锂离子电池电解液市场简析

锂离子电池电解液市场简析

1. 锂离子电池电解液概述

电解液是锂离子电池四大关键材料（正极、负极、隔膜、电解液）之一，被誉为锂离子电池的“血液”，在电池中起着在正负极之间传导电子的作用，是锂离子电池获得高电压、高比能量等优点的保证。电解液一般由高纯度有机溶剂、电解质锂盐（六氟磷酸锂，LiPF6）、必要的添加剂等原料，按一定的比例在一定的条件下配制而成。

表1：电解质材料组成

溶剂

碳酸丙烯酯PC﹝﹞

碳酸乙烯酯EC

碳酸二甲酯DEC

甲基酸

1,4-丁丙基 GBL (γ-)

溶质

六氟磷酸锂 (主要)

四氟硼酸锂

2. 锂离子电池电解液类型

1. 液体电解质

电解液的选择对锂离子电池的性能影响很大。它必须化学性质稳定，特别是在高电位和高温下不易分解，具有较高的离子电导率（>10-3s/cm），对正极和负极材料必须是惰性的，不能腐蚀它们。由于锂离子电池的充放电电位较高，而负极材料中嵌有化学活性较高的锂，因此电解液必须是有机化合物，不能含有水。但有机物的离子电导率不佳，因此必须在有机溶剂中加入可溶性导电盐来提高离子电导率。目前，锂离子电池主要采用液体电解液，其溶剂有EC（乙基）、PC（）、DMC（）、DEC（）等无水有机物，多数采用混合溶剂，如和。 导电盐有、LiPF6、LiBF6、等，其导电性大小顺序为LiPF6>>LiBF6>LiO​​。由于其氧化性强，容易发生爆炸等安全问题，因此一般仅限于实验研究；其离子电导率高，易于纯化且稳定性好，但含有有毒的As，使用受到限制；LiBF6化学稳定性和热稳定性差、导电性低，LiO导电性差且对电极有腐蚀性，因此很少使用；LiPF6虽然会分解，但其离子电导率高，所以目前锂离子电池基本都采用LiPF6，目前商业化锂离子电池所用的电解液大多采用LiPF6，其离子电导率高，电化学稳定性好。

2.固体电解质

直接使用金属锂作为负极材料，具有极高的可逆容量，其理论容量高达·g-1，是石墨材料的十几倍，且价格较低，被视为新一代锂离子电池最有吸引力的负极材料，但会产生枝晶锂。采用固态电解质作为离子导体，可以抑制枝晶锂的生长，使使用金属锂作为负极材料成为可能。另外，采用固态电解质可以避免液态电解质漏液的弊端，可以将电池做成更薄（厚度仅为0.1mm）、能量密度更高、体积更小的高能电池。破坏性实验表明，固态锂离子电池在使用中具有很高的安全性能，可以进行钉子刺穿和加热（200℃）、短路和过充（600%）等破坏性试验。 液态电解质锂离子电池会出现漏液、爆炸等安全问题，而固态电池内部温度会略有升高（固态聚合物电解质一般可分为干固态聚合物电解质（SPE）和凝胶聚合物电解质（GPE）。SPE固态聚合物电解质主要以聚氧化乙烯（PEO）为基体，其缺点是离子电导率较低，在100℃时只能达到10-40cm。在SPE中离子传导主要发生在非晶区，传递和迁移靠聚合物链的运动来进行。PEO由于其分子链的规整度较高，容易结晶，而结晶会降低离子电导率。要提高离子电导率，一方面可以降低聚合物的结晶度以增加链的运动性，另一方面可以增加导电盐在聚合物中的溶解度。通过接枝、阻断、交联等方式破坏聚合物的结晶性可显著提高离子电导率，共聚等。另外，加入无机复合盐也能提高离子电导率。在固体聚合物电解质中加入介电常数高、相对分子量低的液态有机溶剂如PC，可大大提高导电盐的溶解度。形成的电解质为GPE凝胶聚合物电解质，这种电解质在室温下具有很高的离子电导率，但在使用过程中会因液体析出而失效。凝胶聚合物锂离子电池已实现商业化。

3. 电解质材料未来发展趋势

锂离子电池凭借自身的综合优势，正在进入一个更大的产业群——汽车动力电池领域。为适应这个庞大的产业群，未来锂离子电池电解质材料的发展趋势将以新型溶剂、离子液体、添加剂、新型锂盐等为主，与新型正负极材料相匹配，使锂离子电池更加安全、功率更高、容量更大，最终安全便捷地应用于电动汽车、储能、航空航天等更广泛的领域。

