不大。目前，電解液用溶劑主要包括直鏈型的DMC（碳酸二甲酯）、DEC（碳酸二乙酯）、EMC（碳酸甲乙酯）以及環(huán)狀的EC（碳酸乙烯酯）、PC（碳酸丙烯酯）等五大類，其余的如醚類、氟代溶劑、砜類等還在研發(fā)試產(chǎn)中，市場(chǎng)占有量較小。溶質(zhì)決定了電解液的基本理化性能，對(duì)鋰電池的特性有著重要影響，目前主流的溶質(zhì)為六氟磷酸鋰（LiPF6）。隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)對(duì)動(dòng)力電池能量密度、安全性能等要求的不斷提升以及正極材料向高鎳化方向不斷發(fā)展，需要更高性能的電解液與之相匹配。在此背景下，鋰鹽雙氟磺酰亞胺鋰鹽（LiFSI）、雙三氟甲基磺酰亞胺鋰（LiTFSI）等新型電解質(zhì)材料也開始逐漸應(yīng)用于電解液的配方中。添加劑的不同配比對(duì)電解液