氨基磺酸钴生产(锂电池电解液行业研究：三元锂电高镍化，LiFSI呈现高成长空间)

Posted 2023-05-30

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氨基磺酸钴生产(锂电池电解液行业研究：三元锂电高镍化，LiFSI呈现高成长空间)

（报告出品方/作者：财通证券，毕春晖）

1.新型锂盐LiFSI性能优异，有望打破LiPF6“垄断”地位

1.1.锂离子电池发展迅速，LiPF6“垄断”电解质

锂离子电池主要由正极材料、负极材料、电解液、隔膜四大部分组成。电解液是锂离子电池的关键原材料之一，是锂离子电池的“血液”，在电池正负极之间起到传导输送能量的作用，是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证，其成本约占锂离子电池生产成本的 5%-10%左右。电解液一般由高纯度有机溶剂、电解质、添加剂等材料在一定条件下，按一定比例配制而成，电解质占据重要位置。

锂电发展带动电解液需求快速增长。据工信部统计，2021 年我国全年锂电产量达 324GWh，同比 2020 年增长 106%。锂电池产量的快速上涨带动电解液的需求持续增加。过去五年，我国电解液产能和产量持续上涨，其中产量从 2017 年的 11.92 万吨增长至 2021 年的 47.93 万吨，年复合增速达 41.61%。同时，产能利用率也有所上涨，扩产逐步趋于理性。

动力电池是电解液下游最大应用方向。根据锂离子电池下游应用领域不同，可将其分为三个主要板块：即动力电池、消费电池以及储能电池，其中动力电池多用于新能源车等产品，单品（单辆车）消耗量较高，因此也是锂电和电解液等相关产品最大的应用领域。国内动力电池领域电解液消费量约占总量的 60%，消费锂电其次。

锂盐是配制电解液关键的一环，LiPF6在锂盐应用中独占鳌头。电解液实际上就是电解质（可简称为锂盐）溶于适合的有机溶剂中，再加少量的功能性添加剂合成的，电解质的性质影响着产品的导电性、安全性等。锂电发展至今，已经出现过多种锂盐，包括 LiClO4、LiPF4、LiAsF6、LiPF6等，其中 LiPF6具有较好的离子电导率和电化学稳定性，同时在一些特定电解液中能够形成对集流体和石墨负极均有保护作用的电解质界面而被广泛应用，目前 LiPF6仍占据主导地位。

1.2.LiFSI性能优异，更适配快充高续航等发展需求

LiPF6存在诸多问题，限制其拓展应用场景。首先，LiPF6对水非常敏感，在水含量超过 1×10-5时就会发生反应生成 HF，腐蚀电池内部器件，减少电池使用寿命，因此对环境水含量要求较高。其次，LiPF6高温性能差。有研究表明，相比于未处理的 LiPF6，在 85℃下储存后再用于组装得到的电池容量有明显的下降，阻碍了高温环境下的应用。另外，LiPF6倍率性能差，难以适用于需要快充场景下的应用。这些弊端亟待解决，为了拓宽应用场景需要开发新型锂盐。

LiFSI 性能优异，与快充、高续航等需求更加适配。针对上述 LiPF6的性能短板，目前已经开发出多种新型锂盐，其中双氟磺酰亚胺锂（即 LiFSI）发展最快，应用前景最佳。当前 LiFSI 主要作为电解液添加剂少量的与 LiPF6混合使用，整体用量较小。相较于 LiPF6而言，LiFSI 在电解液电导率、高低温性能、热稳定性、耐水解性、抑制气胀等方面更加优异，因此也被视为最有希望替代 LiPF6的锂盐之一。

当前锂电应用最广的是动力电池，因此部分电解液发展方向需适应动力电池的需求。一般来说动力电池（新能源车）有两大诉求：高续航和快充。现有研究结果表明，一方面掺杂 LiFSI 的电解液拥有更强的导电性能（图 6a 中 LiFSI 部分或者全部替代 LiPF6后，电导率均有明显提升）；另一方面相比于 LiPF6，LiFSI 更适用于快充，即高倍率充电，在高倍率下运行可保持更高的电池容量（图 6b 中高倍率下以 LiFSI 为锂盐的电池克容量损失更少）。综合来看，LiFSI 具备提高添加量或替代 LiPF6的性能基础。

综合来看，LiFSI 在多个方面可弥补 LiPF6性能短板，有望打破 LiPF6锂盐“垄断”的地位。而生产技术难度大、生产成本高、腐蚀正极铝箔等问题曾一度限制了其应用推广。但是近年来供给端的技术不断升级、需求端的应用持续扩容，都在助推 LiFSI 加速推广。