为了满足锂离子电池行业未来发展的需要，需要开发安全性高、环境适应性强的动力电池电解液材料，主要考虑的应该是电解液溶剂、溶质和添加剂的选择：

（1）尽量选择使用温度范围宽的溶剂。溶剂的熔点应在-40℃以下，沸点应在150℃以上或更高。电化学窗口宽的溶剂可以更好地阻止电解液在充电状态下的氧化还原反应，提高电池的循环稳定性。例如可以考虑采用离子液体、新型溶剂、多组分溶剂等来解决动力电池的安全性和环境适应性。

（2）选择合适的溶质，提高电池的环境适应性。常用的LiPF6（六氟磷酸锂）分解温度较低，在60℃时就开始少量分解。在较高温度或恶劣环境下，分解速度大大加快，产生HF（氢氟酸）等游离酸，使电解液酸化，最终导致电极材料的损伤，电池性能急剧恶化。

（3）考虑添加适量的阻燃添加剂、氧化还原穿梭添加剂以及保护性的正负极成膜添加剂。使用阻燃添加剂可以保证电池热失控时电解液不会燃烧起火，从而保证电池的安全性。使用氧化还原穿梭添加剂的作用是防止电池特别是动力电池组在使用过程中因异常情况而频繁过充或过放电，从而导致电池性能快速劣化，进而影响整个电池组的性能和使用，甚至造成安全隐患。使用正负极成膜添加剂的作用是有效保护充电状态下正负极材料不与电解液接触，通过成膜将活性较高的正负极与电解液隔离，从而防止电解液在电极表面发生反应。

4. 全球锂离子电池电解液发展现状

近年来，全球锂离子电池电解液行业稳步发展，市场主要集中在日本宇部兴产和韩国第一毛织两家企业，占据全球50%左右的市场份额，紧随其后的还有三菱化学、富山化学、三井化学、岸田化学、张家港国泰荣华等公司。

图1：全球主要锂离子电池电解液厂商市场份额

2008年全球锂离子电池电解液需求量预计增长38%，全年需求量达14225吨；2009年电解液需求量预计增长35%。

5.国内锂离子电池电解液发展现状

国产电解液于2002年开始进入市场，并逐步替代进口产品，经过不断改进和提高，产品质量已达到国际先进水平。目前，国内电池生产厂家基本实现电解液国产化，只有少数厂家采用进口电解液。

国内主要电解液生产单位包括江苏国泰（）国泰荣华、天津金牛、东莞杉杉、汕头金光、珠海赛维电子、广州天赐、北京创亚化工等10余家企业，年产能均在1000吨以上，覆盖高、中、低端市场，可满足我国锂离子电池生产需要，部分出口。

表2：国内主要电解液生产商

公司名称 年产能/吨 市场份额 备注

张家港国泰华融% 江苏国泰旗下子公司，主要服务中高端客户

东莞杉杉%杉杉有限公司于2005年投资，主要针对中端客户

珠海赛维电子主要服务高端客户

天津金牛%价格相对便宜，主要针对中低端

富禄（苏州） 35005%外商独资企业，主要服务高端客户

深圳洲邦化工是一家日本独资1000~15005%企业，成立于2002年。

广州天赐主要针对中端客户

北京化学试剂研究所%

北京创亚恒业15002~3%成立于2004年，除生产电解液外，每年还生产1500吨负极材料。

上海旅游产业5001%采用中科院物理研究所专有技术

国泰荣华是锂离子电池电解液行业龙头企业，是国内最大的锂离子电池电解液生产商。2008年公司在江苏扬子江化工园区新建5000吨产能（同时预留5000吨产能工厂），该工厂目前已建成，预计2009年6-7月试生产，10-11月正式生产，此后将关闭老工厂3000吨产能，预计2008/2009年产量分别为2700吨/4000吨。目前公司产品国内市场占有率为30%-40%，定位于中高端市场，天津金牛和东莞杉杉合计市场占有率为30%，产品主要定位于中低端市场。

赛维电子-珠海赛维电子材料有限公司位于珠海市斗门区富山工业园，是一家新成立的高科技民营企业，一期投资1000万元人民币，新建年产1000吨锂电池、锂离子电池及超级电容器电解液生产线。厂房占地面积3000平方米，主营生产和销售功能性电解液：提高锂离子电池高温性能、安全性、低温性能的锂离子电池、聚合物电池电解液，为客户量身定制适用于锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料、改性天然石墨等正负极材料的电解液。

天津金牛-天津金牛电源材料有限公司是由河北省兴泰矿业（集团）有限公司和天津化工研究设计院共同出资设立的集研发、生产、经营、服务为一体的高新技术企业。已建成全套电解质盐生产、溶剂精制、电解液配制及包装生产线。主要产品有：六氟磷酸锂（规模80吨/年）、高纯溶剂（规模500吨/年）、锂离子电池用电解液及相关电池材料。天津金牛公司是目前国内唯一一家采用自主研发技术、国产原材料和设备生产六氟磷酸锂的企业，但据行业反馈，产品质量与国外相比还存在较大差距。

