新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈之電池級溶劑行業(yè)專題研究報(bào)告

1、 新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈之電池級溶劑行業(yè)專題研究報(bào)告 報(bào)告綜述電池級溶劑產(chǎn)品鏈豐富，生產(chǎn)要求極高，不同的產(chǎn)品純度將顯著影響其電化學(xué)窗口。（1）電解液目前采用混合溶劑體系，在溶劑選擇方面需要滿足高 介電、低粘度、低熔點(diǎn)、高沸點(diǎn)、低成本等要求，通常會(huì)采用環(huán)狀碳酸酯 （EC/PC）與鏈狀碳酸酯（DMC/DEC/EMC）混配的模式；（2）電池級溶 劑種類豐富，可延伸產(chǎn)品較多，而溶劑的氟化處理及含硫溶劑都是產(chǎn)業(yè)發(fā)展 重點(diǎn)方向，能分別滿足鋰電池不同的性能要求；（3）電池級溶劑對純度要 求極高，而純度將影響其電化學(xué)窗口，因此溶劑的精餾精制在工業(yè)化生產(chǎn)中至關(guān)重要。電池級溶劑行業(yè)格局優(yōu)異，長期增長空間廣闊。（1）與偏

2、大宗的工業(yè)級溶 劑不同，電池級溶劑難度極高，有能力從事的企業(yè)數(shù)量較少，主流溶劑無論 是 DMC、EC 還是 EMC，龍頭企業(yè)占比都在 40%左右，CR2 都在 50%- 70%左右，因此行業(yè)格局較為優(yōu)異；（2）展望未來，跟隨鋰電池及電解液需求增長的步伐，到 2025 年電池級溶劑需求將達(dá) 86 萬噸，約為目前需求 的三倍，長期增長空間廣闊。需求旺盛下電池級溶劑價(jià)格堅(jiān)挺，產(chǎn)業(yè)鏈盈利非?？捎^。目前下游電解液需 求旺盛，支撐電池級溶劑價(jià)格維持高位，無論是 PO（環(huán)氧丙烷）還是 EO （環(huán)氧乙烷）路線，產(chǎn)業(yè)鏈盈利都十分可觀。從趨勢來看，核心的電池級 DMC 價(jià)格差走勢近期創(chuàng)出近四年歷史新高；前端的 E

3、C 價(jià)格差有明顯抬升，PC 由于不是最主流溶劑，價(jià)格差仍處于較低水平；后端的 DEC、DMC 價(jià)格基 本與 DMC 趨同，因此兩者與 DMC 價(jià)格差相對穩(wěn)定，值得注意的是，EMC 綜合了 DMC 和 DEC 的優(yōu)勢，性能優(yōu)異，更適合高鎳三元，目前價(jià)格更為 堅(jiān)挺，未來不排除漲價(jià)可能。此外，我們也大致定量地測算了每個(gè)溶劑產(chǎn)品 的利潤情況，具體測算可見報(bào)告第三部分圖表。一、電池級溶劑產(chǎn)品鏈豐富，要求極高電解液采用混合溶劑體系，綜合各產(chǎn)品不同性能電池級溶劑要滿足高介電、低粘度、低熔點(diǎn)、高沸點(diǎn)、高燃點(diǎn)、低成本等特征。電解液為鋰電池的 核心基礎(chǔ)材料之一，其主要由電解質(zhì)（六氟磷酸鋰）、溶劑和添加劑三部分組成

4、，其中溶劑主要起 到溶解鋰鹽作用，理想的溶劑應(yīng)當(dāng)具備以下特征：（1）高介電常數(shù)，以保證溶解大量鋰鹽，以及 保證較低的離子導(dǎo)電電阻；（2）低粘度，即流動(dòng)性要好；（3）與電池所有組件兼容（電池內(nèi)部某 些組件之間是不能直接接觸的，只有電解液與構(gòu)成電池的所有組件相互接觸）；（4）低熔點(diǎn)、高 沸點(diǎn)，即液態(tài)溫度范圍大；（5）無毒、低成本、高燃點(diǎn)。一般要溶解大量的鋰鹽，溶劑需含有極 性比較強(qiáng)的官能團(tuán)，一般以“C=O”、“C=N”、“S=O”和醚類官能團(tuán)“O”為主，此外處于溶解性的考慮還要求溶劑的極性要高，即所謂的相似相容特征。目前鋰電池電解液均采用混合溶劑體系，綜合各溶劑不同的優(yōu)異性能。伴隨鋰電池和電解液的

