鋰離子電池電解液下游應(yīng)用及行業(yè)發(fā)展趨勢、市場規(guī)模、需求前景

1、鋰離子電池電解液行業(yè)下游

在“碳達峰、碳中和”戰(zhàn)略推動下，新能源汽車行業(yè)實現(xiàn)了高速發(fā)展，極大地拉動了動力類鋰離子電池的需求量；電化學儲能裝機量的不斷提升將推動儲能類鋰離子電池出貨量的增長；5G 技術(shù)的推廣、各類可穿戴設(shè)備的興起以及共享理念的普及將帶動消費類鋰離子電池銷量。在動力類鋰離子電池、儲能類鋰離子電池和消費類鋰離子電池的市場需求的共同帶動下，鋰離子電池電解液市場發(fā)展空間廣闊。隨著市場的擴大，各電池企業(yè)也對電解液廠研發(fā)能力、技術(shù)水平、產(chǎn)品控制、產(chǎn)能及原材料的供應(yīng)等方面提出更高的要求。

在研發(fā)能力和技術(shù)方面，電池企業(yè)不斷追求電池的快充性能、高能量密度和高安全性能，電解液廠家需要深入探究電池正極材料、負極材料等與電解液的交互作用機理，開發(fā)新型功能電解液方案與之進行及時快速的響應(yīng)，并形成與之相匹配的產(chǎn)品，才能滿足電池企業(yè)的開發(fā)速度。在品質(zhì)方面，電池企業(yè)對電解液廠的品質(zhì)要求越來越嚴格，也需要電解液廠家不斷優(yōu)化工藝，提高質(zhì)量控制能力，開發(fā)出更完善的電解液控制流程和檢測方法，以滿足電池企業(yè)的使用需求。在產(chǎn)能和原材料供應(yīng)方面，電池企業(yè)對于電解液廠家提出采購要求以匹配其產(chǎn)能擴張的需求，電解液廠在鋰離子電池材料領(lǐng)域需要進行縱向一體化布局，形成有機溶劑、添加劑、電解質(zhì)完整的產(chǎn)業(yè)鏈，避免電解液原材料市場需求波動對電解液供應(yīng)及價格波動造成影響。

因此，通過與電池企業(yè)的深度合作，電解液廠商可以借助電池企業(yè)技術(shù)、信息、設(shè)備優(yōu)勢，不斷提升電解液的研發(fā)水平、品質(zhì)水平，和電解液及原材料供應(yīng)能力。

資料來源：普華有策

2、行業(yè)發(fā)展趨勢

（1）電池行業(yè)發(fā)展趨勢

1）新型電池技術(shù)的行業(yè)發(fā)展態(tài)勢

自 1991 年索尼推出第一款商業(yè)液態(tài)鋰離子電池后，液態(tài)鋰離子電池進入快速發(fā)展階段。出于對更高能量密度和更高安全性的追求，各國都在加緊對新型電池技術(shù)的研發(fā)以期望能占領(lǐng)技術(shù)高地。目前市場研究熱點集中在半固態(tài)及固態(tài)電池、鈉離子電池、鋰金屬電池、鋰硫電池等領(lǐng)域。

①半固態(tài)及固態(tài)電池

液態(tài)電解液的閃點較低且電壓窗口較窄，影響電池的安全性及能量密度的進一步提升。采用不可燃且與鋰金屬負極兼容性較好的固態(tài)電解質(zhì)取代液態(tài)電解液而組成的新型電池即固態(tài)電池，可進一步提高電池的能量密度及安全性能。目前研究比較多的固態(tài)電解質(zhì)有：聚合物、硫化物和氧化物三種，其中聚合物電解質(zhì)的電導率較低、耐壓窗口相對較窄；硫化物電解質(zhì)是目前電導率最高且性能最接近商業(yè)化的電解質(zhì)材料，其電導率高達 10-3 S/cm 甚至 10-2 S/cm，但該材料在制備及使用過程中對水及氧氣敏感，容易導致材料失活，因此對電解質(zhì)及電池的制造工藝要求極高；氧化物電解質(zhì)的穩(wěn)定性較高且易于加工，但其電導率欠佳，固態(tài)電解質(zhì)與電池材料的界面接觸阻抗普遍較大，影響了電池的循環(huán)、低溫及功率性能。

