2022年LiFSI(雙氟磺酰亞胺鋰)上游工藝、成本及原料供給現(xiàn)狀

2022年LiFSI(雙氟磺酰亞胺鋰)上游工藝、成本及原料供給現(xiàn)狀一、LiFSI(雙氟磺酰亞胺鋰)產(chǎn)業(yè)概述鋰電池電解液主要由溶劑、添加劑和鋰鹽三部分組成。鋰鹽方面而言，目前首選六氟磷酸鋰，其實際優(yōu)秀的導電率、穩(wěn)定性和環(huán)保優(yōu)點是使用的關鍵原因，但仍存在熱穩(wěn)定性差、易分解、最終產(chǎn)品氟化氫(高溫下影響電池性能)、低溫易結晶等問題。LiFSI的氟離子有很強的吸電子性，鋰鹽的陰陽離子間配位作用弱、活性強，具備的較高的穩(wěn)定性和導電性能，相較六氟磷酸鋰，具備導電率高、水敏感度低、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)勢。LiFSI(雙氟磺酰亞胺鋰)產(chǎn)業(yè)地位LiFSI雖然性能更加優(yōu)越，但高昂的生產(chǎn)成本在一定程度上阻礙了其市場的擴展。新型鋰鹽LiFSI可解決六氟短板，有望與六氟共同成為主流鋰鹽。LiFSI相較六氟在穩(wěn)定和導電等方面優(yōu)勢，可整體提升鋰電池多種環(huán)境的適應能力，尤其是隨著主要增長動力來源新能源汽車動力電池高鎳化、高電壓化趨勢，LiFSI正在成為眾多電池和電解液企業(yè)的新選項，盡管LiFSI對鋁箔產(chǎn)生腐蝕較高，但通過添加劑可以解決，未來LiFSI有望成為下一代電解液主流鋰鹽。主要鋰鹽的性能比較資料來源：公開資料整理高昂的成本和價格是LiFSI發(fā)展的關鍵阻礙，當前產(chǎn)品主要限制于技術和環(huán)保問題。但是近年來隨著國內主要企業(yè)持續(xù)開發(fā)和產(chǎn)能擴張，整體技術的不斷成熟，疊加產(chǎn)品規(guī)?；瘞淼倪呺H效應，LiFSI的經(jīng)濟性開始顯現(xiàn)。從LiFSI價格可見一斑，數(shù)據(jù)顯示，我國LiFSI價格從2017年的單噸價格70萬下降至2022年8月底的35萬元/噸左右而六氟磷酸鋰在2021年中旬受產(chǎn)業(yè)整體供需偏緊，價格一度高漲至60萬元/噸，后續(xù)供需逐步達成新平衡，截止2022年10月末價格仍在30萬元/噸左右，與LiFSI價格差距已整體較小。隨著價格下降，LiFSI正在從添加劑角色升級為單獨使用。數(shù)據(jù)顯示，頭部電池企業(yè)的LiFSI添加比例約為0.5%-3%，部分企業(yè)添加LiFSI的主流配方已經(jīng)提升至3%-6%。隨著4680大圓柱電池和寧德時代麒麟電池對整體鋰鹽要求提升，整體LiFSI使用比例將持續(xù)提升。2017-2022年8月LIFSI價格變動情況2022年全球LiFSI專利數(shù)量分布情況2016-2022年10月中國六氟磷酸鋰價格走勢圖二、成本、技術工藝分類及優(yōu)勢隨著LiFSI市場認可和需求持續(xù)增長，技術領域突破需求帶動專利數(shù)量快速增長。當前國內國內多家企業(yè)和研究機構開始儲存新型制備技術，通過縮短工藝流程、降低原材料單耗等方式對現(xiàn)有生產(chǎn)工藝進行改進，推動LiFSI進一步降本增效，加速LiFSI使用比例提升。