电解液是动力电池的重要组成部分,一般由电解质锂盐、高纯度的有机溶剂和必要的添加剂等原料在一定条件下、按一定比例配制而成,对电池的比容量、工作温度范围、循环效率和安全性能等至关重要;更安全、更稳定、更长寿命的锂离子电池电解液的开发应用将是未来电解液发展趋势。
图表1 部分电解液体系构成
负极/正极 | 电解液(锂盐/溶剂) | 公司或研究机构 |
Li/MoS2 | LiAsF6/(PC+共溶剂) | Mobil Energy(加拿大) |
Li-Al/TiS2 | LiPF6/(Me-DOL+其他添加剂) | 日立Maxell(日本) |
Li合金/C | LiCIO4/PC | 松下电池(日本) |
Li-C/Al/聚苯胺 | LiCIO4/PC | Bridgestone-精工(日本) |
Li-C/LiCoO2 | LiPF6/( PC+DEC) | 索尼Eenrgytec(日本) |
Li-C/LiCoO2 | LiPF6/( EC+DEC+共溶剂) | 松下电池(日本) |
Li-C/LiCoO2 | LiPF6/( PC+EC+BL) | A&TBattery(日本) |
Li-C/LiCoO2 | LiPF6/( PC+DEC+共溶剂) | 三洋(日本) |
Li-C/Li1+xMn2O4 | LiPF6/( PC+DMC) | Bellcore(美国) |
Li-C/LiNO2 | LiPF6或LiN(CF3SO2)2/( EC+共溶剂) | Rayovac(美国) |
Li-C/LixMn2O4 | 有机溶剂 | Tadiran(以色列) |
Li-C/TiS2 | Lil-Li3PO4-P2S5 | Everready(美国) |
Li-C/V6O3 | LiX/PEO基聚合物 | Valence technology(美国) |
数据来源:赛迪顾问整理 2010,10
用于电解液的电解质锂盐主要是六氟磷酸锂(LiPF6),其占整个电解液成本的50%左右,售价超过30万元/吨,毛利率约60%。六氟磷酸锂中的锂和氟都属稀缺资源,我国的锂、氟资源在全球排名前列,具备发展锂电池相关材料的资源基础,但由于六氟磷酸锂是典型高技术、高难度、高危险的“三高型”精细化工产品,生产技术难度非常高,目前国内主要依赖进口。除了六氟磷酸锂外,目前用作电解液电解质的还有高氯酸锂、四氟硼酸锂和氮双三氟甲基磺酸亚胺锂等。
图表2 各种锂盐电解质及其优缺点分析
锂盐种类 | 优点 | 缺点 |
六氟砷酸锂 | 循环效率最好,热稳定性较好,电导率几乎最高,曾用于产业化 | 环境污染严重,应用受限 |
高氯酸锂 | 有着适当的电导率、热稳定性和耐氧化稳定性,研究历史最长 | 只适合研究工作体系,不能用于实用型电池中,易引起电池爆炸,安全性差 |
四氟硼酸锂 | 价格便宜 | 热稳差,易于水解且电导率也低,氧化电位较低,对循环寿命不利。 |
氮双三氟甲基磺酸亚胺锂 | 与水反应活性低,热稳定性好 | 电导率低,高压时与集流体铝发生反应 |
LiCF3SO3 | - | 电导率低,也会与正极铝集流体腐蚀 |
六氟磷酸锂 |
良好的离子电导率和电化学稳定性,废电
池处理简单,环保 |
抗热性和抗水解性较差,但通过提纯可以改善 |
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锂离子电池自从20世纪90年代诞生以来,随着技术的不断进步以及下游需求的不断扩张,其市场规模呈现出快速的增长趋势,而与其配套的电解液也相应的随着锂电池的不断发展而发展,纵观锂离子电池电解液的发展历程,赛迪顾问认为大致可以分为三个阶段,而每个阶段的开始都是电解液发展的一个里程碑,代表了新的技术发展方向。
图表3 锂离子电解液发展历程
数据来源:赛迪顾问整理 2010,10
赛迪顾问认为随着对锂电池性能要求的不断提高,电解液朝着更安全、更稳定、更长寿命的方向发展将是大势所趋。
中日韩三分天下,国内企业关键原材料受制于人
目前,全球锂离子电池电解液的供应商主要集中在中日韩三国。日本电解液的主要供应商是宇部兴产(基本供给日本三洋)、三菱化学、富山药品工业等,主要供给日本本土以及部分在华日资企业;韩国电解液的主要供应商是韩国三星,主要供应韩国本土企业和部分在华韩资企业;
图表6 全球主要电解液企业产量
企业 | 宇部兴产 | 韩国三星 | 华荣化工 | 三菱化学 | 富山药品工业 |
产量(吨) | 3750 | 3410 | 2700 | 2100 | 1900 |
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国内电解液厂商包括华荣化工、天津金牛、东莞杉杉、珠海赛纬电子、广州天赐、北京创亚化工公司等10余家,其产品涵盖了高、中、低端市场,基本满足我国锂离子电池生产的需要,并有部分出口。其中江苏国泰下属的华荣化工2009年的产量达到2700吨,其市场份额占据18%左右,成为国内电解液行业的龙头企业,并且随着公司电解液项目的异地改扩建成功,公司电解液的产能将达到5000吨,届时,公司将成为全球最大的电解液生产企业。
