【研報】電力新能源行業：動力電池深度報告之中游篇電池血液~電解液 -20201230.pdf

1、1 證證 券券 研研 究究 報報 告告 行 業 研 究 行 業 研 究 行 業 深 度 研 究 行 業 深 度 研 究 電力新能源行業電力新能源行業 動力電池深度報告之中游篇：電池血液動力電池深度報告之中游篇：電池血液- -電解液電解液 投資要點：投資要點： 電解液是鋰電池四大材料之一，電解液是鋰電池四大材料之一， 是鋰電池正負極之間離子轉移的載體， 保障鋰電池內部電路通暢。電解液在電池總成本的占比一般在6%-8%，質量 占比約為15%，體積占比約為30%。電解液決定鋰電池的工作機制，也顯著 影響鋰電池的循環壽命、安全性、倍率性能等等。 電解液產業鏈。電解液產業鏈。電解液產業鏈涉及較多的化工產

2、品，其上游主要包括 氫氟酸、硫酸、碳酸鋰、磷酸等化工原料，中游為各式鋰鹽、脂類溶劑、 活化添加劑等，下游的主要應用場景以3C鋰電池、動力電池、儲能電池為 主。 電解液一般由溶質、溶劑、添加劑按一定比例配比而成。電解液一般由溶質、溶劑、添加劑按一定比例配比而成。其中，電解電解 液溶質液溶質成本占比最高，約為60%，因此溶質價格顯著影響電解液的價格。其 作用是保證電池在充放電過程中有充足的鋰離子實現充放電循環，目前使 用最為廣泛的溶質是六氟磷酸鋰；溶劑溶劑成本占比約30%，質量占比達80%以 上，目前主要使用的是碳酸酯類溶劑；添加劑添加劑成本占比10%，是電解液競爭 力差異化的主要來源之一。 固態

3、電解質是電解液行業未來的發展方向之一。固態電解質是電解液行業未來的發展方向之一。固態鋰離子電池是采 用固態電解質的鋰電池。從工作原理上看，固態鋰電池和液態鋰電池并沒 有本質區別，只是固態鋰電池的電解液為固態，用固態電解液替代原有的 電解液+隔膜，鋰離子的遷移場所從原來的液態電解液中轉為固態電解液 中，因此固態電解質是固態電池的核心。 固態電解質固態電解質的優缺點的優缺點。固態電解質相對液態電解液具有安全性高、兼 容高能量密度正負極材料、輕量化等特點，而安全性和高能量密度恰好是 未來鋰電池發展的主要方向；其主要缺點在于高成本、工藝繁瑣復雜、固 態電解質的高阻抗特性導致的低電導率和充放電效率低。

4、整體整體電解液電解液行業賽道格局穩定行業賽道格局穩定， 集中度逐步提高集中度逐步提高。 全球電解液產能70% 集中在中國，未來有望進一步提升，龍頭企業的合計產能占比超半數，且 目標產能擴張比例高于國外。國內CR3市占率從2019年的51.5%提高到了 2020年Q1的66%，CR5市占率也從2019年的71.8%提高到2020年Q1的 77.8%，電解液行業逆勢擴張趨勢明顯，龍頭企業不斷搶占市場份額并滲 透入全球主流電池企業供應體系。 風險提示： 疫情后新能源車銷量不及預期、 新能源政策出現重大變動。風險提示： 疫情后新能源車銷量不及預期、 新能源政策出現重大變動。 行業深度研究|電力新能源

5、2020 年 12 月 30 日 推薦推薦( (首次覆蓋首次覆蓋) ) 上次建議： 一年內行業相對大盤走勢一年內行業相對大盤走勢 相關報告相關報告 華福證券新能源之動力電池上游篇：礦產儲量 是行業核心 華福證券新能源之動力電池中游篇：能量核心- 正極 華福證券新能源之動力電池中游篇：離子載體- 負極 誠信專業 發現價值 請務必閱讀報告末頁的重要聲明 丨電力新能源 誠信專業 發現價值 2 請務必閱讀報告末頁的重要聲明 行業深度研究 正文目錄正文目錄 一、一、 電解液簡介電解液簡介 . 1 1 電解液定義電解液定義 . 1 1 電解液產業鏈電解液產業鏈 . 1 1 電解液的發展歷程電解液的發展歷程

6、 . 2 2 二、二、 電解液的主要成分電解液的主要成分 . 3 3 溶質溶質 . 3 3 六氟磷酸鋰六氟磷酸鋰 . 4 4 六氟磷酸鋰的制備六氟磷酸鋰的制備 . 5 5 溶劑溶劑 . 5 5 添加劑添加劑 . 6 6 電解液電解液技術技術指標指標 . 8 8 三、三、 固態鋰電池固態鋰電池 . 8 8 固態電解質分類固態電解質分類 . 8 8 無機物固態電解質無機物固態電解質 . 9 9 聚合物固態電解質聚合物固態電解質 . 9 9 固態電解質優點固態電解質優點 . 1010 3.2.1 3.2.1 安全性安全性 . 1010 3.2.2 3.2.2 能量密度高能量密度高 . 1010 固態