專利數(shù)量變動情況而言，隨著全球和國內相關企業(yè)和機構研發(fā)投入持續(xù)增長，專利公開量持續(xù)增長，數(shù)據(jù)顯示，2022年LiFSI專利公開數(shù)量達新高，為454個，國內而言，截止2022年11月初，中國大陸總共有1041個專利數(shù)量，占比全球2072個一半以上。2017-2022年全球LiFSI專利申請及公開數(shù)量變動注：2022年截止11月9日注：2022年截止11月9日LiFSI因其良好結構穩(wěn)定性和電化學性能等優(yōu)異性能，由于其提純、合成難度較大、排污處理難，導致其成本較高。LiFSI按照合成步驟可分為三步法和兩步法(硫酰氟法)，現(xiàn)以兩步法為主。三步法合成過程可分雙氯磺酰亞胺的合成(氯化)、氟化、鋰化三個主要步驟及后續(xù)的過濾洗滌等非關鍵步驟，主要原料包括氯磺酸、氯化亞砜、氨基磺酸、氯磺酰異氰酸(通過氨基磺酸和光氣等制備而成)、三氯化硫等，氟化過程一般用氟化鹽、氫氟酸(氟化氫)等；而兩步法(硫酰氟法)跳過氯化過程，以硫酰氟及氮化鋰為原料直接得氟化中間品雙氟磺酰亞胺(HFSI)，目前采用該法生產(chǎn)企業(yè)較少。鋰化過程一般用堿性鋰或鹵化鋰。三步法LIFSI基本流程示意圖LiFSI工藝分類及所需原料示意圖三步法包括多種不同原料的生產(chǎn)方法包括以氨基磺酸、氯化亞砜、氯磺酸為原料；以氯磺酸、氯磺酰異氰酸為原料；以氯磺酸、三氧化硫和三聚氰氯等原料等多種工藝，按照企業(yè)的工藝改進和原料配比方式，不同企業(yè)原料使用之間仍有差距，如天賜材料在降本方面以三氧化硫替代氯磺酸以降本。就氨基磺酸路線工藝而言，整體原料成本占比較高，其中堿性鋰受鋰礦整體價格持續(xù)高漲，雖整體使用量相較氨基磺酸、氯磺酸和氯化亞砜等較少，但整體成本占比影響最大，相較氯磺酰異氰酸路線，氨基磺酸路線中氨基磺酸等原料可得性強，受上游非鋰產(chǎn)品限制較小。中國制備LiFSI氨基磺酸路線成本結構占比制備LiFSI氨基磺酸路線異氰酸酯路線原料氯磺酰異氰酸酯一般由氯化氰和三氧化硫反應得到，原材料行業(yè)規(guī)模相對較小，且氯磺酰異氰酸酯單價更高，制備反應條件苛刻，制備需要加入光氣，光氣作為第三類監(jiān)控化學品，我國對光氣控制極嚴，光氣生產(chǎn)資質獲取難，擴產(chǎn)受限，后期大規(guī)模投產(chǎn)后光氣生產(chǎn)資質將使氯磺酰異氰酸酯價格繼續(xù)承壓。就異氰酸酯路線成本結構而言，相較氨基磺酸整體環(huán)保費用占比較高，制作費用和人工之間差距較小，但整體鋰化原料成本仍是主要成本影響因素。對比天賜材料(氨基磺酸路線)和多氟多(異氰酸酯路線)原料和溶劑的進入產(chǎn)品量、循環(huán)量以及進入三廢量整體利用率均高于94%，部分原料單程轉化率仍有提升空間，改進后可降低成本。中國制備LiFSI氯磺酰異氰酸酯路線成本結構占比資料來源：公開資料整理制備LiFSI氯磺酰異氰酸酯路線兩步法(硫酰氟法)相較三步法整體工藝步驟省去了氯化環(huán)節(jié)，但對于工藝、溫度等相關要求更為苛刻，如在溫度方面硫酰氟法在進料時通常要求低于室溫，反應過程中的溫度一般維持在25℃左右。但是，它的反應會釋放大量熱量，且形成固體鹽，難以迅速將熱量傳遞出來，整體工藝控制難度高。原料主要為硫酰氟、六甲基二硅氮烷、氮化鋰等，其中間產(chǎn)品與三步法同為雙氟磺酰亞胺。目前國內硫酰氟法整體應用企業(yè)較少，天賜材料(原料為六甲基二硅氮烷)和多氟多(原料為氮化鋰)具備專利儲備。