
電解液新型添加劑M001指鋰電池電解液新型添加劑,一種有機化合物,分子式為C2H4O6S2。
電解液新型添加劑 P002指鋰電池電解液新型添加劑,一種有機化合物,分子式為C3H4O3S。
電解液新型添加劑 D003指鋰電池電解液新型添加劑,一種有機化合物,分子式為C2H4O4S。
1、電解液新型添加劑行業(yè)基本情況
根據(jù)電解液添加劑產(chǎn)品的發(fā)展歷程,可將添加劑分為常規(guī)添加劑和新型添加劑。
(1)常規(guī)添加劑情況
常規(guī)添加劑是指 VC、FEC 等在鋰電池行業(yè)發(fā)展初期出現(xiàn)的應用于 3C 領域的添加劑產(chǎn)品。之后隨著新能源汽車、儲能等行業(yè)的快速發(fā)展,動力和儲能電池需求提升,常規(guī)添加劑在動力和儲能電池中逐步應用并起量,以提高循環(huán)壽命、充放電效率等鋰電池性能。
近年來,隨著鋰電池行業(yè)的快速發(fā)展,鋰電池向高電壓、高比能、寬溫區(qū)、高功率、長循環(huán)、高安全性等方向發(fā)展成為行業(yè)共識,常規(guī)添加劑 VC、FEC、PS 的作用效果已經(jīng)難以滿足鋰電池的性能需求。
(2)新型添加劑情況
新型添加劑是指常規(guī)添加劑之外,以 MMDS、DTD、LiODFB、LiPO2F2 等為代表的,在鋰電池行業(yè)發(fā)展進程中出現(xiàn)的,主要應用于動力電池領域的,通過少量添加來提升鋰電池的高電壓、低溫循環(huán)、倍率性能等水平的添加劑產(chǎn)品。
根據(jù) EVTank 數(shù)據(jù),2020-2022 年,全國鋰電池電解液添加劑出貨總量中,新型添加劑出貨量占比由 12.7%上升到 14.5%。預計 2023 年至 2025 年新型添加劑出貨量占比分別為約 18%、22%、25%。
隨著鋰電池產(chǎn)業(yè)和新能源汽車等下游行業(yè)規(guī)模的不斷擴大,鋰電池對安全性、能量密度、高低溫性能、高電壓、長循環(huán)等性能要求持續(xù)提升,對電解液添加劑提出了更多的要求,成膜、導電、阻燃、過充保護、改善低溫性能方面的添加劑的需求量將會逐步增加。
新型功能性添加劑功能多樣,契合電池終端應用中的各項需求,附加值相對較高,需求不斷擴大,產(chǎn)銷量持續(xù)上升。根據(jù) EVTank 數(shù)據(jù),2022 年我國電解液新型添加劑出貨量為 0.7 萬噸,同比增長 75.0%,預計 2025年全球電解液新型添加劑出貨量達 4.9 萬噸,其中我國出貨量 3.3 萬噸。
綜上,隨著電池對高能量密度、高安全性能、長循環(huán)壽命、高倍率性能和寬溫度范圍使用等方面的要求不斷提高,電解液新型添加劑市場受到越來越多的關注。中國已成為電解液新型添加劑的主要生產(chǎn)、使用和出口國家,我國電解液新型添加劑發(fā)展前景十分廣闊。
2、電解液新型添加劑行業(yè)技術水平及特點
(1)新型添加劑成為提升鋰電池性能的核心原材料
隨著鋰電池產(chǎn)業(yè)和新能源汽車等下游行業(yè)的不斷發(fā)展,電池技術快速發(fā)展,高電壓、高比能、寬溫區(qū)、高功率、長循環(huán)、高安全性是目前研究的重點方向。添加劑是改善鋰電池電解液的穩(wěn)定性及增強電池電化學性能的功能性物質(zhì),理想的添加劑具有以下特征:用量少,但能顯著改善電池的某些性能;提高某一性能的同時不會導致其他性能的下降,不與電池的其他材料發(fā)生副反應;與溶劑有較好的相容性;性價比高、安全、無毒或低毒。
新型添加劑(高電壓、安全性、高低溫、硅基負極等)可以緩解電池正負極被破壞的問題,顯著改善鋰電池的性能。新型添加劑作為最經(jīng)濟、有效提升電池性能的材料,其在鋰電池開發(fā)和應用中已成為提升鋰電池性能的核心原材料,重要性日益顯著,出貨量有望進一步提升,預計到 2030 年新型添加劑的出貨量比例將達到全部添加劑產(chǎn)品的 46%。
(2)新型添加劑技術含量高,工藝難度大