7、電解質缺點固態電解質缺點 . 1010 四、四、 電解液行業格局電解液行業格局 . 1111 圖表目錄圖表目錄 圖表圖表 1：電解液產業鏈：電解液產業鏈 . 1 圖表圖表 2：電解下游消費占比：電解下游消費占比 . 2 圖表圖表 3：電解液發展歷程：電解液發展歷程 . 3 圖表圖表 4：電解液的主要成分：電解液的主要成分 . 3 圖表圖表 5：六氟磷酸鋰的優缺點：六氟磷酸鋰的優缺點 . 4 圖表圖表 6：六氟磷酸鋰和雙氟磺酰亞胺鋰對比：六氟磷酸鋰和雙氟磺酰亞胺鋰對比 . 4 圖表圖表 7：六氟磷酸鋰的制備方式：六氟磷酸鋰的制備方式 . 5 圖表圖表 8：鋰電池溶劑要求：鋰電池溶劑要求 . 5

8、圖表圖表 9：不同溶劑的對比：不同溶劑的對比 . 6 圖表圖表 10：常用添加劑種類：常用添加劑種類 . 7 圖表圖表 11：常用添加劑產品：常用添加劑產品 . 7 圖表圖表 12：影響電解液：影響電解液技術技術指標的主要因素指標的主要因素 . 8 圖表圖表 13：聚合物固態電解質：聚合物固態電解質 . 9 圖表圖表 14：固態電池的優缺點：固態電池的優缺點 . 11 圖表圖表 15：國內龍頭電解液企業：國內龍頭電解液企業 2019 年產年產能和目標產能能和目標產能 . 11 圖表圖表 16：2019 年國內電解液企業市場份額年國內電解液企業市場份額 . 12 圖表圖表 17：2020 年年

9、Q1 國內電解液企業市場份額國內電解液企業市場份額 . 12 圖表圖表 18：主流電池上電解液主供：主流電池上電解液主供 . 12 圖表圖表 19：國內龍頭電解液企業：國內龍頭電解液企業 . 13 nMpQnNnQvMrQoRoPrMmRqO9PaO6MmOmMoMqQfQqRsQiNtQpObRoPrPNZsQzQNZmQuN 丨電力新能源 誠信專業 發現價值 1 請務必閱讀報告末頁的重要聲明 行業深度研究 一、一、 電解液簡介電解液簡介 電解液定義電解液定義 電解液是鋰電池四大材料之一， 是鋰電池正負極之間離子轉移的載體， 用來保障 鋰電池內部電路通暢。 電解液在電池中的成本占比一般在6%

10、-8%， 質量占比約為15%， 體積占比約為 30%。 電解液決定鋰電池的工作機制， 也顯著影響鋰電池的循環壽命、 安全性、倍率性能等等。 電解液基本性能要求需要滿足三個條件： 其一是提供足夠多的鋰離子實現其 “電 池血液的”作用；其二是在正極表面形成鈍化膜，抑制正極的腐蝕，保護正極材料； 其三是在負極表面形成 SEI 膜，提高負極材料的使用壽命。 電解液產業鏈電解液產業鏈 電解液產業鏈涉及較多的化工產品，其上游主要包括氫氟酸、硫酸、碳酸鋰、磷 酸等化工原料，中游為各式鋰鹽、脂類溶劑、活化添加劑等，下游以 3C 鋰電池、動 力電池、儲能電池為主。 圖表圖表 1：電解液產業鏈：電解液產業鏈 數據

11、來源：華福證券研究所 近年來， 隨著新能源汽車的大力發展， 動力電池電解液消費量占比已經接近 40%， 已經超越 3C 電池排名第一，3C 電池（手機、PC）電解液消費量排名第二，儲能電 解液消費量占比較低，但增速較快。 丨電力新能源 誠信專業 發現價值 2 請務必閱讀報告末頁的重要聲明 行業深度研究 圖表圖表 2：電解下游消費占比：電解下游消費占比 數據來源：高工鋰電、華福證券研究所 電解液的發展歷程電解液的發展歷程 電解液的發展歷程主要可以分為三個階段： 1990 年年-2002 年年：在 2000 年之前，中國電解液企業數量較少，電解液的生產商 主要是日、韓等少數國家的大型化工企業，進口

12、依賴度極高。2000 年以后，國內大 批電解液企業成立，其中就包括天賜材料、新宙邦、江蘇國泰等知名電解液公司，電 解液國產化進程逐步加快。 2003 年年-2014 年年：2003 年以后，國內電解液產量逐步上升，進入電解液國產化 階段，但電解液溶質六氟磷酸鋰仍然依賴進口。2010 年開始，多氟多、必康股份打 破外企壟斷格局，2011 年實現 200 噸/年量產，此后國產六氟磷酸鋰逐步占領市場， 到 2014 年，六氟磷酸鋰國產化率近 90%。 2014 年至今年至今：2014 年以后，國內新能源車汽車進入高速發展階段，帶動整個鋰 電池材料產業鏈快速上量，而國內的電解液產量增幅明顯，并且出現出