5、發(fā) 展，溶劑的使用也有一定的時(shí)代性，在 1991 年以前主要使用 PC（碳酸丙烯酯）和 DEC（碳酸二 乙酯），1992 年引入 EC（碳酸乙烯酯），1993 年出現(xiàn) EMC（碳酸甲乙酯）、DMC（碳酸二甲 酯）和 MP（丙酸甲酯）等，此后溶劑體系幾乎保持不變。目前來看，單一溶劑已難達(dá)到電解液的 要求，液體鋰電池電解液都采用混合溶劑體系，主要是碳酸酯溶液，通常有一種碳酸酯的介電常數(shù) 高，有利于鋰鹽的溶解，如 EC 和 PC，另外一種或幾種碳酸酯的的粘度低，如 DMC、DEC、EMC 等。因此通常一種環(huán)狀碳酸酯與一種或多種直鏈碳酸酯的混合液可以構(gòu)成良好的溶劑體系，其中 EC 由于介電常數(shù)遠(yuǎn)大于

6、PC，具有良好的成膜性質(zhì)（促進(jìn) SEI 膜的形成），以及較優(yōu)的綜合性能 和較為合適的生產(chǎn)制造成本，成為環(huán)狀碳酸酯的主選；在鏈狀碳酸酯中，DMC 熔沸點(diǎn)溫度范圍較 窄，但介電常數(shù)和閃點(diǎn)較高，同時(shí)毒性小、生產(chǎn)工藝相對簡單、成本也相對較低，因此成為鏈狀碳 酸酯主流，而 DEC 和 EMC 由于熔點(diǎn)較低，可以擴(kuò)展電解液溫度下限；此外其中 EMC 兼具 DMC 和 DEC 的特性，即良好的溶解性、介電常數(shù)高、低溫性能好，能有效提高鋰電池能量密度和放電 容量，延長電池使用壽命，成為鏈狀添碳酸酯溶劑中的優(yōu)良選擇。溶劑的氟化處理及含硫溶劑溶劑的氟化處理和含硫溶劑同樣成為發(fā)展趨勢和研究重點(diǎn)。溶劑的氟化：氟化處理

7、，就是用氟元素（部分）取代有機(jī)溶劑中的 H 元素，可以增強(qiáng)溶劑的熱穩(wěn)定性、提高抗燃能力、拓展電化學(xué)窗口，2000 年氟代苯類溶劑被引入電解液，2005 年 FEC（氟代 碳酸乙烯酯）也被引入，氟化處理成為提升溶劑性能以及開發(fā)添加劑的一種有效辦法，但氟化處理 的工藝比較復(fù)雜，一般會(huì)引入相應(yīng)雜質(zhì)，對純化要求較高。含硫溶劑：含硫溶劑種類同樣較多，根據(jù)硫化物基本特征和結(jié)構(gòu)，不同類別的含硫溶劑擁有不同性 能，整體可大致分為砜類、亞砜類、亞硫酸鹽類、磺酸酯類、硫酸酯類等五大類：（1）砜類：如 TMS（環(huán)丁砜），在室溫下與 EC 一樣是固態(tài)，二甲基砜熔點(diǎn)較高，適合 150以 上的高溫鋰離子電池；（2）亞砜類

8、：如 DMSO，有很強(qiáng)的溶劑化能力、較高的介電常數(shù)、較合適的液態(tài)溫度范圍，此外 TMSO 性能也類似；（3）亞硫酸鹽類：與碳酸酯結(jié)構(gòu)類似，如 ES、PS、DMS、DES 等，可以作為 EC 體系的添加劑 或者共溶劑來使用，其中 ES 是陽極成膜添加劑，DMS 能改進(jìn)低溫性能，也可以作為共溶劑使用；（4）磺酸酯類：化學(xué)活性較高，不太適合鋰離子電池體系，其中 PS 可作為陰陽極成膜添加劑， 也可作為陰極保護(hù)劑；（5）硫酸酯類：化學(xué)活性高，一般作為添加劑使用，其中硫酸乙烯酯可作為陽極成膜添加劑。溶劑種類豐富，可延伸產(chǎn)品較多 除氟化處理和含硫溶劑外，溶劑還有眾多細(xì)分品種，它們各有特點(diǎn)，大部分可當(dāng)做添加

