雙氟:動(dòng)力電池電解液新風(fēng)口

發(fā)布日期:2022-11-30

核心提示:9月底,寧德時(shí)代旗下子公司時(shí)代思康新材料有限公司被曝規(guī)劃了11萬噸新型雙氟磺酰亞胺鋰(以下簡(jiǎn)稱雙氟)產(chǎn)能。這在電池材料行業(yè)
 9月底,寧德時(shí)代旗下子公司時(shí)代思康新材料有限公司被曝規(guī)劃了11萬噸新型雙氟磺酰亞胺鋰(以下簡(jiǎn)稱“雙氟”)產(chǎn)能。這在電池材料行業(yè)引起廣泛關(guān)注。
 
在今年火熱的一級(jí)市場(chǎng)上,鋰電池賽道依然十分火爆,因?yàn)椴牧象w系還處于技術(shù)變革的更新?lián)Q代過程中。
 
在電池的四大主材中,相比正極、負(fù)極材料和隔膜,電解液被資本的關(guān)注度在2022年驟然升溫,該技術(shù)變革方向得到資本的密集關(guān)注。
 
作為電解液的核心部分,溶質(zhì)鋰鹽在很大程度上決定著電池的各項(xiàng)性能。目前,低成本的無機(jī)鋰鹽六氟磷酸鋰(以下簡(jiǎn)稱“六氟”)占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位,但其因化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定、低溫環(huán)境下效率嚴(yán)重不足等缺陷,逐漸無法跟上鋰電池發(fā)展的需求。
 
雙氟作為電解液溶質(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、高安全和寬工作溫度范圍的鋰電池發(fā)展方向,是最有可能替代六氟的下一代鋰電池鋰鹽。
 
今年市場(chǎng)上特別火爆的4680電池、高鎳電池、半固態(tài)電池對(duì)雙氟的用量都將顯著提升,因此,在外部市場(chǎng)環(huán)境的刺激下,雙氟成為資本市場(chǎng)競(jìng)逐的“新風(fēng)口”。
 
(來源:微信公眾號(hào)“能源評(píng)論•首席能源觀” 作者:袁素)
 
從六氟到雙氟
 
鋰離子電池中,電解液是鋰離子遷移和電荷傳遞的介質(zhì),其指標(biāo)直接決定了鋰離子電池的能量密度、充放電倍率、循環(huán)壽命和安全性能,是鋰離子電池體系的重要組成部分。
 
電解液由溶劑、溶質(zhì)鋰鹽、添加劑在一定的條件下按照一定的比例配制而成。其中,溶質(zhì)鋰鹽決定了電解液的基本理化性能,是電影響鋰離子電池特性最重要的成分。
 
根據(jù)行業(yè)研究,溶質(zhì)鋰鹽在電解液質(zhì)量中的占比僅約13%,但在制造成本中的占比達(dá)62%。
 
從材料來看,溶質(zhì)鋰鹽主要分為無機(jī)鋰鹽和有機(jī)鋰鹽,前者相對(duì)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),因此,綜合性能滿足當(dāng)下市場(chǎng)要求的六氟,憑借其低成本的優(yōu)勢(shì)成為目前主流的溶質(zhì)鋰鹽。
 
但是六氟也有自己的明顯缺點(diǎn)。它的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定,即使與添加劑組合,所構(gòu)成的電解液對(duì)水分和溫度的變化依然高度敏感,分解時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)揮發(fā)性的危險(xiǎn)化學(xué)品氫氟酸(HF),存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。六氟在零攝氏度環(huán)境中離子導(dǎo)電率僅為常溫下的50%,說明鋰電池在低溫環(huán)境中電池效率嚴(yán)重不足。
 
從電池行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)來看,未來的電池發(fā)展需要更寬的工作溫度和更高的能量密度(更高的電壓或容量),而六氟難以滿足更久續(xù)航以及更多元應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)電池性能提出的要求,因此新型鋰鹽的研發(fā)和市場(chǎng)化呼聲很高。
 
在新型電解液溶質(zhì)鋰鹽中,雙氟具有遠(yuǎn)高于六氟的物化性能,是符合下一代溶質(zhì)鋰鹽要求的最佳材料。雙氟具有更高的熱穩(wěn)定性,熔點(diǎn)為145攝氏度,分解溫度高于200攝氏度;更好的電導(dǎo)率;更優(yōu)的熱力學(xué)穩(wěn)定性:雙氟電解液與固體電解質(zhì)界面的兩種主要成分有很好的相容性,只會(huì)在160攝氏度時(shí)發(fā)生部分置換反應(yīng)。
 