新型添加劑產(chǎn)品的核心指標如純度(99.5%以上)、水分(小于 200ppm)、雜質(zhì)控制(醇類物質(zhì)等)、離子含量(小于 10ppm)、酸度(小于 100ppm)等均有較高的要求,導致其研發(fā)、生產(chǎn)技術含量較高,合成工藝難度較大。在行業(yè)發(fā)展早期,新型添加劑供應商主要由日韓供應商壟斷,目前國內(nèi)能夠批量生產(chǎn)高品質(zhì)新型添加劑的企業(yè)仍然不多。
(3)新型添加劑品種不斷豐富,適應更加豐富的電池體系
在新能源汽車、數(shù)碼 3C、儲能等下游應用場景普及的帶動下,鋰電池性能技術瓶頸持續(xù)被突破,新電解液體系持續(xù)得到開發(fā)與應用。新型添加劑生產(chǎn)企業(yè)積極應對終端需求提升的趨勢,大力研發(fā)、投產(chǎn)新型添加劑,更新添加劑配方以適應鋰電池技術體系的更新?lián)Q代,推動了更多新品種如含氟、含硫、含硅、酸酐類、腈類、胺類及聯(lián)苯類等新型添加劑被研究、開發(fā)并量產(chǎn)應用,新型添加劑品種不斷豐富,添加比例逐步提高。
(4)高電壓保護、安全性是電解液添加劑的重點
隨著鋰電池的電壓、能量密度逐步提高,高電壓新型添加劑成為市場主流需求,主要有含硼類添加劑、有機磷類添加劑、碳酸酯類添加劑、含硫添加劑、離子液體添加劑等。其中含硼類添加劑在循環(huán)時相比于溶劑會更易被氧化,從而在正極表面形成一層穩(wěn)固的保護膜。含硫添加劑會在正極表面形成聚合物膜,避免了電解液在高壓下的氧化分解。高比能鋰電池增加了安全性的風險,在追求高續(xù)航里程的同時,鋰電池的安全性也越來越受到關注。
目前安全性新型添加劑主要有防過充添加劑和阻燃添加劑,常用的防過充添加劑為電聚合類和氣體發(fā)生類,電聚合類包括聯(lián)苯、呋喃、吡啶及其衍生物;氣體發(fā)生添加劑包括環(huán)己基苯、苯基-烷基-苯基化合物、烷基苯環(huán)衍生物等。阻燃添加劑可分為有機磷系化合物、有機鹵系化合物、含氮類化合物和氮磷混合化合物等。
3、電解液新型添加劑行業(yè)發(fā)展態(tài)勢
未來新型添加劑行業(yè)將呈現(xiàn)出以下發(fā)展趨勢:
(1)國產(chǎn)化替代進程加快
在鋰電池的商業(yè)化初期,中國生產(chǎn)電解液添加劑的企業(yè)較少,主要依賴于日韓供應商,如韓國天寶、日本三菱化學、日本宇部興產(chǎn),韓國 Chemtros 等。2000年以來我國鋰電池行業(yè)迎來快速發(fā)展,市場對新型添加劑的需求快速增長,國內(nèi)電解液添加劑企業(yè)數(shù)量逐步增多,相關企業(yè)對新型添加劑的合成技術、工藝設備進行持續(xù)優(yōu)化與改進,中國電池廠商電解液配套產(chǎn)品已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化,突破了高端新型電解液添加劑長期依賴進口的局面,并開始積極進入海外市場。
近年來,隨著海外電解液新型添加劑需求的快速增長,中國廠商參與國際電池供應鏈的機會逐步提升,出現(xiàn)向日韓、歐美、東南亞國家出口電解液新型添加劑的趨勢。目前在電解液添加劑領域,日本三菱化學、日本宇部興產(chǎn)、韓國天寶等海外企業(yè)目前基本只生產(chǎn)除 VC、FEC 和 PS 等常規(guī)添加劑之外的附加值較高的新型添加劑。
根據(jù) EVTank 數(shù)據(jù),2022 年全球電解液新型添加劑出貨量約為1.6 萬噸,中國電解液新型添加劑出貨量約 0.7 萬噸,占比為 46%,日韓企業(yè)的市場份額為 54%左右;預計 2023 年至 2025 年國內(nèi)企業(yè)占全球新型添加劑市場份額分別為 50.8%、57.1%、67.4%,國內(nèi)企業(yè)新型添加劑市場份額呈上升趨勢。
(2)行業(yè)集中度進一步提升