通過在固態(tài)電解質(zhì)中加入少量液態(tài)電解液，會形成半固態(tài)電池，半固態(tài)電池將固態(tài)電池和液態(tài)電池的優(yōu)點相結(jié)合，目前是行業(yè)研究熱點。但是從設(shè)備兼容性、成本控制和實際性能方面來看，半固態(tài)及固態(tài)電池與液態(tài)鋰離子電池還存在一定的差距，尤其是固態(tài)電池的性能目前還無法滿足產(chǎn)業(yè)化要求。

②鈉離子電池

鈉離子電池與鋰離子電池結(jié)構(gòu)類似，均屬于可充電電池，都遵循脫嵌式工作原理。鈉離子電池能量密度為 70-200Wh/kg，與磷酸鐵鋰電池在同一水平，遠高于鉛酸電池的 30-50Wh/kg，此外，鈉離子電池與鋰離子電池可實現(xiàn)在電池生產(chǎn)設(shè)備、工藝方面的兼容以及在產(chǎn)線上的快速切換。鈉離子電池的正極材料及電解質(zhì)的制備均不需要價格昂貴的碳酸鋰，因此鈉離子電池材料的成本遠低于鋰離子電池。鈉離子電池有望首先替代鉛酸和磷酸鐵鋰電池主導的低速電動車、儲能等市場。近年來，隨著鈉離子電池正極材料和負極材料及電解液的快速發(fā)展，鈉離子電池技術(shù)日趨成熟，部分企業(yè)已經(jīng)開始小批量生產(chǎn)。

③鋰金屬電池

鋰金屬電池負極采用金屬鋰，其具有高達 3,860mAh/g 的理論容量，能量密度非常高，用于動力電池可以實現(xiàn)續(xù)航距離超過常規(guī)鋰離子電池一倍以上的目的。但鋰金屬電池安全性能較差，反復充放電過程中鋰不均勻沉積并形成鋰枝晶，容易導致電池出現(xiàn)容量衰減、短路、起火爆炸等現(xiàn)象。預計鋰金屬電池實用化尚需一定周期，在動力電池領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)規(guī)模化量產(chǎn)將會是相對漫長的過程。

此外，以鋰硫、鋰空氣、鋁空氣等為代表的眾多前瞻新興電池技術(shù)，將豐富新能源電池市場發(fā)展的多元化戰(zhàn)略格局。

2）鋰離子電池技術(shù)發(fā)展趨勢

隨著市場對新能源汽車續(xù)航里程要求的提升，未來電池主要朝著高能量密度、高安全性方面發(fā)展。磷酸鐵鋰和三元材料是目前正極材料市場主流的研究方向，新能源電池行業(yè)未來將呈現(xiàn)“鐵鋰三元為主，多元化技術(shù)路線為輔”的發(fā)展特征。三元電池：三元電池能量密度高、低溫性能好。隨著市場對新能源汽車續(xù)航里程要求的提升，三元電池材料體系逐漸從三元低鎳向三元中高鎳電池體系過渡，尤其是擁有高能量密度優(yōu)勢的三元高鎳材料電池成為市場關(guān)注的焦點。此外為進一步提升三元電池材料的耐高電壓和安全性能，不同元素摻雜、低鈷、無鈷及單晶化材料技術(shù)路線正成為三元電池新的技術(shù)發(fā)展方向。

磷酸鐵鋰電池：磷酸鐵鋰電池盡管能量密度不及三元正極材料電池，但安全性高、使用壽命較長、原材料價格較低、制備工藝簡單，總體來看性價比高，受到市場廣泛認可。磷酸鐵鋰電池不僅在儲能領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，也在小動力和短續(xù)航里程新能源汽車領(lǐng)域占有較高應(yīng)用比例，磷酸鐵鋰電池將與三元材料電池形成互補關(guān)系長期共存。

