石油化工周报:锂电材料系列之电解液概述

类别:行业 机构:海通证券股份有限公司 研究员:邓勇/朱军军/胡歆/刘威 日期:2022-09-23

  核心结论:近年来新能源汽车产业保持高景气,动力锂电池出货量快速增长,锂电材料行业持续受益。电解液是生产锂电池的主要材料之一,由溶剂、溶质和添加剂三种组分构成。其中溶剂以DMC、EC、EMC等碳酸酯类为主,溶质以LiPF6为主,添加剂以VC和FEC为主。2021年全球电解液需求量为61万吨,国内电解液需求量为51万吨。预计2025年,全球电解液需求量将达195万吨,全球电解液需求量将达216万吨,2021-2025年CAGR分别为37%、40%。

      电解液是锂离子传导的媒介。在电池中,正极和负极均浸泡在电极液中。在电池充放电过程中,电解液作为锂离子传输的媒介,一方面能提供部分活性锂离子,作为充放电过程中的导电离子使用。另一方面也会提供离子通道,使得锂离子在其中自由移动。电解液传导锂离子的功能是锂电池获得高电压、高比能等优点的保障。

      2025年电解液需求将达200万吨左右。受益于新能源车渗透率的持续提升,国内外电解液需求量未来有望保持高速增长。根据中国能源网援引EVTank、伊维经济研究院发布的《中国锂离子电池电解液行业发展白皮书(2021年)》,2021年全球电解液需求量为61万吨,国内电解液需求量为51万吨。预计2025年,全球电解液需求量将达195万吨,全球电解液需求量将达216万吨,2021-2025年CAGR分别为37%、40%。至2030年,全球电解液需求将达549万吨,国内需求量将达494万吨。

      电解液由溶剂、溶质、添加剂三种组分构成。在溶剂方面,电解液采用混合溶剂体系,目前95%溶剂以DMC、EC、EMC等碳酸酯类为主,需要满足高介电常熟、低粘度、低熔点、高沸点、低成本等要求;在溶质方面,电解液采用各种含锂化合物,在溶剂中溶解后可释放出大量活跃锂离子。LiPF6是目前最成熟的商用锂盐,LiFSI在未来有望替代LiPF6;在添加剂方面,碳酸亚乙烯酯(VC)和氟代碳酸乙烯酯(FEC)是目前最常用的电解液添加剂,可在电极表面形成SEI/CEI膜,使得锂离子可自由进出,而溶剂分子难以通过,从而实现维护电极材料性能稳定,提高电池容量与循环性能效果。

      电解液溶剂为石化产品,碳酸二甲酯(DMC)处于产业链核心。溶剂上游原料包括环氧丙烷、环氧乙烷、尿素、甲醇等,主要来源于石油化工。碳酸二甲酯在溶剂产业链中处于核心地位,可由碳酸乙烯酯(EC)/碳酸丙烯酯(PC)加工得到,并在后续流程中作为碳酸二乙酯(DEC)和碳酸甲乙酯(EMC)的原料。

      甲醇氧化羟基化法和EO交换法未来将成为生产碳酸二甲酯(DMC)主流工艺。工业化生产碳酸二甲酯(DMC)方法包括PO交换法、EO交换法、甲醇氧化羟基化法和尿素醇解间接法。PO交换法是生产碳酸二甲酯的传统工艺,但由于其副产品丙二醇市场空间较小难以消化,2017年以来无产能扩建。甲醇氧化羟基化法和EO交换法逐渐成为主流。2017年-2022年8月,甲醇氧化羟基化法和EO交换法产能分别从0增加至59万吨和32.6万吨。

      化工企业向下游布局进入碳酸二甲酯(DMC)行业。目前生产碳酸二甲酯的企业主要包括石大胜华、华鲁恒升、浙石化等化工企业,大多数拥有甲醇、环氧乙烷、环氧丙烷等上游原材料产能,向下游拓展进入碳酸二甲酯行业。石大胜华是国内碳酸二甲酯龙头企业,目前拥有碳酸二甲酯产能22.5万吨/年,是国内少数掌握电池级碳酸二甲酯生产工艺的企业之一。华鲁恒升通过改造乙二醇装置切入碳酸二甲酯领域,目前拥有碳酸二甲酯产能30万吨/年,未来还将建设60万吨碳酸二甲酯产能(30万吨外售)。

      电解液添加剂以溶剂碳酸乙烯酯(EC)为原料。VC、FEC是目前最常用的电解液添加剂,原材料是EO交换法生产碳酸二甲酯(DMC)的中间体碳酸乙烯酯(EC)。根据华盛锂电招股说明书,在生产VC和FEC过程中,首先将碳酸乙烯酯(EC)氯化生成氯代碳酸乙烯酯,再加入溶剂和三乙胺,提纯后的得到VC;加入溶剂和氯化钾,提纯后得到FEC。

      电解液添加剂需求未来有望高速增长。随着新能源汽车等下游行业规模的不断扩大以及锂电池对安全性、循环寿命和能量密度要求的提升,电解液添加需求量将持续增加。根据华盛锂电招股说明书援引QYRESEARCH数据,2021年全球电解液添加剂需求约2.07万吨,2026年将上升至6.27万吨,CAGR=24.81%;2021年国内电解液添加剂需求约1.49万吨,2026年将上升至4.90万吨,CAGR=26.88%六氟磷酸锂是电解液中主流锂盐,2030年六氟磷酸锂市场规模有望突破千亿。LiPF6具备良好的离子导电性能和出色的化学稳定性,成为最常用的电解质锂盐。假设溶质在电解液中质量占比10%的,可推算得到2021、2025、2030全球六氟磷酸锂需求量约为6、22、55万吨,中国六氟磷酸锂需求量约为5、19、49万吨。根据Wind,2016/4/19-2022/8/4六氟磷酸锂均价为22.75万元。假设未来六氟磷酸锂均价为22.75万元,预计2025年全球六氟磷酸锂市场将达492亿元,2030年将达1243亿元;2025年国内六氟磷酸锂市场将达443亿元,2030年将达1123亿元。

      投资建议。化工龙头企业拥有甲醇、环氧乙烷、环氧丙烷等上游原材料产能,向下游拓展进入碳酸二甲酯行业,具备成本优势。建议关注石大胜华、华鲁恒升、卫星化学等。

      风险提示:产品价格大幅波动,下游行业景气度下降,原材料价格上涨等。