六、原料六氟磷酸锂供应

电解液主要原料为锂盐，学名六氟磷酸锂（LiPF6），约占成本的50%，其生产成本10万元/吨，售价40万元/吨，毛利率高达75%，锂盐原料二氧化硅/碳酸锂均可在国内采购。

锂盐目前几乎被几家日本企业垄断，其中关东电工化学LiPF6年产量950吨（主要供给宇部），800吨/年（主要供给），全球最大的锂盐生产商森田化学LiPF6年产量960吨（主要供给三菱）。该公司在江苏扬子江化工园区有一条年产600吨的生产线，其中300多吨供应给企业。国内也有金冠高科股份有限公司、天津化工设计研究院、山东肥城兴泰化工厂、天津金牛等企业可以生产，但产能相对较小，品质与国外企业相比差距较大。

由于未来六氟磷酸锂市场需求巨大，国内其他企业也开始积极加入。江苏国泰（）与其控股子公司华荣公司共同投资设立张家港市亚源高新材料有限公司，投资新建年产300吨六氟磷酸锂产品项目，项目总投资8330万元，预计2009年底前完成中试装置的调试。河南多氟多化工有限公司于2009年开始建设年产200吨六氟磷酸锂项目。

图2：锂离子电池电解液LiPF6供应能力预测

2009年六氟磷酸锂市场整体供应趋紧。

七、未来电解液主要增量市场预测

1. 混合动力汽车市场

混合动力汽车（HEV）是未来几年新能源汽车的主要发展方向。预计2010年全球汽车产量将达到7800万辆，混合动力汽车产量将达到210万辆，占比2.66%。若每辆汽车的动力电池按5万元计算，整个汽车动力电池市场产值将达到1050亿元。目前，大多数汽车厂商生产的混合动力汽车中，85%的汽车采用镍氢电池作为汽车的储能装置。不过，各大厂商已在新推出的车型中采用锂电池作为车载储能装置。锂电池取代目前镍氢电池的速度很可能比市场预期的要快。 （以福田汽车为例，其已确定在新接单的800辆混合动力汽车上全部采用锂电池。）锂电池作为汽车动力电池产业化初期，以20%的产品渗透率计算，市场规模达210亿元，对应的电解液市场规模为25.2亿元，未来混合动力汽车大规模商业化后，电解液需求有望爆发式增长。

2.电动自行车市场

2008年全球电动自行车产量超过2250万辆，其中95%产自中国。目前电动自行车使用的电池中，84%为铅酸电池，锂电池仅占14%。据测算，2010年全球电动自行车产量将接近3082万辆，电池产值将达到616.4亿元。若锂电池渗透率达到10%，市场规模将达到61.64亿元，对应的电解液市场规模为7.4亿元。

3. 电动滑板车和电动轮椅市场

电动滑板车包括高尔夫球车、电动轮椅等。2007年全球电动滑板车销量接近100万辆，并以每年8%左右的速度增长，预计2010年将达到120万辆。目前市场以铅酸电池为主，但也会向锂离子电池方向发展。预计到2010年全球电动滑板车需求量将超过120万辆，电池产值将接近33亿元。如果锂电池渗透率达到10%，市场规模将达到29.75亿元，对应的电解液市场规模为1.2亿元。

4.电动工具市场

电动工具是锂电池具有大规模应用前景的市场，目前电动工具主要以镍镉电池为供电，搭载锂电池的电动工具可以轻松突破以往18V电压设计限制，成为电动工具行业主导产品趋势。2005年，E-ONE Moli推出的V28和采用锂锰正极材料的26650电池震撼了电动工具行业，正式宣告了电动工具锂电池时代的到来。2007年，全球最大的电动工具制造商B&D推出了全球第一款采用磷酸铁锂电池的电动工具（Combo Kit），该产品上市后第二季度凭借1小时高速充电、强劲功率、高安全性、电池循环寿命超过2000次等优势，实现2000万美元销售额，打破了B&G成立以来的所有记录。在国际各大厂商的推动下，锂电池渗透率将不断上升。 目前全球电动工具需求量以每年约5%的速度增长，而电动工具中锂电池占比不足10%，85%为镍镉电池。由于镍镉电池的污染问题，欧美国家已逐步立法限制其应用范围。据测算，2010年全球电动工具市场规模将达1.82亿台，电池需求量达7.3亿台，电池产值达330亿元。若锂电池渗透率达10%，市场规模将达33亿元，对应电解液市场规模为3.96亿元。未来每年都将有稳步增长。