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谁在抢占锂电制高点——动力电池创新材料全景报告(下篇)

作者: 来源:第一财经网 发布时间:2022-9-7 11:14:41 浏览:

三、电解液用锂盐

  作为电解液的核心材料,溶质锂盐在很大程度上决定着电池的功率密度、能量密度、循环及安全性能等。

  目前成本相对较低的六氟磷酸锂仍为电解液溶质锂盐主流选择。但是,在动力锂电池高电压和高镍化的趋势下,各大电池企业似乎已达成共识,即通过添加新型锂盐优化电解液配方,为电池综合性能表现赋能。因此,以双氟磺酰亚胺锂、二氟磷酸锂等为代表的下一代新型有机锂盐备受市场关注。

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3.1 双氟磺酰亚胺锂盐(LiFSI)

  LiPF6(六氟磷酸锂)化学性质并不稳定,但由于成本较低,常年占据市场主流。而拥有高离子电导率、高电化学稳定性和热稳定性的LiFSI(双氟磺酰亚胺锂)却因为收率低、价格较高等原因仍未得到大规模应用。但长期来看,LiFSI或逐步得到下游认可,有望从新型添加剂进化为主流锂盐。

3.1.1 成本有望降至与六氟相当

  溶质锂盐作为电解液的核心组分,在电解液中的质量占比仅约13%,但在制造成本方面占比高达60%以上。因此,LiFSI虽然性能更加优越,但高昂的生产成本在一定程度上阻碍了其市场的扩展。

  造成LiFSI成本较高的原因主要有两方面,首先是技术壁垒高,制备工艺复杂、收率低、不易量产,康鹏科技招股书显示,LiFSI制造费用在总成本中的占比高达5-6成,人工占1成,而六氟磷酸锂人工制造合计成本仅占总成的约2成;其次是污染较大,天赐材料的调研显示,生产双氟的污染物每吨处理费高达1万元,若不能实现资源循环再利用,将会抬高生产成本。

  随着技术的不断成熟,叠加产品规模化带来的边际效应,LiFSI的经济性开始显现。

“目前LiFSI工艺处于快速发展阶段,更新较快,氯磺酸法LiFSI的制造成本已可控制在12万元/吨左右,LiFSI制造工艺中,部分核心原料使用效率偏低,后续仍有较大提升空间,随着工艺进步和产业规模化效应的推动,未来氯磺酸法每吨LiFSI成本预计可以降至10万左右,基本接近头部企业六氟的生产成本。”此前有基金经理在接受第一财经采访时表示。

  LiFSI的价格也证明了成本确实在逐步优化。2017-2021年,LiFSI的单吨价格分别为70万、55万、49万、45万、40万元,而六氟磷酸锂的价格在2021年最高涨至56.5万元吨,一度超过了LiFSI。

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  随着价格的下降,多家研究机构认为,LiFSI有望从目前的添加剂角色升级为单独使用。高工锂电数据显示,头部电池企业的LiFSI添加比例约为0.5%-3%,部分企业添加LiFSI的主流配方已经提升至3%-6%。高工锂电预测,将LiFSI作为通用锂盐添加剂的情况下,2025年需求量将达到13万吨,市场规模约105亿元;如果作为溶质来替代现有的锂盐,2025年需求量将达到21万吨,市场规模高达170亿元。

3.1.2 全球产能看中国

  “目前国内企业纷纷加码布局LiFSI,根据已披露的企业规划统计,LiFSI产能有望在2023-2024年迅速增长,加速LiFSI在锂盐领域的渗透。”上述基金经理称。据中信证券统计,未来5年全球LiFSI规划新增产能中98%来自中国企业。

  从具体企业来看,天赐材料(002709.SZ)的LiFSI产能2020年已占全球总产能的32%,2025年预计可达43%。

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  多氟多(002407.SZ)2020年的LiFSI产能位居全球第三,截至2022年4月,公司已具备1600吨LiFSI产能。

  相较于其他企业,天赐材料和多氟多成本优势突出。据中信证券测算,若LiFSI市场价格为45万元/吨,则LiFSI的毛利率普遍在40%以上,天赐材料和多氟多目前披露的工艺路线多个环节转化效率超95%,毛利率可超70%。