13、口日、韓，逐 步呈現國際化的趨勢。 目前，我國電解液產量占全球比重約超過目前，我國電解液產量占全球比重約超過 70%，新宙邦、天賜材料、江蘇國泰，新宙邦、天賜材料、江蘇國泰 等多個電解液品牌均已滲透入全球主流電池企業供應體系。等多個電解液品牌均已滲透入全球主流電池企業供應體系。 39% 25% 12% 6% 2% 16% 新能源汽車手機PC儲能電動自行車其他 丨電力新能源 誠信專業 發現價值 3 請務必閱讀報告末頁的重要聲明 行業深度研究 圖表圖表 3：電解液發展歷程：電解液發展歷程 數據來源：前瞻產業研究所、華福證券研究所 二、二、 電解液的主要成分電解液的主要成分 電解液一般由溶質、溶劑、

14、添加劑按一定比例配比而成，其中電解液溶質所占成 本比重最高，約占 60%，其作用是保證電池在充放電過程中有充足的鋰離子實現充 放電循環，溶質價格可以顯著影響電解液的價格溶質價格可以顯著影響電解液的價格；溶劑成本占比約 30%，質量占比 達 80%以上，目前主要使用的是碳酸酯類溶劑；添加劑成本占比 10%，是電解液競 爭力差異化的主要來源之一。 圖表圖表 4：電解液：電解液的主要成分的主要成分 數據來源：華福證券研究所 溶質溶質 溶質是電解液中鋰離子的供體。 電解液工作原理是靠溶質解離出來的帶正電荷的 陽離子和帶負電荷的陰離子在外電場作用下定向地向對應電極移動并在其上放電而 實現的，電解液導電屬

15、于離子導電，其大小隨溫度升高而增大。 丨電力新能源 誠信專業 發現價值 4 請務必閱讀報告末頁的重要聲明 行業深度研究 理想的溶質一般至少需要滿足兩個條件： 一是溶質能夠完全溶解在電解液的非水 溶劑中， 并且在溶解后電解液中的鋰離子需要有足夠大的遷移速率， 以滿足電解液的 電導率。 其二， 鋰鹽需要有較好的熱穩定性和電化學穩定性， 其溶解后釋放的離子不會在 陰極表面發生氧化分解； 陰離子和陽離子不與溶劑以及電池的其他材料發生化學反應， 以保證足夠的穩定性； 解離釋放的陽離子應環保低毒， 并且不與溶劑以及電池的其他 材料發生化學反應。 六氟磷酸鋰 目前國內最主流的電解液鋰鹽是 LiPF6（六氟磷

16、酸鋰） ，在常用有機溶劑中具有 適中的離子遷移數、適中的解離常數、較好的抗氧化性能和良好的鋁箔鈍化能力；同 時，氟和鋰結合組成電化學可逆電池，電勢最高達到 5.93V，電池比能量最高，且鋰 和氟兩元素的半徑極小。綜合來看，六氟磷酸鋰的性能強于其他鋰鹽，適合作為鋰電 池的電解液材料。 圖表圖表 5：六氟磷酸鋰的優缺點：六氟磷酸鋰的優缺點 優點優點 能夠在石墨負極上形成適當的 SEI 保護膜，保護負極；在正極集 流體形成保護膜，防止其溶解；在脂類溶劑中有較大的溶解度， 電導率和充放電性能良好；環保低毒。 缺點缺點 對水份敏感、熱穩定性差，電池性能在高溫環境下衰減嚴重，而 低溫環境下六氟磷酸鋰電導率

17、降低，電阻增大，即適用溫度范圍 較窄。 數據來源：公司公告、華福證券研究所 鑒于六氟磷酸鋰的缺點， 科研人員不斷嘗試新型鋰鹽的開發， 以期實現六氟磷酸 鋰的替代。目前，新型鋰鹽雙氟磺酰亞胺鋰已經初步實現工業化，其優點在于高低溫 性能優異以及更高的溶解度，但考慮到其制備難度較大，成本較高等因素，短期無法 大規模商業化，目前這類新型鋰鹽也可作為電解液添加劑少量使用。 圖表圖表 6：六氟磷酸鋰和：六氟磷酸鋰和雙氟磺酰亞胺鋰對比雙氟磺酰亞胺鋰對比 鋰鹽鋰鹽 優點優點 缺點缺點 六氟磷酸鋰六氟磷酸鋰 非水溶劑中溶解度適中、離子電 導率較高。協助正負極其表面形 成較為穩定的鈍化膜和 SEI 膜。 熱穩定性

18、差，易分解。 高能量密度環境表現 較差， 需要特殊添加劑 雙氟磺酰亞胺鋰雙氟磺酰亞胺鋰 單體能量密度和電導率高、高低 溫性能優良、水敏感度低，循環 壽命長、安全性能高。 技術難度大，成本高 數據來源：公司公告、華福證券研究所 綜合考慮，預計今后較長一段時間內，六氟磷酸鋰仍然是大規模使用的唯一電綜合考慮，預計今后較長一段時間內，六氟磷酸鋰仍然是大規模使用的唯一電 丨電力新能源 誠信專業 發現價值 5 請務必閱讀報告末頁的重要聲明 行業深度研究 解質鹽。解質鹽。 六氟磷酸鋰的制備 六氟磷酸鋰的制備工藝較為復雜。其性質十分不穩定，60左右發生分解，也 極易潮解，因此產品制備時需在無水氟化氫、低烷基醚

