鋰電池電解液行業(yè)分析

鋰電池電解液行業(yè)分析電解液：充放電過程中運(yùn)送鋰離子，為鋰電池的“血液”電解液的構(gòu)成鋰離子電池主要由電解液、隔膜、正極材料和負(fù)極材料構(gòu)成，是鋰電池制造的四大關(guān)鍵材料之一。電解液作為鋰離子的載體，在充放電過程中運(yùn)送鋰離子，因此需要具有極大的離子導(dǎo)電率以及極小的電子導(dǎo)電率，被稱為鋰電池的“血液”。其成本約占鋰離子電池生產(chǎn)成本的10%-15%。鋰電池電解液一般是由高純度的有機(jī)溶劑、電解質(zhì)鋰鹽和必要的添加劑等主要材料配置而成，其中溶劑含量最高，質(zhì)量占比80%以上，添加劑占比最低，約5%。電解液對(duì)于鋰鹽、溶劑、添加劑的純度、水分和酸含量等要求較高，原料提純和環(huán)境控制成為電解液生產(chǎn)過程的難點(diǎn)之一。鋰離子電池電解液下游產(chǎn)業(yè)鏈包括動(dòng)力電池、儲(chǔ)能電池、消費(fèi)類電池；終端為各種電動(dòng)汽車、各種儲(chǔ)能系統(tǒng)、消費(fèi)類電子產(chǎn)品等。電解液的市場(chǎng)格局根據(jù)EVTank，2022年，中國(guó)鋰電電解液出貨量為89.1萬噸，同比增長(zhǎng)75.7%，在全球電解液中的占比為85.4%。按照應(yīng)用領(lǐng)域分類，動(dòng)力、儲(chǔ)能、數(shù)碼的占比分布為68%、19%和13%。從中國(guó)電解液企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局看，天賜材料的行業(yè)龍頭地位穩(wěn)固，2022年市場(chǎng)份額35.9%（2021年為28.8%）；前四家（天賜材料、新宙邦、比亞迪、國(guó)泰華榮）占據(jù)超過60%的市場(chǎng)份額；昆侖化學(xué)、中化藍(lán)天、法恩萊特和珠海賽緯競(jìng)爭(zhēng)激烈。中國(guó)電解液行業(yè)CR10由2021年的84.3%提升到2022年的88.3%，行業(yè)集中度進(jìn)一步上升。電解液的規(guī)模測(cè)算動(dòng)力電池穩(wěn)健增長(zhǎng)，儲(chǔ)能電池快速增長(zhǎng)，帶動(dòng)電解液需求。我們假設(shè)2023-2025年，全球動(dòng)力電池的增速分別為30%、30%、25%，消費(fèi)電池連續(xù)3年增速為10%，儲(chǔ)能電池連續(xù)3年增速70%，可推測(cè)到2025年，全球電解液需求量為262萬噸，六氟磷酸鋰需求量31萬噸，2023-2025年的年化復(fù)合增速為33%。電解液的擴(kuò)產(chǎn)情況各廠商大幅擴(kuò)產(chǎn)電解液。根據(jù)百川盈孚數(shù)據(jù)，頭部企業(yè)天賜材料、新宙邦、國(guó)泰華榮等擴(kuò)產(chǎn)規(guī)模最大。根據(jù)前述市場(chǎng)規(guī)模的測(cè)算，我們預(yù)計(jì)2025年六氟磷酸鋰的需求約為262萬噸/年，遠(yuǎn)低于各企業(yè)總規(guī)劃的產(chǎn)能，故判斷未來電解液供給端較為寬松。在未來電解液競(jìng)爭(zhēng)加劇的背景下，我們認(rèn)為具備六氟磷酸鋰、添加劑、溶劑等一體化生產(chǎn)的企業(yè)，更具備競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。溶質(zhì)：LiPF6盈利能力觸底，LiFSI未來有望放量溶質(zhì)六氟磷酸鋰六氟磷酸鋰（LiPF6）是目前最常用的溶質(zhì)。其在電解液成本中占比較高，故六氟磷酸鋰價(jià)格與電解液價(jià)格走勢(shì)高度相關(guān)。六氟磷酸鋰周期屬性較強(qiáng)，價(jià)格大幅波動(dòng)。2021年，新能源車滲透率快速提高，帶動(dòng)六氟磷酸鋰需求上升，處于供不應(yīng)求態(tài)勢(shì)，價(jià)格不斷上升，2022年2月達(dá)到59萬元/噸高點(diǎn)，后續(xù)隨著其產(chǎn)能釋放，價(jià)格大幅回落，目前市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈。氟化氫溶劑法是目前應(yīng)用最廣泛的六氟磷酸鋰制備方法。用PCl5與無水HF反應(yīng)得到PF5，再制備LiF的無水HF溶液，將其加入混合物液，經(jīng)反應(yīng)、結(jié)晶、分離、干燥得到高純LiPF6晶體。六氟磷酸鋰的成本和盈利測(cè)算六氟磷酸鋰的成本構(gòu)成中，碳酸鋰占比最高，即便是碳酸鋰的價(jià)格從高位大幅回落，其成本占比依舊達(dá)到54%。按照2023.5.8六氟磷酸鋰售價(jià)9.45萬元/噸計(jì)算，若原材料均外購(gòu)，則六氟磷酸鋰毛利率約為2.6%。盈利能力已經(jīng)觸底。六氟磷酸鋰市場(chǎng)格局2022年全球六氟磷酸鋰的產(chǎn)量為13.21萬噸，同比增長(zhǎng)89%。2022年，市場(chǎng)格局方面，天賜材料排名第一，占比30.3%；多氟多全球市場(chǎng)占比22.7%，全球排名前四的供應(yīng)商均為中國(guó)公司，CR4的市場(chǎng)份額為68.8%。六氟磷酸鋰的擴(kuò)產(chǎn)情況各廠商大幅擴(kuò)產(chǎn)六氟磷酸鋰。根據(jù)百川盈孚數(shù)據(jù)，頭部企業(yè)天賜材料、多氟多擴(kuò)產(chǎn)規(guī)模最大，均在10萬噸以上。根據(jù)前述市場(chǎng)規(guī)模的測(cè)算，我們預(yù)計(jì)2025年六氟磷酸鋰的需求約為31萬噸/年，遠(yuǎn)低于各企業(yè)總規(guī)劃的產(chǎn)能，故判斷未來六氟磷酸鋰供給端較為寬松。但目前六氟磷酸鋰的盈利能力已經(jīng)觸底，我們認(rèn)為六氟的二三線企業(yè)，落后的高成本產(chǎn)能有望淘汰，新增的產(chǎn)能在釋放節(jié)奏上或也會(huì)有所調(diào)整。產(chǎn)業(yè)格局有望向龍頭集中。新型鋰鹽-雙氟磺酰亞胺鋰LiFSI雖然六氟磷酸鋰工藝成熟，但其存在化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定、低溫環(huán)境下性能受限等問題。雙氟磺酰亞胺鋰（LiFSI）作為電解液溶質(zhì)鋰鹽具有高導(dǎo)電率、高化學(xué)穩(wěn)定性、高熱穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)，更契合未來高性能、寬溫度和高安全的鋰電池發(fā)展方向，未來有望替代六氟磷酸鋰。雖然LiFSI性能優(yōu)于LiPF6，但由于其價(jià)格較高，2022H1約30萬元/噸，當(dāng)前主要作為添加劑添加到電解液中，改善性能。LiFSI的擴(kuò)產(chǎn)情況GGII認(rèn)為，隨著技術(shù)突破，LiFSI最終成本有望降至15萬元/噸以內(nèi)，價(jià)格將不再是制約LiFSI使用的掣肘。隨著LiFSI技術(shù)成熟和成本下降，以及LiFSI對(duì)電解液性能的改善作用顯著，全球各廠商紛紛大規(guī)模規(guī)劃布局LiFSI。其中天賜材料擴(kuò)產(chǎn)規(guī)模最大。溶劑：碳酸酯類有機(jī)溶劑，甲醇氧化羰基化法更具成本優(yōu)勢(shì)碳酸酯類溶劑環(huán)狀碳酸酯EC、PC具有很高的介電常數(shù)，使鋰鹽更易溶解，但黏度大，鋰離子遷移速率較低。鏈狀碳酸酯DMC、DEC、EMC介電常數(shù)小，溶解鋰鹽能力弱，但黏度低，具有很好的流動(dòng)性，便于鋰離子遷移。故通常使用含有兩種或兩種以上有機(jī)溶劑的混合溶劑，取長(zhǎng)補(bǔ)短。DEC、DMC、EMC、EC使用量較大，占比超93%以上。根據(jù)研究，三元電池電解液溶劑配方中，EMC和EC占比最高，各占35%，DMC占比10%。而磷酸鐵鋰電池的電解液溶劑中，DMC用量高，占比40%。溶劑的市場(chǎng)格局根據(jù)EVTank，2022年，全球鋰離子電池電解液溶劑出貨量達(dá)到92.4萬噸，同比增長(zhǎng)73%，其中中國(guó)電解液溶劑出貨量為75.7萬噸，全球占比81.9%。