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(1)锂离子电池材料行业概况:锂离子电池材料为锂离子电池的组成部分,一般分为正极、负极、隔膜、电解液等。锂离子电池电解液的作用是在电池内部正负极之间形成良好的离子导电通道,是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证。中金企信国际咨询专业编制《锂离子电池材料项目可行性研究报告》为企业投融资、项目立项、银行贷款申请、批地申请等提供专业化优质服务。
锂离子电池电解液一般由电解质、高纯度有机溶剂、添加剂等材料在一定条件下,按一定比例配制而成。具体构成如下:
1)电解质:电解质是锂离子电池电解液中最核心的成分之一,能够作为锂离子迁移的介质,使其在正负极之间的往返嵌入和脱嵌,实现能量的存储和释放。
常见电解质主要类型分析
电解质种类 |
主要特性 |
六氟磷酸锂(LiPF6) |
六氟磷酸锂是目前使用的锂盐电解质中电性能最好、使用最广泛的一种,其优点包括:(1)在电极上,尤其是碳负极上,形成适当的 SEI 膜;(2)对正极集流体实现有效的钝化,以阻止其溶解;(3)有较宽广的电化学稳定窗口;(4)在各种非水溶剂中有适当的溶解度和较高的电导率;(5)有相对较好的环境友好性 |
高氯酸锂(LiClO4) |
高氯酸锂具有制备简单,成本低,稳定性好等优点,在实验室基础研究中得到了广泛的应用。然而,由于高氯酸锂中的 Cl 处于最高价态+7,因此,极易与电解液中的有机
溶剂发生氧化还原反应,从而造成锂离子电池燃烧、爆炸等安全问题,因此,高氯酸锂较少用在商用锂离子电池中 |
四氟硼酸锂(LiBF4) |
四氟硼酸锂有助于提高锂离子电池电导率,从而提高电池性能,但是其电导率相对较低,因此较少用于常温锂离子电池。此外,四氟硼酸锂具有相对较高的热稳定性,在高温下不易分解,因此常用于高温锂离子电池中。与此同时,在低温条件下,四氟硼酸锂也表现出很好的电池性能 |
六氟砷酸锂(LiAsF6) |
六氟砷酸锂中含有剧毒的砷元素,因此较少用于商业锂离子电池中 |
2)有机溶剂:据中金企信国际咨询公布的《中国有机溶剂市场专项调研及投资前景可行性预测报告》统计数据显示:有机溶剂是电解液中的介质,其性能与电解液性能密切相关,直接影响锂离子电池的综合性能。其中,碳酸二甲酯(DMC)为最主要的溶剂之一,其按纯度可以分为工业级、电池级和超纯级。电池级和超纯级 DMC 用于锂离子电池,需要由工业级 DMC 精馏得来。中金企信国际咨询专业编制《有机溶剂项目可行性研究报告》为企业投融资、项目立项、银行贷款申请、批地申请等提供专业化优质服务。
3)锂离子电池电解液添加剂:锂离子电池电解液添加剂能够根据不同类型电池的不同要求定向改善性能。基于各类电池的不同特点,以及电池对能量、功率、循环、安全的持续追求,添加剂具有重要意义。添加剂根据用途通常分为五类:改善成膜质量(成膜剂)、抑止过充风险(过充保护剂)、改善高低温性能(高低温性能改善剂)、酸性物质中和剂(中和剂)、抑制燃烧(阻燃剂)。
①成膜剂:成膜添加剂是研究较多的一种添加剂,主要功能是帮助在负极表面形成一层结构稳定的 SEI 膜,优良的 SEI 膜具有有机不溶性,允许锂离子自由进出电极而溶剂分子无法通过,从而阻止溶剂分子对电极结构的破坏,提高电池的循环效率和可逆容量。
②过充保护剂:过充保护剂主要用于保护正极。当锂离子电池发生过充时,正极材料的晶体结构将会受到破坏,让锂离子充放变得不可逆,损害了循环效率,严重时还将在负极形成锂枝晶,造成短路风险,因此过充保护剂对绝大多数锂离子电池必不可少。具有各种替代基团的苯类物质是现阶段通常采用的过充保护剂。
③高低温性能改善剂:由于新能源车既要适应寒冷的气候,又要适应在大功率放电下的过热环境,因此需要通过添加剂使电池在高低温下皆具备优良的循环性能。高低温性能改善剂能较好地改善锂离子电池的安全性。
④中和剂:六氟磷酸锂等电解质在极端情况下或者有水分存在的环境中,易发生分解,形成氢氟酸,其将会对电极和成膜剂形成较大破坏,影响综合性能,因此为防止该情况产生,往往需要添加具有碱性基团的有机物质作为中和剂。
⑤阻燃剂:阻燃剂可以降低极端情况下电池燃烧和爆炸的风险。电解液体系以有机溶剂为主,在热失控的情况下,具备可燃物、燃点和氧气的三大因素,在极端条件下有燃烧和爆炸的风险。过往出现了具有瑕疵的锂离子电池引爆手机或者汽车的案例,因此可以降低燃烧风险和剧烈程度的阻燃剂亦十分重要。
(2)行业竞争格局和市场化程度
1)锂离子电池电解液:据中金企信国际咨询公布的《全球与中国市场锂离子电池材料前景预测及投资可行性分析报告(2021版)》统计数据显示:随着下游新能源汽车行业的持续发展,消费电池的应用场景不断丰富以及储能电池市场的逐渐打开,锂离子电池材料行业持续向好,市场份额逐渐向头部企业集中。2019 年,天赐材料、新宙邦、瑞泰新材以及杉杉股份的出货量排名国内前 4,合计市场份额约为 61%。
2019 年中国锂离子电池电解液出货量份额分析
数据统计:中金企信国际咨询
此外,截至 2019 年末,国内前十大电解液厂商(剔除比亚迪自产)产能合计约 24 万吨,全年出货量约为 16 万吨;而天赐材料、新宙邦、瑞泰新材以及杉杉股份等前四大电解液厂商合计产能约为 15.3 万吨,全年出货量约为 12 万吨。处于头部的锂离子电池电解液生产企业凭借规模优势以及技术优势,产能及销量皆高于同行业其他公司。
未来,随着新能源汽车行业的向好,下游主要电池厂商的持续扩张,电解液头部企业还将配套新建产能,行业集中度有望进一步提升,强者愈强的局面将可能得到巩固。
2)锂离子电池电解液添加剂:目前,主要的电解质以及添加剂生产商包括公司,以及华盛锂电、瀚康化工、青木高新、苏州华一、天赐材料、新宙邦、上海康鹏、韩国天宝等。江苏瑞泰新能源材料股份有限公司已成功研发并量产双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)以及三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)等几款产品,在质量、产能以及技术层面处于领先水平,对于主要电解液生产企业覆盖率比较高。此外,公司的部分添加剂产品已应用于固态锂离子电池等新型电池中。