图表7 国内主要电解液企业市场份额对比
数据来源:赛迪顾问整理 2010,10
虽然中国是电解液生产大国,但并不是电解液生产强国,作为电解液首选的电解质六氟磷酸锂,也是电解液中利润最高的关键材料,中国却无法产业化生产。从全球市场来看,目前,日本森田化学、关东电化和SUTERAKEMIFA三家公司是全球六氟磷酸锂的主要供应商;韩国有少量的六氟磷酸锂供给三星电子;台塑目前六氟磷酸锂的月产量在10吨左右;我国的天津金牛250吨/年的产能主要自给做电解液出售;德国和美国六氟磷酸锂质量不能满足锂电池生产要求,没有实现工业化生产。
图表8 全球主要六氟磷酸锂厂商及其产能统计
企业名称 | 产能(吨) | 备注 |
森田化学 | 1680 | 全球最大的六氟磷酸锂供应商,公司产能包括日本本土960吨/年和森田(张家港)公司的产能720吨/年(其中,300吨供给江苏国泰) |
关东化学 | 950 | 主要供给宇部公司 |
SUTERAKEMIFA | 800 | 主要供给给韩国ECOPEO(第一毛织城) |
韩国尉山 | 100 | 2010年扩产到350吨/年,主要供给三星电子 |
台塑 | 200 | 工厂在高雄。目前月产量10吨左右 |
天津金牛 | 250 | 自用,未来计划扩产到400吨/年 |
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做为全球锂电池电解液最大的供应国,我国所需的六氟磷酸锂电解质基本都从日本采购,关键原材料的受制于人严重阻碍了我国整个电解液产业的发展。近期,国内企业已经充分认识到这点,纷纷加大对六氟磷酸锂的研发和投资力度。九九久、多氟多、江苏国泰等企业纷纷投资新建六氟磷酸锂项目,赛迪顾问认为随着国内企业在六氟磷酸锂项目上的中试成功并产业化发展,我国电解液的发展将迎来一个新的里程碑。
电动车产业化浪潮气势磅礴,电解液投资热潮还将继续
随着新能源汽车产业化浪潮的逐步到来,锂离子电池的巨大市场空间带动了整个上游电池材料产业的快速发展,就电解液而言,受益于下游需求的扩张,整个电解液产业呈现出产销两旺的局面,2009年全国电解液的产量达到15000吨左右,同比增长82.9%, 预计2010年其产量将继续保持快速增长的势态。
图表4 2003-2010年中国电解液产量及增速
数据来源:赛迪顾问整理 2010,10
而从产能来看,国内主要电解液生产商均在大张旗鼓的扩大产能,拒不完全统计,截止到2010年6月,国内主要电解液厂商的产能合计达到27600吨。
图表5 国内主要锂离子电池电解液厂商产能统计
企业名称 | 产能(吨) | 备注 |
张家港国泰华荣 | 5500 | 面向中高端;江苏国泰子公司;在研发六氟磷酸锂电解质。 |
东莞杉杉 | 3000 | 面向中端;杉杉股份子公司(杉杉股份拥有电解液、正极和负极材料等锂电化学品)。 |
珠海赛纬电子 | 1500 | 主要面向高端客户 |
天津金牛 | 5000 | 面向中低端;国内第一家实现六氟磷酸锂产业化的公司,但电解质自用,并未对外出售。 |
福禄(苏州) | 3500 | 外资企业,主要面对高端客户 |
新宙邦 | 3600 | 包括在建的2400吨/年电解液产能,规划在南通基地再建设5000 吨/年电解液产能 |
广州天赐 | 2000 | 主要面对中端客户 |
北京化学试剂研究所 | 2000 | |
北京创亚恒业 | 1500 | 成立于2004年,除了生产电解液,还年产负极材料1500吨 |
上海图尔实业 | 500 | 采用中国科学院物理研究所专有技术 |
合计 | 27600 |
数据来源:赛迪顾问整理 2010,10
图表9 我国主要电解液企业投资情况
投资企业名称 | 投资项目 | 投资金额(万元) | 投资时间 |
九九久 | 年产400吨六氟磷酸锂项目 | 8050 | 2010 |
多氟多 | 年产200吨六氟磷酸锂项目 | 12945 | 2010 |
华荣化工 | 年产3000吨锂离子电池电解液项目 | —— | 2010 |
亚源公司 | 年产300 吨六氟磷酸锂项目 | 8330 | 2008 |
天津金牛 | 筹建年产400 吨六氟磷酸锂 | —— | 2009 |
新宙邦 | 年产2400吨电解液(2011年投产) | 6400 | 2010 |
新宙邦 | 年产5000吨电解液(2012年底投产) | 12000 | 2010 |
华芳纺织 | 年产4000吨电解液项目 | —— | 2010 |
数据来源:赛迪顾问整理 2010,10
随着国家政策的逐步明朗,以锂电池为主流动力电池的技术路线得到进一步确认,预计各大电解液厂商将在现有的基础上继续加大对产能的扩充,赛迪顾问预计未来几年内的电解液投资热潮将继续维持。