硅碳負極電池：石墨材料憑借較高的穩(wěn)定性和較低的成本，成為當下負極材料的主流。但石墨負極材料的理論容量僅有 372mAh/g，遠遠不及硅基材料（3800mAh/g），以硅碳復合材料為代表的硅基負極材料具有明顯的比容量優(yōu)勢，是行業(yè)研究的熱點。但目前硅材料電池在循環(huán)過程中存在體積膨脹和收縮問題，容易導致硅負極材料顆粒產(chǎn)生裂紋并粉化，進而產(chǎn)生一系列嚴重問題，阻礙了硅基負極材料的快速發(fā)展。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，未來硅碳負極材料有望在大圓柱電池體系中占有一席之地。

磷酸錳鐵鋰電池：通過在磷酸鐵鋰材料中引入錳元素而制備得到磷酸錳鐵鋰，可將電池電壓平臺由 3.4V 提升 3.7V，從而大幅度提高電池的能量密度。但目前磷酸錳鐵鋰材料在循環(huán)過程中會產(chǎn)生三價錳離子，由于其姜泰勒效應(yīng)，導致錳離子容易從晶格中溶出，進而影響電池的循環(huán)穩(wěn)定性及高溫存儲穩(wěn)定性。由于磷酸錳鐵鋰材料的制備原料成本較低，在實際使用中通過將該材料與三元材料混合使用，可兼顧電池的成本、循環(huán)穩(wěn)定性及電池的能量密度。

高電壓鎳錳酸鋰電池：鎳錳酸鋰作為一種高電壓正極材料，其電壓平臺在4.7V 左右。由于鎳錳酸鋰材料主要由鎳元素和錳元素組成，不含鈷元素，成本較為低廉，以之取代現(xiàn)在成本最具優(yōu)勢的磷酸鐵鋰動力電池，單體電池能量密度可提升 40%，故鎳錳酸鋰材料是最有潛力商業(yè)化的下一代正極材料之一。對于尖晶石鎳錳酸鋰電池，在高電壓下，電極材料與電解液之間會產(chǎn)生劇烈的副反應(yīng)，對整個電池體系造成破壞，這也是限制鎳錳酸鋰材料商業(yè)化的最大障礙。

富鋰錳基電池：富鋰錳基材料的克容量密度高達 250mAh/g，電壓平臺高達4.6V，是目前所有鋰離子電池正極材料中能量密度非常高的材料，其搭配的電池能量密度有望超過 400Wh/Kg，是磷酸鐵鋰電池能量密度的兩倍。但目前該電池在充放電過程中材料不斷釋放氧并持續(xù)對電解液產(chǎn)生氧化作用，電池循環(huán)效率低，壽命較短。

補鋰技術(shù)：為彌補電池在化成階段鋰離子的損失及提高電池的循環(huán)壽命，近年來正負極補鋰技術(shù)正成為行業(yè)研究及產(chǎn)業(yè)化的熱點，但補鋰材料在充電過程中也會不斷釋放氧，對電解液造成破壞，因此電池的產(chǎn)氣相對較大。隨著電池材料的不斷升級，疊加電池制作工藝的不斷進步，未來鋰離子電池性能將不斷得到提高。

（2）鋰離子電池電解液行業(yè)發(fā)展趨勢

1）鋰離子電池電解液行業(yè)發(fā)展趨勢

①行業(yè)從產(chǎn)能競賽到研發(fā)創(chuàng)新競賽

得益于資本市場發(fā)展、政府扶持參與、生產(chǎn)制造業(yè)技術(shù)的提升、規(guī)模化生產(chǎn)能力提高等因素，我國電解液行業(yè)近幾年飛速發(fā)展。目前電解液及其主要材料都基本實現(xiàn)了國產(chǎn)化，我國目前已成為鋰離子電池電解液最大生產(chǎn)國和應(yīng)用市場。