19、等非水溶劑中進行。動力電池 電解液對六氟磷酸鋰的純度、穩定性、一致性要求非常高，同時，六氟磷酸鋰生產過 程涉及低溫、強腐蝕、無水無塵等苛刻工況條件。 六氟磷酸鋰的制備方法主要有 4 種：氣固反應法、離子交換法、有機溶劑法和氟 化氫溶劑法。 氣固反應法是早期制備方法，對設備密封要求較高，產品純度較低，難以實現大 規模工業化生產；離子交換法和有機溶劑法均有產品雜質較多的缺點。目前，氟化氫 法是國內生產六氟磷酸鋰的主要工藝，占比超過 80%以上，以森田化工和多氟多氟 化氫溶劑法為主。 圖表圖表 7：六氟磷酸鋰的制備方式：六氟磷酸鋰的制備方式 優點優點 缺點缺點 氣固反應法氣固反應法 制備方法簡單 設

20、備密封性要求高，需惰性氣 體保護，產品純度低 離子交換法離子交換法 減少 PF5的使用量 產品雜質較多 有機溶劑法有機溶劑法 不使用氟化氫，所得溶液可 直接用于鋰電池 產品雜質較多 氟化氫溶劑法氟化氫溶劑法 便于控制、純度高 腐蝕性強 數據來源：CNKI、華福證券研究所 溶劑溶劑 在傳統電池中，電解液均采用以水為溶劑的電解液體系。但是，由于水的理論分 解電壓只有 1.23V，即使考慮到氫或氧的過電位，以水為溶劑的電解液體系的電池的 電壓最高也只有 2V 左右，而使用有機溶劑可以達到 5V，因此目前電解液溶劑均使 用有機溶劑。 電解液溶劑必須在低電位下穩定并且不與鋰發生反應； 同時， 為了保證溶

21、質的充 分溶解以獲得足夠高的電導率，有機溶劑的極性必須足夠高。 圖表圖表 8：鋰電池溶劑要求：鋰電池溶劑要求 數據來源：CNKI、華福證券研究所 高介電常 數 較高的離 子電導率 液態溫度 范圍寬 化學性質 穩定，污 染小 丨電力新能源 誠信專業 發現價值 6 請務必閱讀報告末頁的重要聲明 行業深度研究 鋰離子電池電解液中常用的溶劑主要有兩大類： 其一是環式碳酸酯， 主要包括碳 酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯（PC） ，這類碳酸酯介電常數高，化學性質穩定，且可以 用來制備 DMC； 其二是鏈式碳酸酯,主要包括碳酸二乙酯(DEC)、 碳酸二甲酯(DMC)、 碳酸甲乙酯(EMC)等，此類碳酸酯有較高

22、的溶解度，電導率高且成本低。 目前市場上的鋰電池電解液以碳酸二甲酯（DMC）為主，或采用碳酸二甲酯+碳 酸乙烯酯為主的混合溶劑。 混合溶劑是優化電解液體系的重要途徑， 借助不同的溶劑 體系提高電解液的整體效率和穩定性。 圖表圖表 9：不同溶劑的對比：不同溶劑的對比 分類分類 溶劑溶劑 特點特點 主要應用主要應用 環式碳酸酯環式碳酸酯 碳酸乙烯酯（EC） 碳酸丙烯酯（PC） 介電常數高、電導 率高、低溫性能好、 循環性能好 電解液、制備 DMC 鏈式碳酸酯鏈式碳酸酯 碳酸二甲酯（DMC） 碳酸二乙酯（DEC） 碳酸甲乙酯（EMC） 粘度低、溶解度高、 電化學性質穩定 電解液、DMC 可制備 DE

23、C 和 EMC 數據來源：CNKI、華福證券研究所 目前市場上的鋰電池電解液以碳酸二甲酯（DMC）為主，或采用碳酸二甲酯+碳 酸乙烯酯為主的混合溶劑。 混合溶劑是優化電解液體系的重要途徑， 借助不同的溶劑 體系提高電解液的整體效率和穩定性。 碳酸二甲酯（碳酸二甲酯（DMC） ：DMC 是一種無毒、環保的化工原料，下游應用廣泛，涂 料、油墨、粘結劑等行業消費量占比超過 50%。國內的 DMC 企業經過多年的發展， 產能規模和產量具有領先地位。 DMC 傳統的生產路線為光氣法，但是由于光氣的高毒性和腐蝕性以及氯化鈉排 放的環保問題而使得這一路線正逐漸被淘汰。 目前， 國內普遍采用的合成路線主要是