在電解液新型添加劑市場發(fā)展早期,由于電解液新型添加劑種類較多,單個品種在鋰電池中的添加比例較小,相關企業(yè)新型添加劑單個產(chǎn)品的產(chǎn)能普遍較小,市場集中度相對不高。近年來隨著我國鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈龍頭企業(yè)產(chǎn)能擴張迅速,鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈的行業(yè)集中度不斷提升,下游電解液添加劑訂單規(guī)模也隨之提高。加之電解液添加劑行業(yè)經(jīng)多年技術積累后,新進入門檻已相對較高,根據(jù) EVTank 數(shù)據(jù),2022 年國內(nèi)電解液新型添加劑前五名企業(yè)市占率約為 53.5%。
未來新型添加劑行業(yè)中,只有掌握核心技術、生產(chǎn)規(guī)模較大、質(zhì)量管控嚴格、原材料供應穩(wěn)定的電解液新型添加劑企業(yè),才能獲得下游頭部廠商的批量采購訂單,通過與下游客戶進行戰(zhàn)略綁定獲得市場競爭力,行業(yè)集中度將進一步提升。
(3)硅基負極電解液新型添加劑是重要的行業(yè)方向
在新能源汽車高壓快充趨勢的背景之下,具有超高理論能量密度的硅材料被認為是緩解電動汽車行業(yè)里程焦慮的新一代負極材料。然而硅在脫/嵌鋰過程中會反復收縮膨脹(體積變化率約為 300%),致使負極材料粉化、脫落,進而失去電接觸,造成負極材料的失活。
同時循環(huán)過程中不斷的體積變化會對其表面固體電解質(zhì)界面層造成持續(xù)不斷的破壞,因此難以形成穩(wěn)定的固體電解質(zhì)中間相(SEI)膜,這導致大量活性鋰和電解液的消耗,最終導致容量快速衰減。硅基負極電解液新型添加劑的研究是電池研究和應用中的重要方向之一。
目前除了含氟、含硼類電解液新型添加劑,其他例如含硅烷、酰胺、異氰酸酯等官能團的新型添加劑也用于硅基負極體系中,提高了該體系的化學和電化學性能。
(4)固態(tài)電池、半固態(tài)電池、鈉離子電池等新型電池的發(fā)展
全球鋰電池技術持續(xù)迭代,固態(tài)鋰電池、半固態(tài)鋰電池、鈉離子電池等新型電池技術路線可能對現(xiàn)有的液態(tài)鋰離子電池產(chǎn)生沖擊。在固態(tài)鋰電池、半固態(tài)鋰電池技術路線下,固態(tài)電解質(zhì)、半固態(tài)電解質(zhì)可能會逐漸替代傳統(tǒng)的有機液態(tài)電解液,導致對鋰電池電解液添加劑技術路線變革。
在鈉離子電池技術路線下,目前不飽和碳酸酯、含氟碳酸酯、含硫化合物、含磷化合物、無機鈉鹽等主流新型添加劑在鈉電池中均有使用,但由于鈉離子電池負極常用的硬碳材料相較鋰離子電池的石墨負極成膜演變更復雜,形成高度穩(wěn)定和均勻的 SEI 膜更困難,未來針對抑制鈉離子電池電極-電解液的界面副反應發(fā)生、拓寬電化學窗口、構筑穩(wěn)定均勻的保護層,是篩選合適的鈉電池添加劑的重點方向。
4、中國鋰電池電解液新型添加劑行業(yè)競爭格局
目前國內(nèi)已經(jīng)實現(xiàn)批量供貨的鋰電池電解液新型添加劑企業(yè)包括圣泰材料、蘇州祺添、浙江天碩、瀚康新材、如鯤新材等。
上述企業(yè)在維持現(xiàn)有市場份額分布的基礎上,根據(jù)各自的技術、工藝等比較優(yōu)勢,均有較明確的新增產(chǎn)能規(guī)劃,未來中國鋰電池電解液新型添加劑行業(yè)仍將呈較激烈的競爭態(tài)勢。
5、行業(yè)內(nèi)的主要企業(yè)
(1)韓國天寶
韓國天寶株式會社成立于 2007 年,韓國上市公司,是韓國電解液添加劑龍頭企業(yè),主要從事鋰離子電池材料、半導體工藝材料、顯示材料及醫(yī)藥中間體業(yè)務。韓國天寶被選為 World Class 300 企業(yè),被業(yè)內(nèi)稱為“世界上第一個用于二次電池的下一代鋰鹽 LiFSI 商業(yè)化”的企業(yè)。
(2)日本三菱化學
日本三菱化學集團成立于 1950 年,由三菱化學株式會社,三菱化學控股株式會社,三菱制藥株式會社以及 3 個公司的下屬企業(yè)組成。日本三菱化學以石油化學、功能產(chǎn)品、衛(wèi)生保健領域為支柱,是日本排名第 1,世界排名第 5 位的綜合型化學企業(yè)。
(3)日本宇部興產(chǎn)