根據(jù)《中國鋰離子電池電解液行業(yè)發(fā)展白皮書（2022 年）》數(shù)據(jù)，2021 年度，中國企業(yè)鋰離子電池電解液出貨量為 50.7 萬噸，占全球電解液出貨量的 82.8%。但是未來隨著電池技術(shù)的不斷升級，行業(yè)對電解液技術(shù)的發(fā)展提出新的要求，核心技術(shù)能力將對電解液行業(yè)競爭發(fā)揮更為重要的作用。

②行業(yè)內(nèi)企業(yè)將加強縱向一體化布局

鋰離子電池電解液中，鋰鹽、有機溶劑及添加劑這三類原材料成本占比較高，原材料價格大幅波動會對鋰離子電池電解液廠商盈利水平產(chǎn)生影響。近年來，鋰離子電池電解液下游市場需求不斷提升，然而鋰離子電池電解液上游原材料出現(xiàn)因供給緊張帶來價格波動較大的問題，影響了鋰離子電池電解液廠商的供應(yīng)出貨能力。針對此情形，鋰離子電池電解液廠商需要逐步將產(chǎn)業(yè)布局延伸至上游核心原材料領(lǐng)域，通過配備鋰鹽、有機溶劑、添加劑等原材料生產(chǎn)裝置，自主掌握原材料的供應(yīng)并有效降低原材料成本，提高供應(yīng)鏈穩(wěn)定性及自身的盈利能力。

③行業(yè)集中度將不斷提升

近年來，我國鋰離子電池電解液行業(yè)產(chǎn)能擴張迅速，隨著鋰離子電池電解液行業(yè)內(nèi)龍頭企業(yè)產(chǎn)能的不斷釋放，技術(shù)落后以及生產(chǎn)缺乏規(guī)模效益的企業(yè)，其盈利空間不斷被擠壓，市場份額逐漸被擠占。2021 年度，我國前五大鋰離子電池電解液企業(yè)出貨量占比合計超過 50%。

與此同時，鋰離子電池電解液下游電池行業(yè)的集中度不斷提升，下游頭部電池廠商的電解液訂單規(guī)模也隨之提高。如在動力電池領(lǐng)域，2021 年國內(nèi)動力電池裝機量約 139.98GWh，同比增長 128%。2021 年動力電池裝機電量前十名 10 企業(yè)裝機總電量 126.99GWh，占整體裝機電量的比例為 90.72%，其中前三家企業(yè)寧德時代、比亞迪和中創(chuàng)新航合計裝機量達到 101.49Gwh，占全部裝機量的比例達到 72.50%。

產(chǎn)品質(zhì)量管控嚴格、研發(fā)技術(shù)能力強、生產(chǎn)規(guī)模較大、原材料供應(yīng)穩(wěn)定的鋰離子電池電解液企業(yè)更易獲得下游頭部企業(yè)的批量采購訂單，與下游客戶進行戰(zhàn)略綁定。未來，在成本控制、規(guī)模效益、研發(fā)技術(shù)等方面表現(xiàn)優(yōu)秀的企業(yè)競爭能力將不斷增強，鋰離子電池電解液行業(yè)集中度有望不斷提升。

2）鋰離子電池電解液技術(shù)發(fā)展趨勢

新的電池材料體系、電池設(shè)計及應(yīng)用場景的變化，使得電解液的技術(shù)也隨之升級，主要表現(xiàn)：

①高能量密度電池電解液

隨著動力電池的日漸普及，高性價比能量密度高的電池是目前動力鋰離子電池主要研究方向。隨著高鎳三元、磷酸錳鐵鋰、高電壓鎳錳酸鋰、富鋰錳基等新型正極材料以及純硅或者硅碳復合負極材料的不斷涌現(xiàn)，只有深入研究這些材料與電解液的作用機理和失效機制，開發(fā)出適配其性能的添加劑和電解液，才能加速高性價比能量密度高的動力電池技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。

