競爭激烈、利潤見底、新型電池的沖擊將對我國電解液發(fā)展帶來挑戰(zhàn)

競爭激烈、利潤見底、新型電池的沖擊將對我國電解液發(fā)展帶來挑戰(zhàn)

電解液：“躺贏”時代已過

　　閱讀提示

　　隨著“雙碳”目標提出和推進，新能源汽車的研發(fā)應用成為各國產業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略方向。電解液作為生產鋰離子電池的重要組成部分，對鋰離子電池能量密度、循環(huán)穩(wěn)定性、安全性等性能指標有較為直接的影響。近年來，隨著全球范圍內汽車電動化的深度推進及儲能市場的快速興起，鋰離子電池產業(yè)已步入行業(yè)發(fā)展的“快車道”，并帶動電解液需求快速增長。當前，我國電解液市場呈現(xiàn)薄利潤、強競爭等特征，同時，隨著固態(tài)電池、鈉離子電池等新型電池的產業(yè)化應用，傳統(tǒng)電解液生產商將面臨技術革新帶來的成本、產品等挑戰(zhàn)。

　　我國成為全球最大的電解液生產基地

　　當前，在全球新能源革命的浪潮下，新能源汽車作為各國實現(xiàn)碳中和的重要途徑，步入快速發(fā)展階段。根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會公布的數(shù)據(jù)，2023年，全球新能源汽車銷量達1465.3萬輛，其中我國新能源汽車銷量逾900萬輛。同時，在能源轉型及“雙碳”目標驅動下，全球電化學儲能發(fā)展進程加快，包括電力系統(tǒng)儲能、基站儲能和家庭儲能在內的眾多應用場景對儲能電池的需求也逐步增加。

　　電解液作為鋰離子電池重要的組成部分，其主要作用是提供鋰離子在電池正負極間的傳輸環(huán)境，為鋰離子電池獲得高電壓、長循環(huán)壽命、高能量密度提供重要保障。相較正極材料、負極材料等其他組成，電解液在電池材料領域占比較低。一般來說，電解液約占電池材料成本的10%左右。

　　從性能上看，電解液需要具備高離子電導率、較寬的電化學窗口、較強的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性等優(yōu)秀理化性質，以保障鋰離子在正負極間的高效傳輸及電池充放電循環(huán)的安全穩(wěn)定性。電解液主要由溶質鋰鹽、有機溶劑和添加劑三大部分按一定配比制成。其中，溶質鋰鹽是電解液生產環(huán)節(jié)中成本最高的部分，約占電解液整體成本的50%以上；有機溶劑添加量最大，約占電解液成本的30%左右；添加劑約占電解液成本的10%左右；其他則為制造環(huán)節(jié)產生的成本。據(jù)統(tǒng)計，截至2023年，我國電解液出貨量在全球占比高達86%，是全球最大的電解液生產基地。

　　○溶質鋰鹽

　　電解液中的溶質主要選用含鋰化合物，用來保證電池在充放電過程中有足夠的鋰離子遷移。溶質鋰鹽的性質決定了電解液的電化學性能，是對鋰離子電池特性影響較大的成分。電解液中的鋰鹽需要具備較高的離子遷移率、熱/化學穩(wěn)定性、溶解性、抗氧化/還原性等能力。市場上常見的電解液鋰鹽主要包括六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰及一些新型鋰鹽等。電解液溶質可以選取單一或者多種鋰鹽的混合物，實現(xiàn)對電解液的工作溫度、電壓窗口、比能量等理化性能的動態(tài)調整，從而適配下游應用領域的差異化性能需求。

　　目前，綜合考慮溶質鋰鹽電化學穩(wěn)定性及電池制造成本等因素的平衡，六氟磷酸鋰是最成熟的商用鋰鹽，具有良好的離子電導率、較高的電化學可靠性、合適的工作溫度范圍，以及產業(yè)化成熟帶來的成本優(yōu)勢，但其熱穩(wěn)定性較差、存在易水解等問題。因此，一些具有更高熱穩(wěn)定性和電化學性的新型鋰鹽，如雙氟磺酰亞胺鋰、雙三氟甲磺酰亞胺鋰等材料開始應用于部分中高端電解液。然而，這些新型鋰鹽仍處于商業(yè)化初期，其生產工藝相對復雜，良品率處于較低水平，導致其生產成本較高，目前主要作為電解液的添加劑使用。