  永太科技(002326.SZ)的LiFSI产能2020年仅占全球3%,中信证券预测其2025年将跃增至15%,与新宙邦(300073.SZ)并列第二。

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  从目前下游市场情况看,永太科技表示,下游接受度比较高。当前市场对电池能量密度、热稳定性、安全性的要求越来越高,LiFSI相对于六氟磷酸锂具有明显的性能优势,需求也越来越明显。短期来看,LiFSI与六氟磷酸锂是并存的局面,但LiFSI作为六氟磷酸锂的升级替代产品,未来在极端情况下也可能出现全部使用LiFSI的情况,这也需要整个行业的产能逐步放量形成坚实的保障。

3.2 小众锂盐:二氟磷酸锂(LiDFP)

  二氟磷酸锂最初是被用于提高石墨||NMC电池倍率性能的添加剂,可以提高电池的低温性能。这是因为单独添加二氟磷酸锂或与其他添加剂时界面阻抗降低。业界相关研究报告还显示,使用二氟磷酸锂作为电解液添加剂可以使得富镍正极在4.8V超高截止电压下稳定循环200次。

  2021年9月,特斯拉申请了“用于储能设备的二氟磷酸盐添加剂化合物及其方法”的专利。特斯拉的目标旨在改变电池单元性能,同时降低其生产成本。

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  据公开资料显示,当前布局二氟磷酸锂的企业并不多。

  高工锂电显示,宏氟锂业是国内最早实现二氟磷酸锂产业化的企业之一,也是国内仅有的几家在二氟磷酸锂领域具备百吨以上产能规模的企业。2019年2月,公司首条300吨二氟磷酸锂生产线正式量产。

  上市公司方面,天赐材料到2022年6月二氟磷酸锂产能规划为0.72万吨;2021年7月,石大胜华公告新增一万吨二氟磷酸锂产能;另有新宙邦、天际股份等在二氟磷酸锂领域也有所布局。

四、导电剂

  导电剂是锂电池材料的重要组成部分,可以增加活性物质之间的导电接触、提升电子在电极中的传输速率,从而增强锂电池的倍率性能、改善循环寿命。

  常用导电剂包括炭黑类、导电石墨类、VGCF(气相生长碳纤维)、碳纳米管以及石墨烯等。其中,碳纳米管和石墨烯为新型导电剂材料,石墨烯由于高倍率性能不理想,尚未得到广泛应用,而碳纳米管材料凭借突出的性能优势,市场关注度不断提升。

4.1 碳纳米管材料

  作为提升锂电池性能的关键辅材,新型碳纳米管材料正悄然搅动导电剂市场格局。

  天奈科技(688116.SH)、道氏技术(300409.SZ)、黑猫股份(002068.SZ)等纷纷公告加码相关产能,宁德时代(300750.SZ)、比亚迪(002594.SZ)也已将触角伸到这一新兴领域。

  高工锂电表示,未来几年新型导电剂特别是碳纳米管导电剂将逐步代替传统导电剂,中国碳纳米管导电浆料出货量预计将从2022年的12万吨增至2025年的32万吨,成为锂电池导电剂领域成长性最高的种类。

4.1.1 性能优势突出,经济性逐渐显现

  碳纳米管(CNT)又称巴基管,是一种力学、电学、热学等性能突出纤维状导电剂,主要应用在动力锂电池领域。“相比其他导电材料,碳纳米管的最大优势在于添加量少、对材料的冲击强度影响小、不会脱碳、综合性价比高等。”泰信现代服务业混合基金经理黄潜轶表示。

  除性能优势贴合下游需求,碳纳米管的经济性开始逐步显现。

  由于原料及能源价格不断上涨,2021年底炭黑报价涨至约10万元/吨;碳纳米管则伴随规模化的到来快速降本,根据天奈科技公告,2021年前三季度碳纳米管粉体均价已降至22.2万元/吨,同比下降38.6%。国信证券中性预测,2022年单吨正极材料添加3%炭黑SP的成本为0.21万元,添加0.5%/1.0%/1.5%碳纳米管成本为0.11万/0.21万/0.32万元,两者基本相当。

