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锂电池电解液添加剂行业发展概况及发展趋势面临的机遇挑战
发布日期:2022-07-05 09:51:36

锂电池电解液添加剂行业发展概况及发展趋势面临的机遇挑战

1、锂电池电解液添加剂的基本概念和分类

电解液添加剂一般不参与锂电池的电极反应,但可以大幅定向改善电解液的各项性能,帮助锂电池实现高能量密度、长循环寿命、高倍率性能、宽温度适用范围以及高安全性的优良特性,是锂电池电解液不可缺少的组成部分。目前电解液添加剂在全部电解液中的质量占比约为 5%,具有用量小、改良效果显著的特点。电解液添加剂的配比研究以及新型添加剂的研发与应用已经成为决定添加剂生产企业市场竞争力的核心技术之一。

不同类型的电解液添加剂能够对电池的不同性能进行定向改良,目前市场主流添加剂基于不同功能可分为成膜添加剂、过充保护添加剂、高低温性能改良剂、酸性中和剂及阻燃添加剂等:

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资料来源:普华有策

成膜添加剂凭借其优异性能成为锂电池电解液主要添加剂,其中碳酸亚乙烯酯(VC)与氟代碳酸乙烯酯(FEC)为最常用的成膜添加剂。

2、锂电池电解液行业概况

锂电池电解液是锂离子电池的核心组件,通常由电解质锂盐、高纯度有机溶剂和电解液添加剂在一定条件下按特定比例配置而成,作为离子传输、电荷传递的介质起到在正负极之间传导锂离子的作用,是锂电池能够保持高电压水平、高安全性与高能量密度等良好性能的关键。锂电池电解液对锂盐的选择十分严苛,需要考虑众多物理化学性质,目前以六氟磷酸锂(LiPF6)为主流电解质锂盐,具有综合性能相对最优、成本优势显著的特点。此外,为实现与加强锂电池的各项特性,需要通过在电解液中加入特定添加剂等方式对电解液的理化性质进行改良,以满足各类应用领域对锂电池性能的多样化需求。

2000 年以来,我国锂电池电解液行业的产品质量与产量均提升显著,2014年后我国新能源汽车产业发展迅速,锂电池电解液市场需求亦不断扩大,国产锂电池电解液市场占有率不断增加并逐步实现国产化、国际化,产品性能达到业界先进水平。随着对锂电池电解液性能、配比的持续研发与优化、大量新型添加剂的应用,未来有望对锂电池负极体积效应、热稳定性、高电压正极适配性等现有问题做出进一步改良,行业持续稳步发展。

3、锂电池电解液添加剂行业发展趋势

随着终端产品例如新能源汽车对锂电池的能量密度、倍率性能、循环寿命等性能不断提出更高要求;3C 产品对锂电池的小型轻量化、高温稳定性、充电效率和安全性方面的标准愈发严格;储能领域需要更多大容量、低成本、高效率、长寿命的大规模集中或分布式储能设备及系统以匹配数量日益增多的新建新能源发电设施等,电解液添加剂作为最经济有效提升电池性能的材料,将对新能源锂电池未来在更多先进领域的广泛应用起到关键作用,新型添加剂的开发与应用有望进一步提升锂电池的综合性能。

(1)多功能添加剂重要性提升

多功能添加剂为同时具有两种以上改良功能的添加剂,此类添加剂能够从多方面改善锂电池物化性能,能够显著降低锂电池成本、提升锂电池性能,是未来电解液添加剂研究开发的主要方向。部分多功能添加剂已经成熟应用并成为电解液主要添加剂之一,例如 VC、FEC 能够形成 SEI 膜保护电极之外,还能够降低低温环境下的电池内阻,提升电池的低温性能,同时也对电池循环性能有所提升;12-冠醚-4 在 PC 溶剂体系中能够增加锂离子导电性的同时还能够抑制锂离子与溶剂分子在电极界面的反应,对 SEI 膜进行进一步优化。

根据目前电解液体系的发展状况,在保证电解液电导率的前提下,能够形成优秀 SEI 膜且拥有其他附加改良效果的多功能添加剂将是近阶段锂离子电池跨越式发展的前提,也是未来行业主要关注与投入的重点。

(2)对添加剂安全稳定性提出更高要求

锂电池电化学性能的不断提高在加强了终端用户使用体验的同时也一定程度上带来了更高的安全性风险,强化锂电池安全稳定性能的添加剂自石墨体系锂电池投入实际应用起就是研究领域关注的重点。

由于目前锂电池主流电解液体系中通常会加入 DMC、DEC 等链状碳酸酯用于降低电解液粘度、提高锂离子运输效率,其挥发性高、闪点较低的特性是导致锂电池存在安全隐患的主要因素之一,当锂电池发生过充、短路等情况时会造成电解液溶剂与电极发生附加反应并大量放热,导致锂电池的燃烧或爆炸。

随着高电压、高能量密度锂电池生产技术逐渐成熟并投入使用,高电压下的大功率充放电过程将进一步加大电池自身的电化学反应放热量,提高电池发生过热、自燃的风险。如何开发使用高闪点、导电率高且不易燃的阻燃添加剂、防过充添加剂等新型安全添加剂也将成为新型添加剂的研发重点之一。

(3)添加剂新配方适配锂电池新体系

随着新能源汽车行业在补贴退坡政策的引导下逐步实现市场化,新能源汽车的市场渗透率亦不断提高,为占据更多市场份额,业内竞争也不断加剧,各大车企需要动力电池拥有更高的续航能力、充放电效率以加强产品竞争力。为实现锂电池性能突破技术瓶颈并得到进一步跃升,新电解液、电极体系的开发与应用是必然趋势,部分高性能锂电池体系亦需要更高比例的添加剂使用量来加强产品稳定性与安全性,添加剂生产企业需要尽快研发投产新型添加剂以及更新添加剂配方以适应锂电池技术体系的更新换代。