②高功率型電解液

目前商品化的鋰離子電池實現(xiàn)高倍率持續(xù)放電還存在一定的困難，主要原因是電池界面內(nèi)阻較大并導致內(nèi)部發(fā)熱嚴重。因此，開發(fā)具有低阻抗的成膜添加劑及電解液方案是解決電池快充的關(guān)鍵。

③半固態(tài)和固態(tài)電解液

當前使用的液態(tài)電解液的平均閃點在 20℃左右，當電池過充、過放、短路，或受到外界的針刺、擠壓，或外界溫度過高時，都可能引發(fā)電解液的燃燒并導致安全事故。因此，半固態(tài)和固態(tài)電解質(zhì)是未來電解液行業(yè)研究的一個重要方向。

④鈉離子電池電解液

鈉離子的離子半徑比鋰離子大，因此鈉離子電池的負極一般采用層間距較大的硬碳。相較于石墨負極，硬碳材料的首次充電的不可逆容量較大，因此鈉離子電池的首次效率較低，影響了鈉離子電池的能量密度。開發(fā)新型鈉離子型電解質(zhì)可以有效彌補鈉離子電池的首次效率，提升電池的循環(huán)性能。此外，與鋰離子電池類似，鈉離子電池在化成階段，電解液中的有效成分會參與負極 SEI 的形成且該 SEI 中含有較多有機或無機鈉鹽，相對于鋰鹽，鈉鹽在有機溶劑中的溶劑度偏大，因此鈉離子電池的 SEI 不穩(wěn)定，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，SEI 中的成分逐漸發(fā)生溶解，造成電池產(chǎn)氣及循環(huán)壽命下降。因此如何開發(fā)更加有效的負極成膜添加劑將是未來鈉離子電池電解液的重要開發(fā)方向。

3、行業(yè)面臨的機遇

（1）國家產(chǎn)業(yè)政策扶持行業(yè)發(fā)展

在動力領(lǐng)域，新能源汽車替代燃油汽車為市場發(fā)展的主流趨勢，為推動新能源汽車行業(yè)發(fā)展，我國政府機構(gòu)相繼出臺了包括稅收優(yōu)惠、財政補貼、積分政策、路權(quán)特權(quán)等在內(nèi)的行業(yè)扶持政策。為了積極應(yīng)對氣候變化，國際社會掀起“碳中和”風潮，全球已有超過 120 個國家和地區(qū)提出了“碳中和”目標。受此影響，各個國家和地區(qū)政府制定了較為積極的汽車電動化時間表，對整車生產(chǎn)企業(yè)和汽車零部件產(chǎn)業(yè)鏈形成了較為嚴峻的政策約束，這將加速電動汽車的推廣普及。

在儲能領(lǐng)域，為貫徹雙碳戰(zhàn)略，我國近年來加碼儲能電池發(fā)展，《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》等“十四五”規(guī)劃政策陸續(xù)發(fā)布；地方能源主管部門亦出臺有系列政策，涵蓋行業(yè)發(fā)展、機制完善、項目落地等內(nèi)容。受益于政策支持，儲能行業(yè)有望實現(xiàn)持續(xù)快速發(fā)展。

（2）行業(yè)標準和行業(yè)規(guī)范不斷完善

近年來，行業(yè)管理部門通過加快標準制定、加強行業(yè)規(guī)范，不斷優(yōu)化鋰離子電池電解液產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境。2015 年 8 月，國家標準《便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組安全要求》（GB31241-2014）正式實施，提高對鋰離子電池的安全監(jiān)管。2016 年 11 月，工信部發(fā)布《鋰離子電池綜合標準化技術(shù)體系》，闡明了鋰離子電池標準化的總體思路和工作目標，完善了電池產(chǎn)品和制造與檢測設(shè)備等5 大類在內(nèi)的綜合標準化技術(shù)體系。2021 年 12 月，工信部頒布《鋰離子電池行業(yè)規(guī)范條件（2021 年本）》，完善并提高了對電解液產(chǎn)品性能及鋰離子電池電解液企業(yè)安全管理的要求。隨著鋰離子電池電解液行業(yè)標準技術(shù)體系和規(guī)范條件的相繼落實，行業(yè)內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量不過關(guān)的企業(yè)將會被市場淘汰，有力保障了鋰離子電池電解液行業(yè)的穩(wěn)健規(guī)范發(fā)展。