2.供给端：国内企业突破生产技术，产能释放持续降本增效

2.1.国内合成工艺以氯磺酸法为主，竞争格局“一超多强”

1995 年，法国科学家 M.Armand 首次提出将 LiFSI 作为锂盐使用，直到 2012 年才由日本触媒确立其生产工艺并于次年实现工业化生产。我国起步较晚，直到 2017 年开始才有产能相继投产。

LiFSI 主要有两条合成路径：氯磺酸法和硫酰氟法，现以氯磺酸法为主。合成过程可以分为三个主要步骤：双氯磺酰亚胺的合成、氟化、锂化。氯磺酸法也包括两种不同原料的生产方法：以磺酰胺、氯化亚砜、氯磺酸为原料（天赐材料、多氟多采用）或以氯磺酸、氯磺酰异氰酸酯为原料（氟特电池采用）；而硫酰氟法则是以硫酰氟及氮化锂为原料，目前采用该法生产企业较少。氟化过程一般用氟化盐或氢氟酸；锂化过程一般用碱性锂或卤化锂。

国内外已有企业生产并销售 LiFSI，但整体规模不大，产能合计约 2.26 万吨。其中有 6 家产能在千吨以上，行业集中度高，CR3=80%，其中宁德时代控股子公司时代思康产能最大。根据各公司环评公示统计，大部分产能采用以氯化亚砜为原料的氯磺酸法。受限于产能规模、产能爬坡等因素影响，目前仅天赐材料出货量最高，多氟多、新宙邦、康鹏科技均有出货，呈现“一超多强”竞争格局。

多家企业规划产能建设。根据各家公司公告显示，无论是已经掌握技术的“老玩家”，还是新建项目的“新玩家”，纷纷加速产能布局，预计 2025 年前可投产，规划总产能约 20 万吨，加上现有产能共计约 22 万吨，CR3=62%，天赐材料成为最大供应商，行业集中度略有下降。但我们认为对于技术要求较高的 LiFSI，未来龙头将扩大领先优势，保持“一超多强”的竞争格局。

改进现有工艺，储存开发多种新型制备及回收技术。除了上述两种当前使用的氯磺酸法合成工艺外，多家企业和研究机构开始储存新型制备技术，通过缩短工艺流程、降低原材料单耗等方式对现有生产工艺进行改进，推动 LiFSI 进一步降本增效。

2.2.提高原料转化&减少三废排放，双重降低原料成本

LiFSI 售价高，抑制下游应用积极性。LiFSI 售价曾一度处于高位，最高价达 70 万元/吨，而高售价严重影响了下游厂商应用的积极性。根据鑫椤锂电数据，LiFSI 市场均价由 2017 年的 70 万元/吨的最高点下降至 2021 年的 40 万元/吨。主要是通过提高对原料及废弃物的综合利用以及工艺技术的改进，对成本进行有效控制，进而售价降低。

合成工艺中原料及溶剂利用率高，单程转化率有待提高。LiFSI 合成工艺以氯磺酸法为主，但所用原料有所不同。根据天赐材料和氟特电池两家企业披露公告可知，二者分别选用“氯磺酸+氨基磺酸+氯化亚砜+氟化氢”和“氯磺酸+氯磺酰异氰酸酯+氟化钾”为原料生产。通过原料和溶剂的进入产品量、循环量以及进入三废量计算可知，整体利用率均高于 94%，但部分原料单程转化率仍有提升空间，改进后可降低原料成本。

减少 LiFSI 三废排放量，制成副产外售降本。由于生产 LiFSI 的过程会产生含氟、氯、硫的污染物，单吨处理费超万元。对多家公司环评统计可知，主要的含氟污染物可制成氢氟酸（氟化氢）、含氯污染物大多制成盐酸（小部分制成氯化钙或氯化钾）、含硫污染物制成亚硫酸钠等副产品外售，在合理处理三废的同时增加营收，间接降低成本。因此预计在锂价回落、叠加工艺升级的双重作用下，单吨 LiFSI 原料成本可将至 7 万元左右。

当前锂源成本占比高。根据部分公司的环评公告显示，结合各原材料的单耗量和市场均价计算，分别得到各企业合成工艺的原料总成本，约 10.2、10.7、15.4 万元/吨。事实上，透过成本结构可以发现，各工艺原料总成本均超过 10 万元/ 吨，主要来源于高价的碳酸锂（氯化锂），且以氯化亚砜为原料成本更具优势。锂价自 2021 年 7 月开始持续上涨，相较去年同期上涨超 400%。根据国内外扩建及投产计划，预计短期内价格将维持高位，长期看会有小幅回落。

