雙氟：動力電池電解液新風(fēng)口

 

在今年火熱的一級市場上，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（以下簡稱“六氟”）占據(jù)市場主導(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。

 

今年市場上特別火爆的4680電池、高鎳電池、半固態(tài)電池對雙氟的用量都將顯著提升，因此，在外部市場環(huán)境的刺激下，雙氟成為資本市場競逐的“新風(fēng)口”。

 

（來源：微信公眾號“能源評論•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，前者相對制造環(huán)節(jié)少、提純難度低，具有價格低、工藝壁壘低的優(yōu)勢，因此，綜合性能滿足當(dāng)下市場要求的六氟，憑借其低成本的優(yōu)勢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)成的電解液對水分和溫度的變化依然高度敏感，分解時會產(chǎn)生強(qiáng)揮發(fā)性的危險化學(xué)品氫氟酸（HF），存在一定的安全風(fēng)險。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)用場景對電池性能提出的要求，因此新型鋰鹽的研發(fā)和市場化呼聲很高。

 

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，只會在160攝氏度時發(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。

 

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，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LG、韓國三星、日本松下等知名動力電池生產(chǎn)商和日本宇部、日本中央硝子等知名電解液生產(chǎn)商均已針對雙氟進(jìn)行了性能測試，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)擬上市公司上海康鵬科技股份有限公司6月30日發(fā)布的招股說明書介紹，推測2025年全球溶質(zhì)鋰鹽的總需求約為25.83萬噸，若雙氟價格具有較強(qiáng)競爭力，將作為鋰鹽替代部分六氟，2025年市場滲透率有望達(dá)到50%，預(yù)測2025年其全球市場需求將達(dá)到12.91萬噸，按照20萬～25萬元/噸價格計算，市場空間可達(dá)到258億～323億元，發(fā)展前景廣闊。

 

目前，國內(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市場的融資。

 

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月獲得中國保險投資基金第二輪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)商對雙氟的工藝路線選擇已漸近尾聲，預(yù)計未來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，在產(chǎn)能提升和價格下降的趨勢下，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。

 

根據(jù)公開數(shù)據(jù)統(tǒng)計，雙氟的價格最近幾年下降很快。2017～2021年，雙氟的單噸價格分別為70萬元、55萬元、49萬元、45萬元、40萬元，而六氟的價格在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)，其市場價格有望下降至35萬元/噸以下，進(jìn)而提高雙氟的性價比，增強(qiáng)替代六氟的可能性。

 

從市場格局來看，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)能合計達(dá)12萬噸/年，是目前少有的出貨量穩(wěn)定在千噸級以上的公司；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，國內(nèi)最大的電芯企業(yè)寧德時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)媒體報道，寧德時代旗下新型鋰鹽公司時代思康已規(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)測的市場需求量。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替代產(chǎn)品，未來可能全部替代六氟，這需要整個行業(yè)的產(chǎn)能逐步放量形成堅實(shí)的保障。