日本宇部興產(chǎn)株式會社(Ube Industries)成立于 1897 年,宇部興產(chǎn)的產(chǎn)品包括塑料、電池材料、醫(yī)藥、水泥、建材、機械,其中化學業(yè)務是宇部興產(chǎn)的核心業(yè)務。宇部興產(chǎn)是日經(jīng) 225 股票指數(shù)成分股。宇部興產(chǎn)與三菱化學在 2016 年合并了中國的電解液業(yè)務,合資成立日本 MU 電解液株式會社,在中國設立了常熟宇菱電池材料有限公司。
(4)蘇州祺添
蘇州祺添新材料股份有限公司成立于 1992 年,主要從事鋰離子電池材料、功能有機硅材料的研究開發(fā)、生產(chǎn)、銷售。鋰電池材料主要產(chǎn)品有乙烯基碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯、碳酸亞乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、三(三甲基硅基)硼酸酯、三(三甲基硅基)磷酸酯、亞硫酸乙烯酯等。
(5)浙江天碩
浙江天碩氟硅新材料科技有限公司成立于 2015 年,是一家專注從事鋰電池電解液添加劑的企業(yè),2019 年由天賜材料收購成為其控股子公司。浙江天碩主要生產(chǎn)碳酸亞乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、二氟雙草酸磷酸鋰、二氟磷酸鋰等電解液添加劑產(chǎn)品,產(chǎn)品主要供應天賜材料。
(6)瀚康新材
江蘇瀚康新材料有限公司成立于 2014 年,為新宙邦控股子公司,主要從事鋰離子電池電解液添加劑研發(fā)、生產(chǎn)、銷售,主營產(chǎn)品包括碳酸亞乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、硫酸乙烯酯等。瀚康新材主要客戶有三菱化學、Enchem、Panaxetec、Soulbrain、杉杉股份、國泰華榮、比亞迪等。(7)如鯤新材上海如鯤新材料股份有限公司成立于 2016 年,主要從事新能源電池電解液材料、電子化學品研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。如鯤新材主要客戶包括瑞泰新材、天賜材料、新宙邦、浙江中藍、寧德時代、MUIS、Enchem 等國內(nèi)外知名的鋰電池及電解液生產(chǎn)廠商。
(8)圣泰材料
公司自 2006 年設立以來,業(yè)務發(fā)展主要經(jīng)歷了三個階段:
2006 年至 2015 年為第一階段,公司完成了主要產(chǎn)品的專利布局,2009 年實現(xiàn)了新型功能性添加劑 P002 的商業(yè)化生產(chǎn),2013 年在國內(nèi)率先取得新型添加劑M001 的專利授權;
2015 年至 2020 年為第二階段,公司實現(xiàn)了 M001、D003 等產(chǎn)品性能和規(guī)模提升,并于 2019 年建成了多條鋰電池電解液新型添加劑生產(chǎn)線;
2020 年至今為第三階段,公司積極擴產(chǎn),通過子公司圣泰鋰化實施新型鋰電池電解質(zhì)及添加劑技改擴能產(chǎn)業(yè)化項目,積極布局新產(chǎn)品。
公司成立了河北省鋰電池電解液用功能材料技術創(chuàng)新中心、石家莊市鋰電池電解液工程技術研究中心、北京化工大學電解液聯(lián)合實驗室等多個科研平臺;公司先后被評為“專精特新‘小巨人’企業(yè)”、“河北省‘專精特新’示范企業(yè)”、“河北省知識產(chǎn)權優(yōu)勢企業(yè)”、河北省“科技小巨人”企業(yè)、“河北省工業(yè)企業(yè)研發(fā)機構”、“ 2021 年度省級制造業(yè)單項冠軍企業(yè)”、“河北省科技型中小型企業(yè)”、“河北省鋰電池電解液用功能材料技術創(chuàng)新中心”,2021 年榮獲“河北省科學技術獎二等獎”。公司已取得 46項境內(nèi)授權專利與 7 項境外專利,其中發(fā)明專利 52 項,實用新型專利 1 項。
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