若锂源价格能够回落至 30 万元/吨左右，则上述企业原料成本可下降至约 7.0、 7.3、12.2 万元/吨，分别降低 31%、32%、21%，降幅明显，且以氯化亚砜为原料的工艺降本效果更为显著。

2.3.产量提升有效降低制造费成本

产能放量可有效降低制造费用。根据康鹏科技 2016-2021 年的数据可知，LiFSI 制造成本占总成本约 40%，单吨制造成本超 10 万元。以其每年的产量和制造费用计算得到 LiFSI 单吨制造成本，由 2016 年的 63 吨提升至 2021 年的 772 吨，产量十倍增长后，单吨制造成本实现减半下降。我们预测未来 LiFSI 的单吨制造成本可降至 7 万元，在碳酸锂等原料价格下降的情况下，预测综合总成本约 16 万元/吨。

综合来看，目前布局产能企业数量多，总产能规划较高，对于已经拥有生产能力的“老玩家”来说基本不存在生产技术壁垒，精力主要集聚在增强原料利用能力、优化工艺、回收利用等方面；对于规划建设的“新玩家”来说，建成装置、设备调整仍需一定时间，整体而言未来 LiFSI 的国产应用进程将加速推进。

3.需求端：高镍趋势推动LiFSI增长，主要原料氯化亚砜景气提升

3.1.锂电高镍化趋势明显，4680提前量产加速推广进程

三元锂电高镍化趋势明显，LiFSI 适配高镍电池。根据 GGII 统计数据计算，从 2018-2021 年我国高镍三元占比全部三元电池逐年增长，至 2022 年上半年占比接近 50%。这主要是下游产品对电池高续航的诉求、以及减少上游高价钴用量双重驱动的结果，未来高镍三元占比有望进一步提高。由于镍属于高活泼性元素，所以高含量镍会导致热稳定性变差，而 LiFSI 的化学稳定性和温度稳定性与高镍电池适配，显著优于 LiPF6，因此这一趋势将带动 LiFSI 需求增长。

多款适用于高镍的电池推出。2020 年 9 月，特斯拉推出的 4680 电池采用高镍 811 作为正极材料，续航性能优异，从稳定性角度考虑，LiFSI 与 4680 更适配。 2022 年 6 月，宁德时代发布麒麟电池并宣称整车续航达 1000 公里，10 分钟快充成可能，预计 2023 年量产上市。该款电池对三元材料或磷酸铁锂均兼容，电池系统质量能量密度更高，目前宁德时代并未公告电解液具体配方，但我们认为三元部分对 LiFSI 的添加量将高于 3%。自麒麟电池、4680 电池发布后多家车企先后“呼应”，包括理想、哪吒、路特斯等知名品牌。

高镍电池的推出将带动 LiFSI 用量提升，4680 提前量产将加速应用进程。由于麒麟和 4680 主要是为动力电池设计，而动力电池是目前需求最大、增速最快的下游，因此未来将是 LiFSI 最主要的应用领域。根据 EVTank 和 GGII 的统计和预测，2025 年全球锂电动力电池可达 1.5TWh。因此 LiFSI 需求一方面受益于锂电高速发展，锂盐需求持续增长；另一方面高镍的不稳定等问题促使 LiFSI 添加比例提高，部分型号电池用量或将超 10%（普通高镍三元约 3%）。我们以三元锂电占比、高镍占比等数据进行测算，预计到 2025 年 LiFSI 需求量可达约 16 万吨，市场规模有望达 400 亿元。特斯拉称 4680 将在 2022 年底前实现大规模生产，提前投产或将是一味“催化剂”，加速 LiFSI 扩大应用进程。

锂盐成本提升对电池整体成本影响有限。锂离子电池生产成本主要包括原材料、 PACK 费用及其他费用等，其中电解液包括溶质、溶剂、添加剂，以电解质成本占比最高，约 50%。根据 Bloomberg 数据，2021 年锂电池平均生产成本为 101 美元/KWh。以LiFSI和LiPF6的价格计算，假设电解质全部由LiPF6改为LiFSI，锂电生产成本上涨约3%。但实际应用中LiFSI用量并未达到与LiPF6同等水平，涨幅会小于 3%，因此对电池成本影响有限。

3.2.LiFSI需求增长带动氯化亚砜景气提升，长期来看供应偏紧

在现有的氯磺酸法生产原料中，氯化亚砜用量较高。目前氯化亚砜常见的合成工艺为二氧化硫气相法，产生的三废量相对较少。该工艺以液氯、二氯化硫、二氧化硫为原料，其中二氧化硫由硫磺自制，上游供给相对稳定。但是由于液氯具有强腐蚀性，对生产设备防腐要求很高，因此对于氯化亚砜后进入生产企业的投产存在一定限制。

