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，因為材料體系還處于技術(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，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。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?？爹i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的保障。