9、劑少量使用， 其他的一些溶劑產(chǎn)品及特點(diǎn)大致總結(jié)如下：（1）雜環(huán)類碳酸酯：通常含有鹵素，可以降低熔點(diǎn)，改進(jìn) SEI 成膜特性；（2）線性酯類：低溫性能更為突出，可以氟化，氟化碳酸酯類可燃性低，有助于 SEI 膜的穩(wěn)定；（3）氟化氨基甲酸酯類：會(huì)形成高阻 SEI，降低容量；（4）氟化醚類：可提高熱安全性，改進(jìn) SEI 組成；（5）乙二醇硼酸酯類：鋰離子導(dǎo)電能力處于中等水平，但在 Pt 上的陽極穩(wěn)定性好；（6）砜類：特點(diǎn)是導(dǎo)電性好，同時(shí)陰極材料上的陽極氧化穩(wěn)定性好，烷基氟化處理可以改進(jìn)其在 碳基負(fù)極上的 SEI 化學(xué)；（7）磺酰胺類：導(dǎo)電性中等，Pt 上陽極氧化穩(wěn)定性差。電池級溶劑純度要求高，純度將

10、影響其電化學(xué)窗口對于電解液用溶劑而言，溶劑的純度對鋰電池性能的影響至關(guān)重要，微量的雜質(zhì)會(huì)明顯影響溶劑的 電化學(xué)窗口，進(jìn)而影響電解液的性能。以氧化電位上限為例，通過提高溶劑的純度可以有效提高溶 劑的氧化電位上限，例如對于 EC，純度從 99.91%提高至 99.979%，氧化電位上限能從 4.87V 提高至 5.50V。而對于大部分溶劑，純度小于 99.9%時(shí)，其分解電位為 4.6-4.9V，提高純度就能夠提 高其氧化電位窗口，一般能達(dá)到 5.2V 以上。如果純度進(jìn)一步提高，像主流的 EC、PC、DMC、EMC 和 DEC，其氧化電位上限可以分別達(dá)到 6.2V、6.6V、6.5V、6.7V 和

11、6.7V。因此在電池級溶劑的生產(chǎn)過程中，溶劑的精制不可或缺，這也是電池級溶劑生產(chǎn)工藝的難點(diǎn)之一。 一般在環(huán)氧丙烷路線中，前端的碳酸丙烯酯（PC）粗品會(huì)進(jìn)入薄膜蒸發(fā)器，在減壓環(huán)境下濃縮蒸 發(fā)，得到碳酸丙烯酯精品，再往后道與甲醇反應(yīng)制得碳酸二甲酯（DMC），而碳酸二甲酯粗品也要 經(jīng)過常壓精餾得到碳酸二甲酯精品，越往后端，帶入雜質(zhì)的潛在可能性越高，如在后端電池級碳酸 甲乙酯（EMC）和碳酸二乙酯（DEC）的生產(chǎn)過程中，需要多道精餾，每一精餾環(huán)節(jié)對溫度和壓力 的控制也不盡相同，最終才能獲得純度在 99.99%以上的電池級溶劑產(chǎn)品。二、電池級溶劑行業(yè)格局較優(yōu)，長期增長空間廣闊電池級溶劑格局優(yōu)異與偏大宗的