新建项目获批难度大，市场份额向龙头集中。我国是氯化亚砜生产大国，现有产能合计共 53.4 万吨/年，其中凯盛新材为行业龙头，拥有 15 万吨/年装置，行业集中度高，CR5 为 70%。目前国内规划产能仅有 6 万吨，全部投产后产能约 60 万吨/年。规划产能少主要是因为政府文件将氯化亚砜纳入“两高一资”产品范围，落后工艺的项目申请难度大，扩建、生产准入门槛提高，因此未来氯化亚砜产能将有望进一步向龙头企业集中。

下游传统应用领域涨幅稳定，新兴应用增速较快。氯化亚砜下游主要用于生产染料（活性翠 K-GL 等）、食品添加剂（三氯蔗糖）、医药中间体（脑复新等）、农药（抗倒胺等）、新型锂盐（LiFSI）等产品，其中农药、医药、染料领域属于氯化亚砜传统应用领域，未来增速有限；而 LiFSI 和三氯蔗糖属于新兴应用领域，未来有望保持高速增长。

氯化亚砜景气度提升，长期来看或将趋向于供应偏紧。在氯化亚砜下游产品中，三氯蔗糖作为一种高质量、高安全性、非营养型高效甜味剂，是肥胖症、心血管疾病和糖尿病患者食品的最佳理想甜味替代品，预计到 2025 年需求量可达 2.5 万吨。以现有生产三氯蔗糖工艺计算，氯化亚砜总需求量约 18 万吨。结合上述对 LiFSI 的需求预测及原料单耗计算，综合预测氯化亚砜到 2025 年总需求量有望达 70 万吨。综合当前及规划产能，我们预计氯化亚砜未来或将供应偏紧。

3.3.LiFSI腐蚀铝集流体，多种“防腐”添加剂实现量产

LiFSI 腐蚀正极铝集流体原理说明。锂电由正负极材料、隔膜、电解液构成，其中正极材料需要涂覆在铝箔上，即铝集流体；负极材料需要涂覆在铜箔上，即铜集流体。虽然 LiFSI 性能优于 LiPF6，但是单独使用时会破坏正极中的铝箔。铝集流体被腐蚀大致分为两个步骤：首先铝箔表面的氧化铝保护膜被破坏，暴露出活性更高的铝层；然后铝在较高的电位下产生的氧化产物溶解到电解液中，深层的铝继续与 LiFSI 反应，铝不断流失造成腐蚀，降低电池的使用寿命。

利用“防腐”添加剂与铝箔生成具有保护作用的钝化膜。与 LiFSI 会腐蚀铝集流体不同的是，LiPF6与铝箔发生反应生成的 AlF3在有机溶剂中溶解度低，生成后可一直附着在铝箔表面防止内层铝被进一步腐蚀。因此针对这一特性，LiPF6、四氟硼酸锂（LiBF4）、二草酸硼酸锂（LiBOB）、二氟草酸硼酸锂（LiDFOB）等均被用于电解液添加剂保护铝箔，具有铝箔“防腐”功能。研究结果表明，使用适当剂量添加剂对铝箔有非常明显的保护效果。

在相同的电池体系中，使用相同剂量的不同添加剂，保护效果仍存在区别。现有研究表明，相同条件下铝电极在充放电首次循环产生的电流强度顺序为：LiFSI ＞ LiFSI+LiBOB＞ LiFSI+LiPF6 ＞LiFSI+LiBF4＞ LiFSI+LiDFOB＞LiPF6 （电流强度数值越大，代表铝电极腐蚀越严重）。结果表明，使用 LiDFOB 和 LiBF4效果接近，腐蚀程度较低；而添加 LiPF6后腐蚀程度有所降低，但仍需改进，三种物质均具备成为添加剂的性能基础。

因此针对保护效果最佳的 LiDFOB 和产能最充足的 LiPF6 开展进一步研究。结果表明，在循环 5 圈后 LiPF6组铝电极产生的电流强度下降为首圈一半的左右；而 LiDFOB 基本降为零，展现出十分理想的效果。因此我们认为从理论层面，二者均有望成为未来大规模使用 LiFSI 后可搭配的添加剂，同时也不排除未来 LiBOB、LiBF4等其他添加剂出现保护效果更好的方案。