目前,国内外已经开始对酰胺基电解液、双氟磺酰亚胺锂盐 LiFSI、三炔丙基磷酸酯 TPP、锂金属负极等新型溶剂、电解质、添加剂及电极材料开展研究。

未来下游生产厂家对电解液添加剂的选择将会更加丰富,需求量将不断提高,市场前景广阔。

综上,未来电解液添加剂行业将以下游终端产品需求为基础进行产业技术升级,新型添加剂的开发将对新能源锂电池未来在更多先进领域的广泛应用起到关键作用,电解液添加剂的市场规模亦会伴随新能源锂电池的快速发展而持续增长,发展前景广阔。

4、行业面临的机遇与挑战

(1)机遇

1)国家产业政策支持

锂离子电池作为新能源汽车产业重要产品之一,国内陆续出台了一系列相关产业政策支持锂电池整体产业链的高质量发展。我国为实现“将二氧化碳排放量于 2030 年前达到峰值,并努力争取 2060 年前实现碳中和”这一目标,制定了一系列有力的政策和措施,大力推广新能源设备设施在实际生产生活中的应用。为切实保障、积极促进锂离子电池上下游行业的稳定发展,加快产业技术水平进步,国家与地方政府颁布《新能源汽车产业发展规划(2021-2035 年)》《绿色出行行动计划(2019-2022 年)》《产业结构调整指导目录(2019 年本)》等多项产业政策规划,位于产业链中游的电解液添加剂行业亦受到相关政策的大力支持。国家和地方政府的政策支持与鼓励明确了锂电池产业链的未来发展方向、提供了有利的政策环境。

2022 年 5 月 25 日,财政部印发《财政支持做好碳达峰碳中和工作的意见》称,将大力支持发展新能源汽车,完善充换电基础设施支持政策,稳妥推动燃料电池汽车示范应用工作;加大新能源、清洁能源公务用车和用船政府采购力度。2022 年 5 月 31 日,工业和信息化部等四部委发布通知,决定联合组织开展新一轮新能源汽车下乡活动。新一轮的国家政策支持将继续带动新能源汽车行业及其上游相关产业链的高质量发展,市场前景广阔。

2)新能源汽车行业快速发展

随着各个国家的碳排放政策逐渐严格,未来汽车市场电动化的趋势不断加强。统计数据显示,2021 年全球新能源汽车累计销量达 675 万辆,较 2020 年增长 108%,其中纯电动汽车占比 71%,国内新能源汽车市场的产销量增长尤为迅速,根据中国汽车工业协会《2021 年汽车工业经济运行情况》数据显示,2021 年我国新能源汽车累计销量达到 352.1 万辆,同比增长 157.5%,占全年汽车销量的 13.4%,预计未来五年我国新能源汽车产销增速将保持在40%以上,到 2025 年,我国新能源车销量占比将达到 20%-30%。受益于新能源汽车市场的快速发展,将带动上游锂电池原材料行业的市场需求,形成广阔的未来市场空间。

3)电解液添加剂需求旺盛

电解液添加剂是锂电池制造的主要原材料之一,新能源汽车行业的快速发展带动锂离子电池及上游添加剂的市场需求大幅提升。

4)锂电池产业链发展成熟

锂离子电池行业拥有成熟完善的产业链:上游原材料供应种类齐全、工艺成熟、质量可靠,能够充分保障下游生产需求;中游电解液溶剂、电解质和添加剂行业已经全面实现国产化,国内生产厂商占据了全球主要市场份额,生产研发技术处于全球领先地位;下游锂电池行业总体产业规模极大,产品广泛应用于新能源汽车、3C 产品、储能等领域,未来随着采用磷酸铁锂电池的储能系统的成熟与大规模应用,储能市场将有较大发展潜能。锂电池产业链上下游协同效应与规模效应显著,能够带动整体产业链发展升级,保持市场规模的稳定持续增长。

(2)挑战

1)锂电池技术迭代

随着行业竞争与市场发展,锂离子电池的技术迭代升级可能对现有的锂离子电池及其原材料产品与技术产生冲击,目前的主流锂电池原材料存在被替代的可能性,同时固态锂电池等新型电池的技术成熟亦可能导致 VC、FEC 等主流电解液添加剂的市场需求下降。面对锂电池技术的迭代风险,电解液添加剂企业需要持续坚持以技术创新为核心竞争力,加大技术研发投入,加强研发团队建设,完善人才引进与培养体系,丰富前沿电解液原材料生产技术储备,能够根据市场需求变化及时调整产品结构,始终保持市场领先地位。

2)业内企业竞争扩张产能占领市场

与快速增长的下游市场需求相比,添加剂生产供应能力严重不足,添加剂企业亟需改造升级现有产线、新建生产设备,尽快实现增产扩产,占据新增市场份额。为应对产能不足现状,主要添加剂生产企业开始投资扩产,新增产能在未来几年将逐步释放。同时,部分电解液厂商也开始加码布局上游添加剂产能,以完善纵向一体化布局、保障供应链稳定、降低生产成本,从而提升企业竞争优势。锂电池电解液添加剂行业的快速发展,吸引相关行业企业布局,未来添加剂行业市场竞争将进一步加剧。因此,生产企业的产能扩展速度,与下游客户的关系紧密程度,是增强市场竞争力的关键举措。

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