24、酯交換生產工藝，占比達到 90%以上，其主要原料為環氧丙烷和二氧化碳。 環氧丙烷（簡稱 PO）是重要的有機化工原料，其衍生的精細化學品幾乎應用于 所有工業部門和日常生活中，我國 PO 終端應用領域比較集中，主要在家具、冰箱、 汽車三大領域。 受環保因素影響，環氧丙烷的供給一直較為緊張。目前，業內已有利用環氧乙烷 聯產碳酸二甲酯/乙二醇的工藝，該工藝兼具成本和環保優勢。此外，單一溶劑或許此外，單一溶劑或許 不能完全滿足電解液對溶劑的諸多要求，可以使用二元混合溶劑。不能完全滿足電解液對溶劑的諸多要求，可以使用二元混合溶劑。 添加劑添加劑 電解液添加劑是指為改善電解液的電化學性能和提高陰極沉積質量而

25、加入電解 液中的少量添加物， 一般是一些天然或人工合成的有機或無機化合物， 能改善電解液 丨電力新能源 誠信專業 發現價值 7 請務必閱讀報告末頁的重要聲明 行業深度研究 的電導率、倍率性能、阻燃性能等。 添加劑需要滿足以下幾個條件：一是用較少的量能改善電池的一種或多種屬性； 二是易融于有機溶劑，且不與電池其他材料發生反應，不影響電池其他性能；三是價 格相對較低，無毒或低毒。 電解液添加劑用量一般很小， 但卻是電解質體系中不可缺少的部分。 隨著新能源 汽車的發展，動力電池不斷向高電壓、高能量密度發展，給添加劑帶來新的需求和挑 戰。根據添加劑的主要功能，可以把添加劑分為成膜添加劑、電導率添加劑、

26、阻燃添 加劑、過充保護添加劑、多功能添加劑等。 圖表圖表 10：常用添加劑種類：常用添加劑種類 添加劑種類添加劑種類 功能功能 SEISEI 成膜添加劑成膜添加劑 協助正負極形成 SEI 膜、減少電池材料分解，提高循環壽命。 導電添加劑導電添加劑 提高導電率、增強電池性能、提高能量密度。 阻燃添加劑阻燃添加劑 降低電池放熱值和自然率，增加電池穩定性，減少電池過熱爆 炸的幾率。 過充保護添加劑過充保護添加劑 形成合適的電勢，使其處于終止電壓和電解液電壓之間，減少 電池因過充引發的問題。 控制電解液水和控制電解液水和 HFHF 含量的添加劑含量的添加劑 控制電解液中水和 HF 的含量，減少六氟磷酸

27、鋰的分解，保護 SEI 膜。 高低溫添加劑高低溫添加劑 提高電池在高低溫環境下的充放電和循環性能， 可拓寬鋰電池 使用范圍。 多功能添加劑多功能添加劑 同時具備多種功能的添加劑。 數據來源：高工鋰電、華福證券研究所 目前高鎳三元鋰電池存在熱穩定性差、 吸水性強等缺點， 部分添加劑可以降低電 極表面活性、改善界面相容性，例如 LiODFB 能提高高低溫性能，略微提高鋰電池的 比容量； LiFSI作為新型鋰鹽的一種， 也可以作為新型添加劑使用； 此外， 還有LiBOB、 TMSP 等多種添加劑都能顯著改善鋰電池的各項性能指標。 圖表圖表 11：常用添加劑產品：常用添加劑產品 數據來源：公司公告、華

28、福證券研究所 丨電力新能源 誠信專業 發現價值 8 請務必閱讀報告末頁的重要聲明 行業深度研究 添加劑已經成為電解液差異化的主要途徑之一， 差異化帶來的產品附加值提升是 電解液產商核心競爭力之一。 電解液電解液技術技術指標指標 電解液的主要技術指標為電導率和純度。首先，關于電導率。作為鋰電池內部離 子運動的載體， 電解液的電導率決定了電池的內阻和倍率性能。 影響電導率因素較多， 總體來說鋰鹽濃度和溶解度、溶劑的介電常數和粘度對導電率影響較大。其次，純度 主要指生產工藝中對水、氫氟酸、金屬雜質的提純程度，即除雜能力。 圖表圖表 12：影響電解液：影響電解液技術技術指標的主要因素指標的主要因素 電

29、解液指標電解液指標 鋰鹽的影響因素鋰鹽的影響因素 電導率電導率 濃度濃度 溶解度溶解度 一般來說，鋰鹽溶質濃度越高，電導率越高。 但是，過高濃度會增加離子復合幾率從而降低 其電導率，因此溶質濃度配比需要嚴格控制。 鋰鹽溶質溶解度越 高，離子解離越容 易，電導率越高 純度純度 溶劑的影響因素溶劑的影響因素 水水 氫氟酸氫氟酸 金屬雜質金屬雜質 水與鋰鹽反應生成 氫氟酸， 破壞負極的 SEI 膜，降低電池的 循環壽命。 氫氟酸與鋰鹽反應生成 氟化鋰沉淀，消耗電解 液鋰離子，影響電池性 能和充放電效率。 金屬雜質嵌入負極 中占用鋰離子的嵌 入位置，影響電池 充放電效率。 數據來源：華福證券研究所 除