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4.1.2 三元、铁锂应用市场预计超200亿元

  事实上,由于导电剂仅占电池成本约1%,成本敏感度低,下游电池厂商接受度较高。

  当前,碳纳米管在动力电池领域开始加速渗透,主要应用领域包括磷酸铁锂、高镍三元以及硅基负极。

  其中,磷酸铁锂电池添加的碳纳米管导电剂比例更高。据悉,石墨烯复合导电浆料与碳纳米管粉体等以7:3的配比混合搅拌,适配磷酸铁锂电池性能更好。

  伴随磷酸铁锂电池装机占比提升,碳纳米管出货量有望快速增长。高工锂电数据显示,2021年全球磷酸铁锂电池碳纳米管浆料需求量为5万吨,市场规模达到18亿元,预计到2025年需求量将达到39万吨,市场规模达到150亿元。

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与此同时,在4680等高能量密度电池带动下,高镍正极有望持续放量。高能量密度电池所使用的导电剂主要为碳纳米管导电浆料,以此来弥补高镍正极导电性差的问题。

高工锂电数据显示,2021年全球三元电池碳纳米管浆料需求量为3.2万吨,市场规模达到13亿元,预计到2025年需求量将达到16.6万吨,市场规模达到63亿元。

硅基负极中碳纳米管尚未开始大规模应用。碳纳米管分为单壁管和多壁管,硅基负极所使用的碳纳米管为单壁管,全球目前仅俄罗斯的OCSiAl可以量产90吨/年的单壁碳纳米管,价格较高。

道氏技术当前批量试产产品的G/D比等技术指标已处于国际领先水平,“目前公司的1-4代导电剂产品主要应用于磷酸铁锂和三元电池领域,我们正在组织第5代单壁管于2022第三季度实现量产。单壁管未来的使用方向主要是导电剂和硅碳负极中的应用。”道氏技术称。

4.1.3 头部厂商两月三度加码产能

随着碳纳米管市场的逐步放量,多家公司相继开展业务布局。

其中,行业龙头天奈科技分别于2022年5月、6月公告了三次碳纳米管项目投资。

高工产研锂电数据显示,最近两年天奈科技碳纳米管导电浆料产品销售额稳居行业首位,2021年市场份额占比43.4%。公司目前共有三代产品实现批量供货,第四代、第五代正处于中试阶段。东吴证券预计上述项目将于2024年起贡献产量,从而进一步加强公司在碳纳米管的领先优势。

另一行业领先者道氏技术则获得了比亚迪的“加持”。

道氏技术表示,比亚迪一直是公司核心客户,未来公司将和比亚迪在战略层面进行全方位的合作。除比亚迪外,公司产品也已小批量供货宁德时代等三元客户。

产能方面,目前公司规划青岛、江门、龙南、兰州四大生产基地,预计2022年底浆料产能达4万吨。

炭黑龙头黑猫股份也于2022年4月发布公告称布局碳纳米管领域。

此外,为完善产业链布局,锂电池巨头宁德时代也不甘示弱,于2021年12月快速步入碳纳米管行业。

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4.1.4 碳纳米管和炭黑将呈并存格局

2021年国内碳纳米管导电剂渗透率约21%。“随着对电池高能量密度的追求提升,碳纳米管导电剂的性能优势不断凸显,市场接受度有望持续提升,碳纳米管渗透率2025年有望提升至61%。”黄潜轶称。

高工锂电则预计,2025年中国新型导电剂市场占比将达57%,其中碳纳米管导电剂占比将达55%。这意味着碳纳米管和炭黑等未来会是并存的格局。

华创证券认为,不同的导电剂在成本、导电性能、吸液性能等方面各具优势,综合考量下,未来导电剂体系逐步从单一化走向多元复合化将是大势所趋。

五、结语

动力电池的革新之路从未停止。

中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高曾公开表示,中国动力电池创新,要从电池结构创新逐步发展到材料体系创新。这是一个更加复杂、更需要时间积累的领域,也是全球动力电池创新的制高点。

当前,我国新能源企业在动力电池材料研发及扩产方面的努力有目共睹。动力电池性能的提升远未到终局,多元化应用场景带来动力电池的需求分化,未来材料体系创新仍值得期待。




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