（3）下游應(yīng)用場景與需求日益豐富

鋰離子電池電解液行業(yè)的下游應(yīng)用產(chǎn)品主要包括動力類鋰離子電池、消費類鋰離子電池和儲能類鋰離子電池，廣泛應(yīng)用于新能源汽車、儲能和消費電子領(lǐng)域。

在動力鋰離子電池應(yīng)用領(lǐng)域，隨著鋰離子電池成本的降低和安全性能提升，應(yīng)用動力類鋰離子電池的新能源汽車的滲透率將日益提高；在消費鋰離子電池應(yīng)用領(lǐng)域，5G 技術(shù)的成熟及大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用將催生智能移動設(shè)備的更新?lián)Q代需求。

此外，可穿戴智能設(shè)備、電子煙、無人機等新一代電子產(chǎn)品的興起亦將帶動消費類鋰離子電池市場需求量快速增長；在儲能鋰離子電池應(yīng)用領(lǐng)域，電網(wǎng)儲能、基站備用電源、家庭光儲系統(tǒng)、電動汽車光儲式充電站等都有著較大的成長空間。下游應(yīng)用場景的不斷豐富將促進鋰離子電池電解液行業(yè)的蓬勃發(fā)展。

（4）產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)企業(yè)對技術(shù)創(chuàng)新迭代需求強烈

鋰離子電池的開發(fā)是一個復雜的系統(tǒng)化工程，近年來，在行業(yè)從產(chǎn)能擴張走向技術(shù)迭代發(fā)展的趨勢下，產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)企業(yè)在各類研發(fā)場景下均產(chǎn)生了對技術(shù)創(chuàng)新的強烈需求，拉動對電解液研發(fā)創(chuàng)新的需求。因此，行業(yè)內(nèi)重點布局研發(fā)的企業(yè)，未來有望迎來新的發(fā)展空間，打破行業(yè)目前的競爭格局。

4、行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

（1）產(chǎn)品迭代速度加快的壓力

近年來，鋰離子電池行業(yè)發(fā)展迅速，電池材料體系升級及電池設(shè)計創(chuàng)新的速度不斷加快，由此對上游鋰離子電池電解液技術(shù)開發(fā)速度的要求不斷提升。與此同時，鈉離子電池及固態(tài)電池的不斷發(fā)展也對電解液技術(shù)的研發(fā)帶來了新的挑戰(zhàn)。鋰離子電池電解液新技術(shù)開發(fā)需要較長時間的經(jīng)驗積累、人員積累和技術(shù)積累。

我國鋰離子電池電解液行業(yè)內(nèi)企業(yè)在前沿領(lǐng)域的研究能力仍有較大提升空間。因此，隨著下游應(yīng)用領(lǐng)域?qū)︿囯x子電池性能的要求日益提高，鋰離子電池電解液生產(chǎn)企業(yè)需持續(xù)創(chuàng)新以應(yīng)對下游需求變化，若企業(yè)不能持續(xù)進行產(chǎn)品性能改進，則將面臨被市場淘汰的風險。

（2）專利技術(shù)對鋰電池電解液全球化的挑戰(zhàn)

日韓等國家在電解液行業(yè)起步早，掌握了許多核心專利技術(shù)，尤其是在添加劑領(lǐng)域，上述問題將制約我國電解液行業(yè)技術(shù)升級和走向國際化市場。鋰離子電池電解液生產(chǎn)企業(yè)需持續(xù)開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心材料來應(yīng)對當前困境，若企業(yè)不能持續(xù)進行新材料的開發(fā)及專利的布局，則將難以突破專利的封鎖，電解液產(chǎn)品難以在國際市場占據(jù)有利地位。

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