30、了電導率和純度以外，電解液還需要滿足安全性、環保、制備成本低等多種生 產工藝特性，目前已有的溶質、溶劑或不能完全滿足其所有特性，因此部分電解液還 需要加入添加劑來改善電解液的性能。 三、三、 固態鋰電池固態鋰電池 目前鋰電池電解液絕大多數都是液體電解液， 但是液態電解液存在以下諸多問題。 首先，液態電解液質量密度較低，需要大量有機溶劑作為溶劑，質量較大，難以 滿足電池輕量化的需求；其次，液態電解液低溫運行不暢，-20以下電池容量快速 下降，影響消費者體驗，導致里程焦慮；最后，液態電解液主要是有機溶劑，40 以上容易發生副反應，氧化、產氣及自燃等化學反應概率大幅增加，對鋰電池的安全 性造成極大的

31、隱患。 鑒于液態電解液的弊端， 固態電解質或將成為未來鋰電池發展方向之一。 固態鋰 離子電池是采用固態電解質的鋰電池， 從工作原理上看， 固態鋰電池和液態鋰電池并 沒有本質區別，只是固態鋰電池的電解液為固態，用固態電解液替代原有的電解液+ 隔膜， 鋰離子的遷移場所從原來的液態電解液中轉為固態電解液中， 因此固態電解質 是固態電池的核心。 固態電解質分類固態電解質分類 丨電力新能源 誠信專業 發現價值 9 請務必閱讀報告末頁的重要聲明 行業深度研究 目前較為常見的固態電解質可以分為無機物固態電解質和聚合物固態電解質兩 大類。 無機物固態電解質無機物固態電解質 無機物固態電解質主要包括氧化物和硫化

32、物。 氧化物電解質在實驗室中取得一定的進展，主要為薄膜電池中的 LiPON 型電解 質、鋰玻璃態電解質等等?？傮w來說，氧化物電解質均存在分解電壓和離子導電率較 低、通道口徑不一等缺點，因此暫時沒有取得突破性進展。 硫化物電解質比氧化物電解質具有更小的電負性， 對離子束縛較小， 離子遷移更 順暢，同時硫化物電解質孔徑更大，形成的離子通道更加穩定，相對氧化物電解質來 說在導電率方面有較大的改善，但其具有初始容量較低、熱穩定性較差、易吸潮等缺 點。 相對于聚合物固態電解質來說， 無機物固態電解質研發進展較緩， 目前多為實驗 室狀態下的研發工作，尚無法商業化。 聚合物固態電解質聚合物固態電解質 聚合物

33、固態電解質由高分子主體物和金屬鹽兩部分復合而成。 目前聚合物固態電 解質主要以經典的聚氧乙烯（PEO）及其衍生物為主，PEO 相對別的聚合物有更高 的解離鋰鹽的能力， 有更高的導電率。 利用聚合物固態電解質需要考慮離子半徑和離 子通道的匹配程度，同時對致密度、孔隙率也有很高的要求，制備工藝極高。 但 PEO 聚合物固態電解質體系有很大的局限性，PEO 具有結晶度高、 熔點低的 性質導致加工溫度范圍窄、 氫氧化物滲透率低以及較差的界面穩定性等缺點， 這大大 限制了堿性固體聚合物電解質的應用范圍。近年來， 對 PEO 的研究主要集中在 PEO 的改性上，以求降低其結晶度。目前已經有寧德時代、SEE

34、O 等企業實驗或試產固態 電池，其他新型聚合物也在研發中，如高分子凝膠聚合物、單離子傳導（SPE） 、納 米復合導體等等。 圖表圖表 13：聚合物固態電解質：聚合物固態電解質 種類種類 優點優點 缺點缺點 高分子凝膠聚合物高分子凝膠聚合物 力學強度和電導率不可兼得 不是完全固體， 屬于凝膠 狀， 需要配合少量溶劑使 用、 缺乏足夠的力學完整 性、溶劑吸收過度等。 兩相聚合物電解質兩相聚合物電解質 （DPEDPE） 適當兼顧力學強度和電導率 分拆兩相、 制備方式困難 單離子傳導（單離子傳導（SPE)SPE) 單離子導體比雙離子導體的電導 率變化平穩，放電電流更為穩定 直流電狀態下影響電導 率 納

35、米復合導體納米復合導體 電解質界面穩定，電導率高、熱穩 定性好 納米顆粒較難均勻分散， 團聚納米離子易失效 數據來源：CNKI、華福證券研究所 丨電力新能源 誠信專業 發現價值 10 請務必閱讀報告末頁的重要聲明 行業深度研究 固態電解質優點固態電解質優點 未來固態電池最大的優勢體現在兩大方面： 一是安全性， 二是能量密度高且輕量 化。 3.2.1 安全性安全性 傳統鋰電池采用液態有機電解液， 在過充、 短路的情況下容易引發電池電解液泄 露，電池過熱引發的脹氣、自燃甚至爆炸，安全性能有所欠缺。而固態電解質多數采 用不可燃燒的材質，具有耐高溫、抗腐蝕、低毒性、抗撞擊等特點，降低電池組對溫 度的敏