制備LIFSI硫酰氟法路線示意圖2.3降本目前LiFSI制備工藝已相對成熟，龍頭企業(yè)收率基本在95%以上，成本和價格是阻礙產(chǎn)業(yè)規(guī)模化替代的關鍵因素。為提升產(chǎn)業(yè)競爭力和提升利潤水平，國內LiFSI主要廠商持續(xù)擴產(chǎn)同時改進工藝。按照降本方式，主要可分為三類別，一是氯化和氟化環(huán)節(jié)通過更換原料或修改配比提升收率、利用率或降低環(huán)保費用，如采用氟氣或無水氟化氫作為強氧劑進行氟化并實現(xiàn)閉路循環(huán)，降低氟化成本，凱盛新材雙氯磺酰亞胺的合成原材料直接采用三氧化硫，而非使用氯磺酸，可以有效減少氯化氫廢氣的排放，降低環(huán)保成本；二是副產(chǎn)品無害化處理并梯級回收，降低生產(chǎn)成本，如天賜材料回收副產(chǎn)二氧化硫省環(huán)保費用，回收副產(chǎn)氯化氫省制備二氯亞砜外購費用；三是規(guī)?；a(chǎn)后能夠進一步降本增效，數(shù)據(jù)顯示，隨著LiFSI規(guī)?；掷m(xù)推動，單產(chǎn)制造費用可大幅度降低。LIFSI制備規(guī)?；杀咀儎雍唵螠y算資料來源：公開資料整理三、細分企業(yè)技術工藝和原料對比國內外已有企業(yè)生產(chǎn)并銷售LiFSI，但整體規(guī)模不大，截止2021年產(chǎn)能約為1.164萬噸，隨著需求帶動產(chǎn)能快速擴張，截至2022年8月底全球產(chǎn)能合計約2.26萬噸。其中有6家產(chǎn)能在千噸以上，行業(yè)集中度高，CR3=80%，其中寧德時代控股子公司時代思康產(chǎn)能最大。根據(jù)各公司環(huán)評公示統(tǒng)計，大部分產(chǎn)能采用以氯化亞砜為原料的氯磺酸法。受限于產(chǎn)能規(guī)模、產(chǎn)能爬坡等因素影響，目前僅天賜材料出貨量最高，多氟多、新宙邦、康鵬科技均有出貨，呈現(xiàn)“一超多強”競爭格局。根據(jù)各家公司公告顯示，無論是已經(jīng)掌握技術的“老玩家”，還是新建項目的“新玩家”，紛紛加速產(chǎn)能布局，預計2025年前可投產(chǎn)，規(guī)劃總產(chǎn)能約20萬噸。截至2021年全球LIFSI主要企業(yè)產(chǎn)能分布情況就全球主要LiFSI制備企業(yè)專利布局現(xiàn)狀而言，日本觸媒在2009年就開始研發(fā)LiFSI工業(yè)合成方法，不僅在專利上布局最早，也仍在不斷優(yōu)化合成工藝，另外法國阿科瑪和韓國天寶整體布局也較高，氟化環(huán)節(jié)相較國內整體以氟化氫為主，國際企業(yè)更加多元化，其中氟化銨和雙氯磺酸亞胺的反應為液相反應，相對于氣-液兩相反應更容易進行，耗時短但需額外提純，另外在氟氣和其他氟化鹽上均有專利。國內來看，整體氯化環(huán)節(jié)以三步法為主，硫酰氟專利天賜材料和多氟多各有布局，但整體應用水平較低，鋰化環(huán)節(jié)主要以堿性鋰為主。隨著市場對新型鋰鹽關注度的提升，大量企業(yè)加碼布局，國內企業(yè)在相關步驟持續(xù)加強競爭力，加速降本趨勢和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。