　　由于六氟磷酸鋰生產的技術壁壘較高，國內生產企業(yè)數(shù)量不多，市場集中度高。

　　○有機溶劑

　　有機溶劑是電解液產品中用量最大的成分，占電解液產品質量的80%以上。有機溶劑主要用于溶解鋰鹽，并為鋰離子提供傳輸?shù)沫h(huán)境；需要具備較高的介電常數(shù)、低熔點、高沸點、較好的化學穩(wěn)定性及低黏度等特征。常見的電解液有機溶劑包括碳酸酯類、醚類及新型氟化溶劑等。目前市場上95%以上商業(yè)化使用的溶劑以有機碳酸酯類溶劑為主。根據(jù)其分子結構的不同，碳酸酯類溶劑可進一步分為環(huán)狀碳酸酯（碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等）與鏈狀碳酸酯（碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯等）。一般來說，環(huán)狀碳酸酯溶劑具有較高的介電常數(shù)、離子電導率，但黏度較大；鏈狀碳酸酯溶劑黏度小，介電常數(shù)也較低。同時，不同電解液的物化性質不同，與正負極材料的相容性也有一定差異。因此，目前商業(yè)化的電解液一般使用幾種碳酸酯溶劑混合體系。其中，使用量最大的溶劑為碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯這四種，其需求總量占電解液有機溶劑需求總量的93%以上。

　　電解液生產對水分、雜質含量十分敏感，因此對有機溶劑純度要求較高，普遍要求電池級有機溶劑純度達到99.99%。同時，后續(xù)提純工藝難度較大，我國可以進行規(guī)模化生產電池級有機溶劑企業(yè)屈指可數(shù)，市場呈現(xiàn)高集中度競爭格局。

　　○添加劑

　　添加劑少量用于電解液，是提升電解液整體離子電導率、阻燃性能、倍率性能、過充安全性等性能的功能化產品。根據(jù)作用機理的不同，電解液添加劑主要分為成膜添加劑、阻燃添加劑、高低溫添加劑、過充電保護添加劑等。其中，以成膜添加劑的使用最為常見。

　　成膜添加劑可以促使電池循環(huán)中電極表面形成致密穩(wěn)定的固體電解質界面膜，盡量減少鋰離子電池首圈不可逆容量損失，防止電極材料與電解液進一步反應引發(fā)的不穩(wěn)定性，進而提升鋰離子電池的倍率及循環(huán)穩(wěn)定性等性能。目前商業(yè)化常見的成膜添加劑包括碳酸亞乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、1，3-丙磺酸內酯、碳酸乙烯亞乙烯酯、硫酸乙烯酯等。

　　阻燃添加劑可以提高電解液的著火點，拓寬鋰離子電池工作的溫度區(qū)間。常見的阻燃添加劑包括磷酸三甲酯、甲基磷酸二甲酯、亞磷酸三苯基酯等。

　　過充保護添加劑是一類高氧化還原電位類化合物，為鋰離子電池提供過沖保護。常見的過充保護添加劑包括聯(lián)苯、環(huán)己基苯、二茂鐵等。

　　電解液添加劑在電解液產業(yè)鏈中屬于高附加值產品。比如碳酸亞乙烯酯由于自聚合性較高，在連續(xù)生產中純度難以達到電池級的要求，市場供應一度十分緊張。2021年，國內碳酸亞乙烯酯市場價格從15萬元/噸一路暴漲至50萬元/噸，后期隨著國內新增產量釋放，價格逐漸回歸理性區(qū)間。

　　國內電解液市場集中度較高、盈利能力不足

　　擴能潮疊加下游高庫存，我國電解液利潤基本觸底。近年來，全球范圍內新能源汽車和儲能產業(yè)快速興起，刺激鋰離子電池市場迅速擴張。電解液作為鋰離子電池關鍵材料，需求隨之出現(xiàn)爆發(fā)式增長，價格也跟隨原料碳酸鋰價格一路“水漲船高”。以磷酸鐵鋰體系電解液為例，價格從2021年初的4萬元/噸一度飆升至2022年初的12萬元/噸。

　　眾多產業(yè)鏈上下游企業(yè)紛紛布局，我國電解液市場步入高速擴產階段。企業(yè)加速產能布局一方面是看好新能源汽車和儲能等下游鋰電池需求端的強勢發(fā)展；另一方面是由于電解液在電池材料各環(huán)節(jié)中介入門檻相對較低。從鋰離子電池各環(huán)節(jié)看，電解液環(huán)節(jié)每億瓦時電池對應的產能投資成本僅需200萬元左右，是正極材料投資成本的1/50。同時，電解液生產工藝簡單、建設周期短，是企業(yè)介入鋰離子電池業(yè)務的有效抓手。

　　2022年下半年以來，此輪“高歌猛進”的擴能潮引發(fā)的產業(yè)鏈過剩等風險開始顯現(xiàn)。一是下游鋰離子電池企業(yè)過度生產導致庫存高位，突如其來的去庫存周期疊加疫情消費不振，使電解液需求不及預期；二是產業(yè)鏈上下游的激進擴能導致上游以碳酸鋰為代表的關鍵原材料價格出現(xiàn)“腰斬”。電解液價格由于缺乏成本端及需求端的強勢支撐一路暴跌，至今仍未止跌。截至去年底，我國磷酸鐵鋰體系電解液均價已跌為2萬~2.2萬元/噸，行業(yè)盈利水平逐漸見底。