36、感性，極大地提高了鋰電池的安全性能；并且，固態鋰電池在提供離子通道的 同時還兼任隔膜的功能，避免正負極的直接接觸，減少電池短路的情況。 3.2.2 能量密度高能量密度高 適配高能量密度的正極材料適配高能量密度的正極材料。 固態電解質有很高的電化學性質， 配合高壓正極材 料可以大幅提高電池的能量密度，目前使用的液態電解液多數只能達到 4.35V-4.45V， 繼續提高電壓穩定性會大幅下降， 液態電解液是限制高容量電池的原因之一。 固態電 解質的上限電壓有望達到 5V，配合目前的高鎳三元 811 或者 NCA 使用能有效提高 電池容量。 適配金屬鋰負極適配金屬鋰負極。 理論上， 鋰金屬單質具有最低

37、的標準電極電勢和非常高的理論 比容量，是鋰電池負極材料的首選；同時，鋰金屬負極自帶鋰離子可以搭載容量密度 更高的不含鋰的鋰硫電池，理論能量密度更高。 然而，它在充放電過程中容易產生枝晶，形成“死鋰” ，降低電池效率，刺穿隔 膜造成短路的話會造成嚴重的安全隱患，目前尚無解決辦法。 利用液態電解液配合金屬鋰負極，無法形成穩定的 SEI 膜，也無法解決體積膨 脹的問題，導致電池內阻增大、容量衰減。如果改用固態電解質，則可以有效避免金 屬鋰負極和電解液發生反應； 同時， 利用固態電解液的固體性質限制鋰負極的膨脹系 數，提高電池的首充效率和循環壽命，因此固態電池與金屬鋰負極有更好的兼容性， 是未來超高容

38、量鋰電池的發展方向之一。 輕量化。輕量化。 傳統鋰電池需要使用電解液和隔膜， 若用固態電解質取代可以大幅減少 電池的體積和質量， 由于其安全性突出， 可以減少組裝殼體、 串聯部件等材料的使用， PACK 包也將縮小，有利于電池系統的輕量化。 固態電解質缺點固態電解質缺點 固態電解質的主要缺點在于高成本、 工藝繁復復雜， 以及固態電解質的高阻抗特 性導致的低電導率和充放電效率低。 高成本高成本、工藝復雜工藝復雜：不論是無機物固態電池還是有機聚合物固態電池，整體的成 本都遠高于目前的液態電解液鋰電池， 同時在制備過程中， 固態電解質還需要用到各 類復雜的工藝，生產速度慢，短期無法形成有效的規模生產

39、和商業化應用，屬于推廣 初期和遠期技術儲備。 丨電力新能源 誠信專業 發現價值 11 請務必閱讀報告末頁的重要聲明 行業深度研究 高阻抗高阻抗、低電導率低電導率、充放電速度慢充放電速度慢：目前固態電解質的電導率遠遠低于液態電解 液的水平，離子傳導效率低。高阻抗、低電導率導致電解質導鋰能力差，無法順暢而 快速的在正負極之間運送鋰離子， 整體固態電池的電池倍率性能偏低， 即使在高壓的 狀態下充放電效率也大打折扣，這個缺陷需要一定的技術突破來解決。 圖表圖表 14：固態電池的優缺點：固態電池的優缺點 數據來源：鉅大鋰電、華福證券研究所 當前當前，固態電池在安全性固態電池在安全性、兼容高能正負極兼容高

40、能正負極、輕量化方面較傳統鋰電池有顯著輕量化方面較傳統鋰電池有顯著 優勢優勢，是，是可能的鋰電池替代技術可能的鋰電池替代技術，但其缺點也很明顯但其缺點也很明顯，還，還需要一段時間的技術突破需要一段時間的技術突破 和積累和積累，短期無法影響傳統鋰電池的地位短期無法影響傳統鋰電池的地位。 四、四、 電解液行業格局電解液行業格局 全球電解液產能全球電解液產能 70%集中在中國，未來有望進一步提升。集中在中國，未來有望進一步提升。2019 年，海外主要電 解液廠商的產能合計約為 17 萬噸，國內電解液企業產能合計超過 43 萬噸，國內占 比約 70%，扣除低端產能，龍頭企業的合計產能占比超半數，且目標

41、產能擴張比例 高于國外。 圖表圖表 15：國內龍頭電解液企業：國內龍頭電解液企業 2019 年產能和目標產能年產能和目標產能 企業企業 20192019 年產能（萬噸）年產能（萬噸） 目標產能（萬噸）目標產能（萬噸） 天賜材料天賜材料 8.25 45 新宙邦新宙邦 5.25 15.5 江蘇國泰江蘇國泰 3 11 東莞杉杉東莞杉杉 4 4 天津金牛天津金牛 1 4 合計合計 21.5 79.5 數據來源：公司公告、華福證券研究所 國內電解液行業集中度不斷提升， 電解液行業逆勢擴張趨勢明顯， 龍頭企業不斷 搶占市場份額。 2020 年 CR5 市占率創下新高， CR5 市占率從 2019 年的 7