采用雙氟來避免六氟不足,能夠提高電解液的電導(dǎo)率和鋰離子遷移數(shù),降低電極表面膜阻抗,形成穩(wěn)定的、導(dǎo)離子性較好的鈍化膜,抑制鋰電池產(chǎn)生氣脹,提高鋰電池的安全性能、耐低溫性能、耐高溫性能,增加鋰電池的循環(huán)壽命。因此,雙氟是公認(rèn)的避免六氟不足的最佳新一代溶質(zhì)鋰鹽。
 
從添加劑到主鹽
 
在產(chǎn)業(yè)化路徑上,雙氟需要經(jīng)歷從六氟的添加劑再到主鹽的過程。作為六氟的添加劑,雙氟可以提升電池性能。雙氟以及衍生物雙氟磺酰亞胺鈉還十分適合用于未來電池體系,如鋰硫電池、金屬鋰電池、鈉離子電池以及硅負(fù)極鋰電池,符合未來電池電解液的發(fā)展趨勢(shì)。
 
因此,雙氟在電解液中的地位有望從目前的添加劑逐步過渡到單獨(dú)使用的鋰鹽。
 
根據(jù)產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計(jì),全球頭部電池企業(yè)的雙氟添加比例已從0.5%~2%提升至2%~10%。部分混合動(dòng)力汽車電池由于需要高倍率放電,雙氟添加比例更高。目前韓國(guó)LG、韓國(guó)三星、日本松下等知名動(dòng)力電池生產(chǎn)商和日本宇部、日本中央硝子等知名電解液生產(chǎn)商均已針對(duì)雙氟進(jìn)行了性能測(cè)試,雙氟的年使用量也處于上升階段。
 
一家創(chuàng)業(yè)公司的首席技術(shù)官表示,目前4680圓柱電池的電解液配方中,雙氟的占比約為10%;高鎳電池的電解液中,雙氟的占比為4%~6%;部分半固態(tài)電池的電解液配方中,雙氟的占比則接近100%。
 
他進(jìn)一步透露,目前市場(chǎng)上各家企業(yè)的鋰鹽比例很少公開。能查到的幾家大廠數(shù)據(jù)分別為:特斯拉電池電解液鋰鹽中,雙氟的比例約為60%;松下電池電解液配方中,雙氟的比例為10%;寧德時(shí)代電池電解液配方中,雙氟的比例為8%~10%。
 
根據(jù)擬上市公司上??爹i科技股份有限公司6月30日發(fā)布的招股說明書介紹,推測(cè)2025年全球溶質(zhì)鋰鹽的總需求約為25.83萬噸,若雙氟價(jià)格具有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力,將作為鋰鹽替代部分六氟,2025年市場(chǎng)滲透率有望達(dá)到50%,預(yù)測(cè)2025年其全球市場(chǎng)需求將達(dá)到12.91萬噸,按照20萬~25萬元/噸價(jià)格計(jì)算,市場(chǎng)空間可達(dá)到258億~323億元,發(fā)展前景廣闊。
 
目前,國(guó)內(nèi)多家創(chuàng)業(yè)公司也在積極布局雙氟產(chǎn)業(yè),包括大道新材、如鯤新材、美淼環(huán)保、新宸新材等,這些公司都獲得了一級(jí)市場(chǎng)的融資。
 
其中,大道新材成立于2016年,已經(jīng)完成了同創(chuàng)偉業(yè)和科達(dá)投資的天使輪、科達(dá)制造的A輪和財(cái)鑫金控的A+輪融資;如鯤新材成立于2016年年底,先后于2021年8月獲得廬峰投資、銀鞍資本第一輪投資,于2022年2月獲得中國(guó)保險(xiǎn)投資基金第二輪1.2億元投資;美淼環(huán)保成立于2013年,先后在2017年和2022年獲得峰瑞資本和傳化集團(tuán)的投資;新宸新材成立于2021年年底,已經(jīng)獲得金瑞投資和力合創(chuàng)新投資的一輪融資。
 
規(guī)劃產(chǎn)能或?qū)⒈l(fā)
 