部分添加剂已实现量产，可与 LiFSI 相互促进发展。上述多种添加剂中 LiPF6发展最快，技术最成熟，截止到 2022 年 8 月产能约 13.5 万吨/年；而其余添加剂总产能较低，仅有少数公司投产或开展研发工作，其中如多氟多、天赐材料、石大胜华等公司对多种添加剂均有布局。添加剂的量产 LiFSI 推广应用打下基础，而 LiFSI 反过来也可促进添加剂需求增长，二者相互促进。

高浓度锂盐可有效延缓铝箔腐蚀速度。研究表明，将锂盐与溶剂的比例从 1:10.8 提升为 1:1.1 后（锂盐用量上涨约 10 倍），经过 15 圈充放电循环，剩余容量从 ~150mAh/g 提升至~350mAh/g。虽然仍然有明显的容量损失，但是结果证明高浓度的锂盐确实对电池存在保护作用，具备理论基础及可行性，后续仍需改进。更换低溶解度溶剂阻碍铝箔腐蚀。由于 LiFSI 和 LiTFSI 结构相似，具有一定的参考意义。研究表明，以相同用量的 LiTFSI 作为锂盐，将溶剂由 PC（碳酸丙烯酯）更换为 MCP（3-氰基丙酸甲酯）后，对铝箔的保护起到明显效果，具备一定的可行性。

提高电解液浓度以及更换溶剂种类两种方法在研究过程中行之有效，但是仍处于研发验证阶段，均存在需要解决的不足之处，尚无投产迹象，目前仅作为技术储备。

4.重点企业分析

4.1.多氟多

氟化盐行业龙头，逐步转向锂电&半导体新材料。公司以铝用氟化盐为起点从事氟化工产品生产，上市后逐步切入以六氟磷酸锂为主的新能源相关材料和以电子级化学品为主的半导体相关材料，其中半导体级氢氟酸已获得台积电等龙头公司认证，成为公司未来的主要增长点之一。

公司深耕氟化工多年，积累了大量的锂盐生产经验，现已成为六氟磷酸锂行业龙头，技术和经验的优势可为新型锂盐 LiFSI 未来投产打下坚实基础。公司现有 LiFSI 产能 1600 吨/年，在建产能 1 万吨/年（一期、二期 3000 吨/年，三期 4000 吨/年），预计 2023 年可逐步投产。现有生产线建设时间较早，且使用的生产工艺相对落后，公司规划以新技术建设新产线，成本优势显著提升。我们推测公司未来新产线以生产为主，旧产线通过技改、试验等方式探索经验，在不影响主要产线生产的情况下保持不断改进的能力。另外公司还拥有 200 吨 LiBOB、100 吨 LiDFOB、100 吨 LiBF4产能，新建 1 万吨 LiPO2F2项目，布局了多种锂电添加剂。

4.2.天赐材料

公司以日化产品出身，逐步向锂电池材料发展，目前拥有日化材料及特种化学品、锂离子电池材料、有机硅橡胶材料三大业务板块，以锂离子电池材料为主。公司于 2021 年底电解液总产能约 23 万吨，已成为国内相关行业龙头企业。公司现有 LiFSI 设计产能 6400 吨/年，在建产能 7 万吨/年，是目前少有的出货量稳定在千吨级以上的公司。公司目前是锂电电解液行业龙头公司，产能约 25.6 万吨/年。公司自身拥有多数电解液上游原料，如锂盐 LiPF6、LiFSI；溶剂 DMC、 EC 等；多种添加剂 FEC、VC 等。公司主要生产液态锂盐并以自用为主，生产成本更具优势，且持续提高电解液一体化程度巩固自身领先地位。

4.3.凯盛新材

公司主营产品为氯化亚砜、芳纶聚合单体(间/对苯二甲酰氯)、对硝基苯甲酰氯、聚醚酮酮、氯醚等，建立了以氯、硫基础化工原料为起点，逐步延伸至中间体氯化亚砜，并进一步到高性能纤维芳纶的聚合单体间/对苯二甲酰氯、对硝基苯甲酰氯及其他芳香族酰氯产品，再到高性能高分子材料聚醚酮酮(PEKK)及其相关功能性产品的特色鲜明的立体产业链结构。

氯化亚砜全球龙头，未来供应或将趋向供应偏紧。LiFSI 需求增长，叠加新型甜味剂三氯蔗糖的带动，未来氯化亚砜需求量可达到 70 万吨。但由于氯化亚砜属于限制性投产产品，新建项目审批难，以现有及规划项目计算，未来供给端产能约 60 万吨/年，因此我们推测氯化亚砜将迎来景气度提升，且从长期角度来看趋向与供应偏紧。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）

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