12、工業(yè)級溶劑不同，電池級溶劑由于催化劑選擇要求高、提純難度大，整體國內(nèi)能做的企業(yè)偏少。以 DMC 為例，國內(nèi)名義產(chǎn)能達(dá)到 92.6 萬噸，實(shí)際有效的產(chǎn)能也在一半以上，生產(chǎn)企業(yè) 數(shù)量較多，但大部分企業(yè)只能從事工業(yè)級 DMC 的生產(chǎn)，純度大概在 99.9%左右，而電池級 DMC 純度要求至少達(dá)到 99.99%，有些超純級產(chǎn)品要求甚至達(dá)到 99.999%，有能力生產(chǎn)的企業(yè)屈指可數(shù)， 國內(nèi)目前基本只有四五家，此外有少數(shù)企業(yè)嘗試生產(chǎn)，格局更為優(yōu)異，其中龍頭企業(yè)石大勝華占目 前電池級 DMC 產(chǎn)能一半以上。此外像電池級 EC 產(chǎn)能也基本集中在石大勝華、東營?？啤W克化 學(xué)、遼寧港隆、營口恒洋、中科宏業(yè)等少數(shù)

13、幾家企業(yè)，技術(shù)難度更高的電池級 EMC 更是集中于石 大勝華、東營?？啤⑦|寧港隆、遼陽百事達(dá)等少數(shù)企業(yè)，相較工業(yè)級溶劑而言格局十分優(yōu)異。電池級溶劑未來增長空間廣闊電池級溶劑在電解液中的用量占比達(dá)到 80%-85%，因此電池級溶劑未來的需求也將跟隨下游電解 液及終端新能源汽車的發(fā)展而增長，從歷史來看，無論全球還是國內(nèi)，電解液的產(chǎn)量均維持了穩(wěn)步 持續(xù)增長的態(tài)勢，2020 年我們預(yù)計(jì)全球電解液的產(chǎn)量約為 34 萬噸，對電池級溶劑的需求約為 28.5 萬噸，國內(nèi)電解液產(chǎn)量接近 24 萬噸，對電池級溶劑的需求約為 20 萬噸，供給主要集中于上述幾 家企業(yè)。展望未來增長空間，2019 年全鋰電池出貨約 2

14、20Gwh，其中消費(fèi)約 70Gwh、動(dòng)力約 117Gwh、儲 能（包括電動(dòng)工具）34Gwh，根據(jù)工信部規(guī)劃，到 2025 年國內(nèi)新能源車占比要達(dá)到 20%，按照 2500 萬輛車、單車 60 度帶電量測算，2025 年國內(nèi)動(dòng)力電池裝機(jī)有望達(dá)到 300Gwh，再按照國內(nèi) 40%占比測算，全球動(dòng)力電池裝機(jī)量將達(dá)到 750Gwh，此外，隨著 5G 的推廣和儲能的快速發(fā)展， 到 2025 年 3C 和儲能電池出貨量有望分別達(dá) 125Gwh 和 70Gwh，屆時(shí)全球鋰電裝機(jī)有望達(dá)到 945Gwh，六年復(fù)合增速為達(dá)到 27.5%。而假設(shè)每 Gwh 電池需要電解液 1100 噸，溶劑添加比例 為 83%，則

15、到 2025 年全球電解液需求將達(dá) 104 萬噸，對溶劑的需求將達(dá) 86 萬噸，大致是目前市 場規(guī)模的三倍。此外，我們也觀察到國內(nèi)電解液企業(yè)的擴(kuò)產(chǎn)規(guī)劃，到 2020 年國內(nèi)主流電解液企業(yè) 產(chǎn)能約為 38.2 萬噸，而長期這些企業(yè)在國內(nèi)外的擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃達(dá)到 68 萬噸，未來合計(jì)總產(chǎn)能超過 106 萬噸，在疊加海外電解液企業(yè)，基本能夠保證未來鋰電池需求，因此未來對電池級溶劑的需求也預(yù) 將與電解液擴(kuò)產(chǎn)規(guī)劃保持一致。三、需求旺盛支撐電池級溶劑價(jià)格堅(jiān)挺，產(chǎn)業(yè)鏈盈利非?？捎^電解液需求旺盛，支撐電池級溶劑價(jià)格維持高位從 2020 年下半年以來，受益于終端新能源汽車銷量高增長，電解液排產(chǎn)和出貨持續(xù)提升，月度產(chǎn) 量