中信證券認(rèn)為,經(jīng)過近10年的工藝探索,目前全球頭部供應(yīng)商對(duì)雙氟的工藝路線選擇已漸近尾聲,預(yù)計(jì)未來5年,雙氟有望逐步進(jìn)入產(chǎn)業(yè)導(dǎo)入、需求爆發(fā)階段。
 
伴隨動(dòng)力電池需求快速提升,溶質(zhì)鋰鹽的需求將大幅擴(kuò)張。為此,中信證券預(yù)測(cè),在產(chǎn)能提升和價(jià)格下降的趨勢(shì)下,雙氟的需求在未來5年有望以逐年倍增的速度實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)。
 
根據(jù)公開數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),雙氟的價(jià)格最近幾年下降很快。2017~2021年,雙氟的單噸價(jià)格分別為70萬元、55萬元、49萬元、45萬元、40萬元,而六氟的價(jià)格在2021年最高漲至56.5萬元/噸,一度超過了雙氟。
 
高工鋰電數(shù)據(jù)顯示,隨著未來生產(chǎn)工藝不斷成熟,雙氟生產(chǎn)成本有望下降至15萬元/噸以內(nèi),其市場(chǎng)價(jià)格有望下降至35萬元/噸以下,進(jìn)而提高雙氟的性價(jià)比,增強(qiáng)替代六氟的可能性。
 
從市場(chǎng)格局來看,2020年雙氟的主要生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量為8家,主要產(chǎn)能來自天賜材料、康鵬科技以及多氟多,產(chǎn)能前三名的集中度為73%,其中天賜材料的市占率為36%。
 
具體來看,雙氟發(fā)展進(jìn)度和產(chǎn)業(yè)規(guī)模居國(guó)內(nèi)第一的天賜材料目前具備6300噸/年的產(chǎn)能,規(guī)劃產(chǎn)能合計(jì)達(dá)12萬噸/年,是目前少有的出貨量穩(wěn)定在千噸級(jí)以上的公司;康鵬科技目前具備1700噸/年的雙氟產(chǎn)能,另規(guī)劃產(chǎn)能達(dá)1.5萬噸/年;多氟多目前具備1600噸/年的雙氟產(chǎn)能,在建產(chǎn)能是1萬噸/年,一期、二期3000噸/年,三期4000噸/年,預(yù)計(jì)2023年可以逐步投產(chǎn);永太科技目前具備900噸/年的雙氟產(chǎn)能,在建產(chǎn)能是6.7萬噸;新宙邦1200噸/年的雙氟已進(jìn)入試生產(chǎn)階段,該公司于9月9日發(fā)布公告稱擬引進(jìn)戰(zhàn)略投資者對(duì)控股公司湖南福邦進(jìn)行增資,并將其新型鋰鹽項(xiàng)目的產(chǎn)能擴(kuò)大至1萬噸/年。
 
值得關(guān)注的是,國(guó)內(nèi)最大的電芯企業(yè)寧德時(shí)代也在大力布局雙氟,以滿足其重點(diǎn)布局的4680大圓柱和麒麟電池的需求。根據(jù)媒體報(bào)道,寧德時(shí)代旗下新型鋰鹽公司時(shí)代思康已規(guī)劃三期共至少11萬噸新型鋰鹽產(chǎn)能項(xiàng)目。其中,一期6萬噸雙氟(液態(tài))已投產(chǎn);二期5萬噸含氟鋰電新材料生產(chǎn)線及10萬噸鋰鹽原材料將在今年年底或明年開工;三期新型鋰鹽研發(fā)生產(chǎn)項(xiàng)目正在進(jìn)行土地征遷,具體產(chǎn)能尚未明確。
 
從市場(chǎng)上各家企業(yè)規(guī)劃的產(chǎn)能來看,目前規(guī)劃產(chǎn)能已經(jīng)超過了第三方機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)的市場(chǎng)需求量。不過,雙氟自身的工藝和降本問題尚未徹底解決,各家企業(yè)規(guī)劃的產(chǎn)能也存在因技術(shù)、資金和市場(chǎng)變化等因素未能全部落地的可能。
 
上市公司永太科技公開表示,短期內(nèi)雙氟與六氟磷酸鋰將并存,但雙氟作為六氟的升級(jí)替代產(chǎn)品,未來可能全部替代六氟,這需要整個(gè)行業(yè)的產(chǎn)能逐步放量形成堅(jiān)實(shí)的保障。

 
 
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