目前主要企業(yè)在LiFSI合成領域的專利布局目前已有的LiFSI項目大多包含大量其他材料的制造，因此制造費用和人工成本較難通過環(huán)評報告直接獲得。我們通過類比法，假定同類LiFSI技術路線的制造費用和人工成本相等，再結合各家環(huán)評報告披露的原材料成本測算目前部分LiFSI企業(yè)的制造成本。根據(jù)公司LiFSI環(huán)評報告，其工藝路線多個環(huán)節(jié)轉化效率可超過95%，憑借自身原料高轉化利用率的工藝優(yōu)勢可以極大程度的控制生產(chǎn)成本。國內主要LiFSI企業(yè)生產(chǎn)成本對比以2022年8月底LiFSI均價35萬元/噸測算，當前天賜材料和多氟多毛利率占比超50%以上，福特電池毛利率45%以上。主要原因為天賜材料和多氟多技術研發(fā)和專利整體水平較高，原料降本明顯。中國主要LiFSI企業(yè)生產(chǎn)成本利潤對比四、原料供給和競爭現(xiàn)狀1、氯化亞砜就氧化亞砜原料供給現(xiàn)狀而言，數(shù)據(jù)顯示，目前我國氧化亞砜成本結構中，直接材料占比超86%，液氯、硫磺和二氧化硫分別占比43.7%、11.2%和14.9%，近年來液氯價格整體波動棉線，從2020年的每噸850元左右增長至2022年4月的每噸1400元以上，二季度和三季度持續(xù)下降，主要原因是氯氣屬于聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)品的同時屬于危化品，運輸和儲運復雜，供需背景持續(xù)變化背景下，價格波動明顯；硫磺價格從2020年年初的每噸503元增長到2022年6月的3600元左右，隨后整體需求持續(xù)偏弱，價格下降至千元左右。截止2022年上半年國內氧化亞砜整體產(chǎn)能達約57萬噸左右，相較當前整體需求量存在過?？赡?，主要受整體市場預期看好，主要企業(yè)持續(xù)擴產(chǎn)，行業(yè)利潤整體持續(xù)下行，供給企業(yè)來看，CR3占比超50%，整體產(chǎn)能集中度較高。氯化亞砜工藝流程簡圖2021年中國氧化亞砜成本結構占比情況2、氯磺酸氯磺酸是一種無機化合物，化學式為ClHSO3，主要用于制造磺胺藥物、糖精和制造染料中間體的磺化劑，也用于制造農藥、洗滌劑、離子交換樹脂、塑料等，軍事上用作煙幕劑。氯磺酸供給現(xiàn)狀而言，當前國內氯磺酸整體供給水平較高，整體分散，供給企業(yè)數(shù)量20家以上，上游重要原料硫磺進口依賴程度高，一定程度導致價格波動明顯，2021-2022年受整體產(chǎn)業(yè)預期需求大增長價格增長明顯，一度超過3500元/噸。進出口變動而言，我國氯磺酸以出口為主，2017年以來出口持續(xù)增長，2021年達4157.6噸，2022年1-8月出口2965.5噸，出口均價增長明顯，進口來看，2017年以來我國氯磺酸進口數(shù)量極少，僅2021年進口15千克。2017-2022年8月中國氯磺酸進出口變動情況2021年6月-2022年10月氯磺酸價格變動情況3、氨基磺酸氨基磺酸是一種硫酸的羥基被氨基取代而形成的無機固體酸，化學式為NH2SO3H，可用于合成除草劑、防火劑、甜味劑、防腐劑、金屬清洗劑等，其原材料主要是尿素和發(fā)煙硫酸,尿素作為大宗化學品易得性較強,發(fā)煙硫酸行業(yè)規(guī)模則相對較小。就整體供需現(xiàn)狀而言，隨著除草劑、甜味劑等下游需求持續(xù)帶動，我國氨基磺酸產(chǎn)量持續(xù)增長，截止2021年產(chǎn)量已超過10萬噸，凈出口量約0.3萬噸左右。