電池電解液的溶劑，采用電池級(jí)別的溶劑，相比于工業(yè)級(jí)，電池級(jí)溶劑純度要求至少達(dá)到99.99%，更高純級(jí)產(chǎn)品要求甚至達(dá)到99.995%以上，且由于催化劑選擇要求高、提純難度大。?？菩略春蛣偃A新材作為頭部電解液溶劑公司，市場(chǎng)份額占據(jù)前2位。2020年度兩者合計(jì)市場(chǎng)份額占比超過55%，呈現(xiàn)雙寡頭競(jìng)爭(zhēng)格局。國(guó)外企業(yè)，如三菱宇部化學(xué)，生產(chǎn)的溶劑主要用于自用，外銷少。2022年，?？菩略闯鲐浟烤邮孜唬浯畏謩e為勝華新材、撫順東科和華魯恒升，華魯恒升的出貨量增長(zhǎng)最為迅速。CR4為70%。溶劑不同制備方法的成本分析比較溶劑DMC的三種制備方法的化學(xué)反應(yīng)式，可以發(fā)現(xiàn)其均使用原料甲醇CH3OH、CO2（或C0+1/2O2），其三種方法成本的不同之處就在于酯交換法（環(huán)氧丙烷法、環(huán)氧乙烷法）多了（環(huán)氧丙烷PO-丙二醇）、或（環(huán)氧乙烷EO-乙二醇）的價(jià)差。從歷史維度看，（環(huán)氧丙烷PO-丙二醇）、或（環(huán)氧乙烷EO-乙二醇）的價(jià)差，在大多數(shù)時(shí)候，均為正值，故甲醇氧化羰基化法在多數(shù)情況下，成本比酯交換法更低，有望成為主流方法。在不同的時(shí)刻，根據(jù)PO法和EO法價(jià)差不同，兩種方法成本也會(huì)有所差異。添加劑：種類多樣，增強(qiáng)各種性能添加劑的種類和作用電解液添加劑的使用是一種低成本、高效率提升電池循環(huán)壽命與安全性的方法，少量的添加劑就可起到改善效果。根據(jù)添加劑的作用原理，可將添加劑分為固體電解質(zhì)界面膜（SEI膜）成膜添加劑、阻燃添加劑、高低溫添加劑、過充電保護(hù)添加劑、控制電解液中水和HF（氫氟酸）含量的添加劑等。電解液中有機(jī)溶劑和電解質(zhì)鋰鹽容易分析并模仿，但添加劑成分通常很難分析，因此，添加劑成分是電解液企業(yè)的技術(shù)核心所在，是提高安全性（阻燃添加劑、過充電保護(hù)添加劑）、循環(huán)（成膜添加劑）、倍率（導(dǎo)電添加劑）和低溫性能（高低溫添加劑）的關(guān)鍵。碳酸亞乙烯酯（VC）是一種電解液核心成膜助劑，能夠在鋰電池初次充放電中在負(fù)極表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)形成固體電解質(zhì)界面膜（SEI膜）。SEI膜將電極材料與電解液分開，允許鋰離子嵌入或脫離電極。該膜的電化學(xué)性能穩(wěn)定，能有效抑制溶劑分子嵌入，從而避免引發(fā)電極材料溶劑化反應(yīng)并造成電池循環(huán)等性能下降。氟代碳酸乙烯酯（FEC）是一種為高倍率動(dòng)力型鋰離子電池用電解液定向開發(fā)的核心添加劑，是實(shí)現(xiàn)鋰電池高安全性、高倍率的主要保證。添加了FEC的電解液在電池電極表面可以形成有效的SEI膜，增加電池鋰離子遷移速率，顯著提高電池在高倍率下的充放電性能。FEC在硅碳負(fù)極方面，因其形成的SEI膜薄且具有韌性和自我修復(fù)性，能抑制硅碳負(fù)極在充放電情況下因鋰嵌入體積膨脹造成結(jié)構(gòu)破碎的問題，大幅度提升硅碳負(fù)極的使用壽命，促進(jìn)了硅碳負(fù)極的廣泛應(yīng)用。雙草酸硼酸鋰（LIBOB）在錳酸鋰及鎳鈷錳酸鋰型鋰電池中作為電解質(zhì)添加劑，可有效在電池正極材料錳酸鋰或鎳鈷錳表面形成一層非常穩(wěn)定且具備一定韌性的保護(hù)膜，從而抑制了電池正極材料在充放電中與電解液活性成分的反應(yīng)。添加劑的市場(chǎng)情況電解液中應(yīng)用最廣泛的添加劑為碳酸亞乙烯酯（VC）、氟代碳酸乙烯酯（FEC），2020年占比超過60%。此外，1,3-PS、LIBOB、DTD、VEC等新型添加劑對(duì)電池性能的改善作用逐漸明顯。2022年中國(guó)電解液添加劑預(yù)計(jì)出貨量約6.8萬噸，同比增長(zhǎng)94%，維持高速增長(zhǎng)。