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产业壁垒

【1】技术壁垒:电解液配方

目前电解液配方是电解液厂商的的壁垒之一。配方有电解液厂独立研发、与电池厂合作研发、电池厂提供配方三种模式。

1)电池厂提供配方。LG、宁德时代等一线电池大厂,通常都具备一定的电解液研发实力。对于一些成熟的电池类型,比如磷酸铁锂,配方逐渐趋同。在这种情况下,电池厂倾向于由自己提供配方,电解液厂仅提供代工服务,这种纯代工模式下,电解液厂的利润被大幅压缩。

2)与电池厂合作研发配方。对于一些新型材料电池,电池内部各项材料的配合处于摸索过程中,研发难度较大,电池厂会引入有实力的电解液厂进行合作研 发。这种模式下,参与研发的电解液厂,议价能力上有一定提升。

3)电解液厂独立提供配方。对于一些存在专利限制的电解液,以及对一些小型电池厂的电解液供给,存在由电解液厂独立提供电解液配方的情况。这种情况下,电解液厂的议价能力较强。

龙头锂电厂商普遍有自身的技术专利储备,生产中多采取共有配方的模式,因此,配方作为电解液厂商的壁垒不高。

图:电解液的主要成分。

(2)材料壁垒:六氟磷酸锂

原材料成本超过电解液成本的90%,对上游材料的控制能力是电解液厂商的壁垒之一,目前至关重要的上游材料是六氟磷酸锂和新型添加剂。

六氟磷酸锂是一种无机物电解质,化学式为LiPF6。目前六氟磷酸锂紧缺,价格从2020年8月不足7万元/吨上涨至2021年5月上中旬的 26．5万元/吨左右,上涨幅度超过200%。目前六氟磷酸锂在电解液的成本占比已经达到 60%左右。

每吨六氟磷酸锂,需要用0．33吨左右的碳酸锂,需要用0．7吨左右的氢氟酸。目前,碳酸锂价格为8．55万元/吨,氢氟酸9500元/吨。在产能满产的情况下,晶体工艺六氟碳酸锂的单吨不含税成本在7．35万元左右。目前六氟磷酸锂厂商盈利丰厚。

电解液配制环节门槛较低,电解液定价主要遵循成本加成的原则。六氟磷酸锂在电解液中的成本占比最高,通常是电解液价格变动的核心驱动因素。

从历史价格走势来看,六氟磷酸锂的价格波动幅度大于主要原材料碳酸锂,六氟磷酸锂的价格更多由供需决定。目前六氟磷酸锂的有效产能主要集中在多氟多、新泰材料和天赐材料等龙头厂商手中。

目前国内最常用的固体六氟磷酸锂生产技术,1GWh锂电池对应六氟磷酸锂投资金额大约在7000万-1亿元,单位锂电池的投资强度远大于电解液配制环节。受制于环评审批等因素,六氟磷酸锂的产能建设时间大约需要1．5年-2 年的时间,与电解液配制0．5年-1年的产能建设时间存在一定的错配。

制备六氟磷酸锂,目前国内使用最广泛的是氟化氢溶剂法。主要原理是用氟化锂和无水氟化氢合成氟化锂氢氟酸溶液,然后向溶液中通如五氟化磷气体,生成六氟磷酸锂结晶,经过分离干燥后得到最终产品。这种方法反应比较容易控制,但是由于使用腐蚀性极强的氟化氢,生产设备中需要使用大量的耐腐蚀材料,对工厂安全设施要求也极高,生产前期投入较大。

天赐材料采用的是从美国引进的生产工艺,基于有机溶剂法生产,该方法在DMC(碳酸二甲酯)等电解液所需的有机溶剂中,让氟化锂和五氟化磷反应得到液体六氟磷酸锂溶液,六氟磷酸锂含量为32%左右。

有机溶剂法省去了干燥、结晶再溶解的过程,制造成本降低。同时由于五氟化磷和氟化锂的反应过程不在强腐蚀性的氟化氢溶液中进行,对设备的抗腐蚀能力要求明显降低,前期设备投入明显低于常用的氟化氢溶剂法。天赐材料的液体六氟磷酸锂前期单吨投资只有固体项目的40%左右。

但是有机溶剂法在反应体系中引入了有机溶剂,会与五氟化磷发生副反应,影响六氟磷酸锂的纯度,因此该方法的核心壁垒在于提纯除杂。液体六氟磷酸锂的纯度通常低于晶体六氟磷酸锂。