　　寡頭效應明顯，市場競爭激烈。在行業(yè)競爭加劇、電解液產業(yè)鏈渠道利潤大幅壓縮的背景下，原料自供率高、產品性能突出、客戶優(yōu)勢明顯的企業(yè)在市場競爭中將更具優(yōu)勢。當前我國電解液市場集中度較高，龍頭企業(yè)占市場絕大部分份額。

　　為應對激烈的市場競爭，降本增效成為頭部企業(yè)打贏生存之戰(zhàn)的關鍵。一是通過全產業(yè)鏈的延伸補足，降低原料成本。比如比亞迪從下游整車業(yè)務逐漸向鋰離子電池，乃至上游電解液等關鍵原材料縱向布局。截至2023年底，比亞迪電解液出貨量已排名全國第二。二是與下游客戶深度綁定。一般來說，溶質鋰鹽、添加劑，以及電解液整體的配方是決定電解液性能的核心所在。同時，電池下游應用領域需求差異化導致電解液配方個性化明顯，電解液生產企業(yè)往往通過定制化產品與下游電池生產商進行深度綁定。頭部企業(yè)多是與下游生產商簽訂長期訂單。這些長期訂單一般具有針對成本波動的調控手段，可以抵御部分原材料價格波動的風險，保證電解液生產企業(yè)相關業(yè)務的利潤。

　　新型電池將對傳統(tǒng)電解液市場形成沖擊

　　性能需求倒逼材料體系升級。在產能投放加快、利潤大幅縮減的背景下，電解液行業(yè)競爭加劇，未來電解液企業(yè)需要重點關注制造成本、產品性能、技術創(chuàng)新等因素。尤其近幾年，我國新能源汽車高端化趨勢日益明顯。當前高壓快充性能已逐漸成為我國高端電動車標配，比亞迪、蔚來、理想、小鵬等多家新能源汽車企業(yè)均推出了800伏高壓快充車型，在B級及以上車型滲透率已超10%。這部分高端車型滲透率的提升有助于推動鋰離子電池繼續(xù)朝著高電壓、高鎳化發(fā)展。相應地，高性能的電池體系對電解液的安全性、兼容性也提出了更高的要求。傳統(tǒng)的電解液在高電壓場景下的熱穩(wěn)定性不佳，因此高鎳化的鋰離子電池對熱失控風險明顯高于普通三元電池。未來，隨著高鎳三元、硅碳負極等新型電池體系加速產業(yè)化，亟待開發(fā)高耐壓、阻燃、高熱穩(wěn)定性的電解液，以匹配不斷升級的電池，繼而實現(xiàn)動力電池整體電化學性能的提升。

　　目前，電解液生產商常用的策略是通過添加熱穩(wěn)定性高的新型鋰鹽、抗氧化性強溶劑、具有阻燃和促進成膜等功能性添加劑或調整電解液配方（溶質鋰鹽、有機溶劑、添加劑的配比）等方法，使電解液具有更高的電導率、高低溫穩(wěn)定性及更寬的工作溫度窗口，以適應具有更高能量密度的鋰離子電池。

　　新型電池沖擊傳統(tǒng)電解液市場。從電池發(fā)展歷程來看，電池體系的升級主要受政策、市場需求等影響不斷迭代。比如負極從傳統(tǒng)的石墨負極升級為具有更高比容量的硅碳負極，正極也逐漸朝著高鎳方向發(fā)展。當前，為突破傳統(tǒng)電池能量密度的極限、降低電池使用成本、提升電池體系使用安全性，以固態(tài)電池、鈉離子電池為代表的一系列新型電池應運而生。

　　固態(tài)電池不是簡單地將傳統(tǒng)電解液固態(tài)化，而是采用新型固態(tài)電解質，包括聚氧化乙烯等聚合物電解質、石榴石型等氧化物電解質及硫化物電解質。相比傳統(tǒng)電解液，這類固態(tài)電解質性質穩(wěn)定、耐高溫、耐高壓，具有更高的安全性。因此，可以搭配具有更高比容量的正負極材料，實現(xiàn)更高能量密度。目前，固態(tài)電池仍處于商業(yè)化起步階段，其電導率低、界面接觸不良、制造成本高等問題亟待解決。另外，鈉離子電池原料金屬資源豐富、成本低，很好地解決了鋰離子電池資源不足的問題。

　　未來，鈉離子電池在大型儲能、小動力等領域對安全性、成本比較敏感的場景更具替代性優(yōu)勢。鈉離子電池中電解液所用溶質為鈉鹽，溶劑一般為碳酸酯類或醚類溶劑。

　　這些新型電池隨著性能、成本等指標的提升，在動力、儲能領域的應用占比預計將逐步提升，對于傳統(tǒng)電解液市場將形成沖擊。

　　轉自：中國石化報

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