而隨著鋰電池往高電壓、高鎳化等方向發(fā)展，所需電解液的配方，尤其是添加劑的使用也愈加復(fù)雜，全球電解液添加劑應(yīng)用占比從2014年的4.2%左右提升到2020年約5.6%，添加劑已成為提升電解液性能的核心原材料，重要性顯著。添加劑的價(jià)格2021年，添加劑（VC、FEC等）產(chǎn)品供不應(yīng)求，價(jià)格處于高位。2022年，添加劑價(jià)格受產(chǎn)能釋放以及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇影響，疊加下游電解液廠商自產(chǎn)率的提升，添加劑價(jià)格下跌，至2022年10月，VC、FEC價(jià)格分別為12.3和12.5萬元/噸。根據(jù)SMM，至2023年5月8日，VC、FEC價(jià)格分別為6.4和6.95萬元/噸。添加劑的制備方法碳酸亞乙烯酯（VC）合成工藝：以碳酸乙烯酯為原料，經(jīng)過氯化得到氯代碳酸乙烯酯，以碳酸二甲酯為溶劑，在三乙胺作為縛酸劑，回流下得到碳酸亞乙烯酯產(chǎn)品，通過精餾得到工業(yè)級(jí)碳酸亞乙烯酯產(chǎn)品。再提純、精制得到電子級(jí)碳酸亞乙烯酯產(chǎn)品。氟代碳酸乙烯酯（FEC）合成工藝：以碳酸乙烯酯為原料，經(jīng)過氯化得到氯代碳酸乙烯酯，再通過氟化鉀轉(zhuǎn)化制備氟代碳酸乙烯酯，進(jìn)一步精制得到工業(yè)級(jí)氟代碳酸乙烯酯產(chǎn)品。再提純、精制得到電子級(jí)氟代碳酸乙烯酯產(chǎn)品。重點(diǎn)公司分析天賜材料：電解液龍一地位穩(wěn)固，六氟、添加劑一體化布局2022年公司電解液銷量約為32萬噸，同比約+122%。根據(jù)EVTank，公司2022年市場(chǎng)份額約為35.9%，相較于2021年提高了7.1pct，穩(wěn)居行業(yè)第一的位置。公司一體化布局，實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)六氟磷酸鋰、添加劑等原材料自供。公司六氟磷酸鋰的產(chǎn)能折固約6.2萬噸，自供率達(dá)到95%以上，LiFSI的自供率在90%左右，其它核心添加劑的自供率基本在30%以上。公司與日本中央硝子合作開發(fā)液體六氟磷酸鋰的工藝技術(shù)，在單位產(chǎn)能投資成本、生產(chǎn)成本上，顯著低于固體六氟。同時(shí)液體六氟可以減少電解液生產(chǎn)過程中的能耗與排放，實(shí)現(xiàn)碳減排。公司上游布局氟化氫、五氟化磷、氟化鋰、硫酸等關(guān)鍵原材料，實(shí)現(xiàn)“硫酸-氫氟酸-氟化鋰/五氟化磷-六氟磷酸鋰-電解液”一體化布局。鈉電池方面，公司已有鈉離子電池電解液的解決方案和核心材料六氟磷酸鈉及NaFSI的技術(shù)儲(chǔ)備。新宙邦：電解液龍二，溶劑、添加劑一體化布局公司主要從事鋰電電解液和氟化工業(yè)務(wù)。截至2022年底，公司擁有電池化學(xué)品（主要包括鋰電電解液等）產(chǎn)能24.0萬噸，在建產(chǎn)能75.9萬噸。2022年公司電池化學(xué)品銷量14.3萬噸（預(yù)計(jì)其中鋰電電解液銷量約為11萬噸，市場(chǎng)份額約12%，排名第二），毛利率約為26%，同比-5.5pct。截至2022年底，公司預(yù)計(jì)擁有溶劑產(chǎn)能5萬噸。公司通過控股張家港瀚康，布局添加劑。VC、FEC等添加劑已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自供。湖南福邦規(guī)劃2400噸雙氟磺酰亞胺鋰項(xiàng)目，現(xiàn)已釋放1200噸的產(chǎn)能。2022年9月，日本觸媒和上海豐田通商對(duì)湖南福邦增資2.31億元，新宙邦持有湖南福邦的股權(quán)比例從90.6%下降到51.2%，但仍為控股股東。瑞泰新材：電解液第四，擬布局六氟溶質(zhì)公司是江蘇國(guó)泰的控股子公司。截至2023年一季報(bào)，江蘇國(guó)泰持股比例為68.2%。公司主要生產(chǎn)鋰離子電池電解液，以及添加劑。電解液方面，公司主要依靠外采六氟磷酸鋰、溶劑，生產(chǎn)電解液。根據(jù)EV