42、1.8%提高 到 2020 年 Q1 的 77.8%；國內 CR3 市占率從 2019 年的 51.5%提高到了 2020 年 適配高能適配高能 量密度的量密度的 正極材料正極材料 適配金屬適配金屬 鋰負極鋰負極 安全性高安全性高 優點 輕量化輕量化 高成本高成本 工藝復雜工藝復雜 缺點 高阻抗高阻抗 低電導率低電導率 丨電力新能源 誠信專業 發現價值 12 請務必閱讀報告末頁的重要聲明 行業深度研究 Q1 的 66%。 目前我國多個電解液品牌進入韓國電池企業供應鏈， 高端化電解液產品、 電解液 供應鏈與產業鏈的優化仍然具備較大投資價值。目前，新宙邦、天賜材料等頭部電解 液企業均已滲透入全球主

43、流電池企業供應體系。 圖表圖表 18：主流電池上電解液主供：主流電池上電解液主供 國內國內 國外國外 CATLCATL ATLATL 比亞迪比亞迪 國軒高科國軒高科 億緯鋰能億緯鋰能松下松下 LGLG 三星三星 電池出貨電池出貨 量合計量合計 （GwhGwh） 40.00 16.40 11.40 3.40 2.35 40.00 35.00 15.00 電解液需電解液需 求 （萬噸）求 （萬噸） 4.6 1.6 1.6 0.5 0.3 4.0 3.5 1.5 主供主供 天賜、新 宙邦、國 泰，其中 天賜占比 60% 宇部、 三 菱、 天賜 新宙 邦、天 賜 杉杉、天 賜 新宙邦、 杉杉、天 賜

44、三菱、 天賜 新宙邦、 天賜、 三 菱、 國泰 三菱、 金牛、 新宙邦 數據來源：高工鋰電、華福證券研究所 隨著新能源汽車的高速發展，上游電解液出貨量也在逐步增長。但受到六氟磷 酸鋰價格下滑的影響，直到 2020 年 7 月份之前整體電解液市場增量不增值；2020 年 8 月份之后，六氟磷酸鋰供給緊張，價格見底回升；進入 12 月，部分六氟磷酸鋰 報價已經達到 12 萬每噸，較底部反彈 40%以上?？紤]到擴產周期，預計 2021 年六 氟磷酸鋰市場供需格局依然偏緊，價格還有上行的可能，市場看多意愿較強。六氟 磷酸鋰占電解液成本約 60%，隨著六氟磷酸鋰價格的回升帶動電解液價格的回升， 整體市場

45、規模增速將顯著增長。 隨著新能源汽車的高速發展，上游電解液出貨量也在逐步增長。但受到六氟磷 酸鋰價格下滑的影響，直到 2020 年 7 月份之前整體電解液市場增量不增值；2020 年 8 月份之后，六氟磷酸鋰供給緊張，價格見底回升；進入 12 月，部分六氟磷酸鋰 報價已經達到 12 萬每噸，較底部反彈 40%以上?？紤]到擴產周期，預計 2021 年六 氟磷酸鋰市場供需格局依然偏緊，價格還有上行的可能，市場看多意愿較強。六氟 磷酸鋰占電解液成本約 60%，隨著六氟磷酸鋰價格的回升帶動電解液價格的回升， 整體市場規模增速將顯著增長。 圖表圖表 16：2019 年國內電解液企業市場份額年國內電解液企

46、業市場份額 圖表圖表 17：2020 年年 Q1 國內電解液企業市場份額國內電解液企業市場份額 數據來源：高工鋰電、華福證券研究所 數據來源：高工鋰電、華福證券研究所 天賜材料天賜材料 新宙邦新宙邦 江蘇國泰江蘇國泰 杉杉杉杉 珠海賽維珠海賽維 汕頭金光汕頭金光 其他其他 天賜材料天賜材料新宙邦新宙邦江蘇國泰江蘇國泰杉杉杉杉 珠海賽維珠海賽維汕頭金光汕頭金光其他其他 天賜材料天賜材料 新宙邦新宙邦 江蘇國泰江蘇國泰 杉杉杉杉 珠海賽維珠海賽維 汕頭金光汕頭金光 其他其他 天賜材料天賜材料新宙邦新宙邦江蘇國泰江蘇國泰杉杉杉杉 珠海賽維珠海賽維汕頭金光汕頭金光其他其他 丨電力新能源 誠信專業 發現價值 13 請務必閱讀報告末頁的重要聲明 行業深度研究 圖表圖表 19：國內龍頭電解液企業：國內龍頭電解液企業 企業企業 主營業務主營業務 公司亮點公司亮點 天賜材料天賜材料 電解液+六氟磷酸鋰 電解液龍頭，目前出貨量市場規模第一，較 早進行縱向一體化布局，實現自產六氟磷酸 鋰，成本優勢突出。 新宙邦新宙邦 電解液 國內電解液出貨排名前列，積極布局一體化 補齊六氟磷酸鋰產能短板，逐步匹配自身產 能。 多氟多多氟多 六氟磷酸鋰 公司六氟磷酸鋰產量位列全球第一，受益六 氟磷酸鋰價格觸底回升帶來的業績彈性。 數據來源：華福證券研究所