16、從 6 月份的 1.8 萬噸提升至年底的接近 3 萬噸，而溶劑在電解液中占比約為 80%-85%，因此整 體需求也跟隨下游大幅增長，而電池級溶劑價(jià)格也得以維持高位。與工業(yè)級溶劑相比，目前電池級 溶劑可謂走出了獨(dú)立行情，以 DMC 為例，其工業(yè)級產(chǎn)品已經(jīng)從高點(diǎn) 1.45 萬/噸跌至 7600 元/噸， 且價(jià)格還有進(jìn)一步下探的可能，而電池級 DMC 價(jià)格從高點(diǎn)的 1.7 萬/噸跌至目前 1.4 萬/噸，價(jià)格 已基本穩(wěn)住，而兩者的價(jià)差也在同一時(shí)期持續(xù)擴(kuò)大，電池級 DMC 的技術(shù)溢價(jià)愈發(fā)體現(xiàn)。此外，其 他的幾個(gè)電池級溶劑產(chǎn)品像 DEC、ECM、EC 和 PC，價(jià)格同樣堅(jiān)挺，在需求強(qiáng)支撐雖從高點(diǎn)有所 回

17、落，但目前價(jià)格也基本穩(wěn)住，尤其像 EMC 價(jià)格前期不僅沒有下跌，近期甚至又出現(xiàn)上漲態(tài)勢。電池級溶劑產(chǎn)業(yè)鏈盈利十分可觀主流溶劑從合成工藝上來看主要有兩條路線：（1）丙烯 PO PC DMC DEC/EMC； （2）乙烯 EO PC DMC DEC/EMC，關(guān)鍵中間產(chǎn)物分別為 PO 和 EO，而后端的 DEC 和 EMC 都可以由 DMC 與乙醇反應(yīng)合成。從終端產(chǎn)品來看，DMC 是核心橋梁，能串聯(lián)起另 外四個(gè)溶劑品種，因此它的價(jià)格和盈利對產(chǎn)業(yè)鏈具有一定指導(dǎo)意義。此外，在丙烯路線中會(huì)副產(chǎn)丙 二醇，在乙烯路線中會(huì)副產(chǎn)乙二醇，兩個(gè)副產(chǎn)品同樣可以分擔(dān)成本并增加利潤，在考慮溶劑產(chǎn)業(yè)鏈 盈利時(shí)也必須將其納入考

18、慮。從前端原料來看，目前 PC、EC 與原料的價(jià)格差從低位有所回升，其中 PC 由于不是主流溶劑， 價(jià)格偏低，因此其價(jià)格差處于相對較低水平，而 EC 屬于主流溶劑，在強(qiáng)需求支撐下價(jià)格較好，疊 加 EO 價(jià)格相對較低，導(dǎo)致 EC 與 EO 的價(jià)格差近期有明顯抬升。如果從全產(chǎn)業(yè)鏈角度來看，電池級 DMC 的價(jià)格差能更好地顯示行業(yè)景氣度，我們分別測算了電池 級 DMC 與 PO、EO 的價(jià)格差，并且將副產(chǎn)物的降本增效納入考慮，其價(jià)格差走勢如下圖所示， 我們可以觀察到近期無論是 PO 路線還是 EO 路線，整體價(jià)格差水平都處于近四年的歷史新高，足 以反映全產(chǎn)業(yè)鏈盈利的景氣程度。此外，我們也測算了 EMC 與 DEC 的價(jià)格差走勢，由于 EMC、 DEC 價(jià)格與 DMC 基本趨同，導(dǎo)致兩者價(jià)格差基本處于穩(wěn)定區(qū)間。值得注意的是，其中 EMC 由于 性能優(yōu)異，適合高鎳三元，目前需求較為景氣，而價(jià)格也有上漲趨勢，我們預(yù)計(jì)未來 EMC 與 DMC 的價(jià)格差將有所擴(kuò)大。此外，我們也從量化角度對上述五個(gè)主流溶劑產(chǎn)品的利潤進(jìn)行大致測算，在目前靜態(tài)價(jià)格水平、考 慮副產(chǎn)及一定的費(fèi)率假設(shè)下，我們評估目前從前端原料（PO 或 EO）開始計(jì)算，EC 的噸凈利在