天赐材料的六氟磷酸锂主要用于自供,并未对外销售。

目前单吨电解液六氟磷酸锂用量在0．12吨左右,以此计算,到2025年全球六氟磷酸锂需求量预计达16万吨。

据不完全统计,目前全球六氟磷酸锂总产能约为5．6万吨左右,其中天赐材料拥有1．2万吨、多氟多拥有1万吨、天际股份(新泰材料)拥有8160吨。

图:六氟磷酸锂新增产能预期。

六氟磷酸锂行业具备一定的技术壁垒,投资强度较高,产能建设时间较长,首创证券认为未来几年内,行业的产能供给节奏将基本由龙头厂商把控,六氟磷酸锂产能对电解液厂商盈利能力的增厚约在10%左右。首创证券的测算属于只看贼吃肉,不看贼挨打。2015年至今,六氟磷酸锂价格暴涨暴跌,再暴涨,价格大幅波动,行业产能投放无序,严重扰乱企业的稳定经营。

(3)材料壁垒:添加剂

随着对高电压和高镍需求的逐渐提升,以及材料体系的快速变化,对电解液提出越来越高的要求。电解液性能的改善主要是通过添加剂添加种类和比例的调整来实现,对添加剂的研发也愈发受到各家电解液企业和电池企业的重视。

2020年国内电解液添加剂出货量约1．46万吨,同比增长 27%。目前添加剂主要分为成膜添加剂、高电压添加剂、低温添加剂、阻燃添加剂和防过充添加剂。

图:锂离子电池电解液添加剂详细参数。来源:百度

04

两大X因素

【1】具有颠覆潜力的新型材料:锂盐LiFSi

LiFSI 是目前最具商业化潜力的新型锂盐。

LiFSi全称双氟磺酰亚胺锂盐,它的前辈LiPF6(六氟磷酸锂)是商业化应用最为广泛的锂电池溶质锂盐。

锂电池高电压、高镍趋势明显,叠加HEV(Hybrid[?ha?br?d] Electric Vehicle,即混合动力汽车)高倍率电池充放电,对电解液提出更高要求。LiFSI具有较好的热稳定性、电化学稳定性、更高电导率,能更好的配合高电压、高镍、高倍率充放电,并且能抑制气胀,能显著改善新能源电池的性能。

LiFSI主要用于三元锂电池,用作电解液LiPF6的添加剂或作为新型电解质直接替代LiPF6。目前LiFSI主要作为LiPF6的添加剂使用。

图:LiFSi与六氟磷酸性能对比。来源:《几种有前途的锂盐在研究中的进展》,沈丽明,光大证券研究所整理。

由于 LiFSI生产过程具有很强的腐蚀性,设备投资成本较高,且行业对于生产工艺掌握较为有限,产能集中在少数厂商手中,目前具备较强的议价能力,近年来毛利率保持在40%以上。目前具备LiFSI生产能力的厂商,国内主要是天赐材料、康鹏科技、新宙邦等,以及海外的日本触媒和韩国天宝,截止到2020年底全球理论产能合计约6740吨。

目前国内市场 LiFSI 的价格大约为40万元/吨,远高于六氟磷酸锂单吨 20 多万的价格,受益于六氟磷酸锂价格上涨,LiFSI添加比例有望提升。

首创证券预测到2025年LiFSI市场规模将达到150亿左右,年复合增长率超过 50%。随着LiFSI的成本的不断下降,LiFSI的渗透率提升有望加速。

天赐材料、新宙邦、永太科技等国内企业正在纷纷建设LiFSI产线。天赐材料:原拥有300吨/年的LIFSI产线,2000吨LIFSI项目在2020年已进入调试状态。九江天赐4000吨/年的LIFSI项目,预计在2021年投产。新宙邦:2016年投产200吨LiFSI、2018年规划建设2400吨,一期产能800吨预计2020年三季度投产。

【2】具有颠覆潜力的技术路径:固态电池

固态、半固态、液态锂电池的区别在于液体电解液的含量为0%,小于10%,小于20%。

半固态电池并不是一个革命性的技术,从液态锂电池到半固态只是量变,各大电池厂升级的难度和成本不大,对正极、负极、隔膜、设备没有影响,对电解液的影响在于液体电解液需求在电池领域少了一半。

2021-02,天赐材料董秘说:从相关的报道和技术文件分析,目前市场上(广汽、蔚来)所说的半固态锂电池材料体系与现今锂电池并无根本性变化,仍需用到电解液。

半固态电池是基于现有液态电池在工艺上的升级,可能包括:负极,硅碳,预锂化,因为硅的导电性不足,需添加碳纳米管。正极,超高镍。隔膜,不变。固液电解质+原位聚合技术。电解液还是液态电池电解液的成分,溶剂+电解质(六氟磷酸锂)+添加剂。另外,加了新型锂盐。

图:各类锂电池电解质性质对比。来源:《杨绍斌、梁正:锂离子电池制造工艺原理与应用》。

原位聚合是一种工艺技术,电解液和聚合物单体先进入正负极表面和里面,进行(原位)聚合,形成凝胶聚合物,凝胶将液体固定在想要的位置,抑制硅碳负极和高镍正极膨胀,提高安全性。

半固态电池的出现,并不意味着全固态电池的产业链进程加速了,全固态电池目前不能产业化的问题在于电导率,这是一个科学问题,而非工艺问题,能不能搞成现在还不知道。