2015-2021年中國氨基磺酸產(chǎn)需變動情況氨基磺酸價格變動而言，2021年以來受整體需求增長和LIFSI預期需求帶動，產(chǎn)業(yè)景氣度持續(xù)增長，帶動企業(yè)開工率和價格持續(xù)增長，2022下半年以來，市場需求不及預期，整體產(chǎn)業(yè)價格回落速度較快。2022年1-11月中國氨基磺酸價格走勢圖4、碳酸鋰和氫氧化鋰就碳酸鋰供需而言，隨著下游消費電子和新能源汽車燈行業(yè)需求持續(xù)增長，我國碳酸鋰需求逐年增長。根據(jù)數(shù)據(jù)，2021年產(chǎn)量達24萬噸，增長明顯，且整體產(chǎn)量仍供不應求，導致市場價格飆升。需求大增，國內碳酸鋰供給已經(jīng)無法滿足全部需求，2021年上半年由于智利海運短暫中斷導致國內碳酸鋰進口量大減，整年來看進口量小幅度增長，需求小幅度下降主要價格高漲影響。2015-2022年8月中國氫氧化鋰產(chǎn)需變動情況就碳酸鋰供需而言，隨著下游消費電子和新能源汽車燈行業(yè)需求持續(xù)增長，我國碳酸鋰需求逐年增長。根據(jù)數(shù)據(jù)，2021年產(chǎn)量達24萬噸，增長明顯，且整體產(chǎn)量仍供不應求，導致市場價格飆升。需求大增，國內碳酸鋰供給已經(jīng)無法滿足全部需求，2021年上半年由于智利海運短暫中斷導致國內碳酸鋰進口量大減，整年來看進口量小幅度增長，需求小幅度下降主要價格高漲影響。2017-2022年8月中國碳酸鋰產(chǎn)需及進出口變動情況2021年開始，受益新能源汽車動力電池快速發(fā)展，碳酸鋰和氫氧化鋰等堿性鋰整體供不應求，市場價格快速增長，到了2022年10月的現(xiàn)在經(jīng)歷三次價格爬坡之后價格已達到每噸50萬元以上，增長幅度巨大。目前整體供求關系仍未改變，整體供給仍然有限，預計中短期內碳酸鋰價格仍將處于高位。2019年-2022年10月中國碳酸鋰和氫氧化鋰價格走勢全球鋰資源儲量主要集中在南美鋰三角(玻利維亞、智利、阿根廷)占比約56.0%，中國占比5.7%位列第六，資源量較為豐富。從供應量上看，2021年全球鋰資源供給量約為10萬噸。目前全球鋰產(chǎn)業(yè)受限于澳洲過高的資源供給集中度。2021年全球74%的鋰用于下游電池生產(chǎn)，受益我國新能源汽車產(chǎn)銷量大增，鋰資源需求大增，供給持續(xù)偏緊，是下游堿性鋰價格高漲的主要原因。2015-2021年全球鋰礦產(chǎn)量變動情況5、氫氟酸根據(jù)純度及應用領域，氫氟酸分為工業(yè)級氫氟酸和電子級氫氟酸。工業(yè)級由酸級螢石精粉及硫酸制備，受到嚴格管控與限制，而電子級氫氟酸逆勢而上。就國內氫氟酸供給現(xiàn)狀而言，2015年后產(chǎn)能部分出清后產(chǎn)需仍處于供過于求，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2021年我國氫氟酸產(chǎn)量約為165萬噸，產(chǎn)能利用率相較2020年提升明顯，達60%以上，加之行業(yè)整體出口量有限，2021年出口量為24.6萬噸(未包括電子級)，國內高端電子氫氟酸產(chǎn)能約24萬噸左右且整體生產(chǎn)能力較低，市場集中度較高。2018-2022年8月電子級氫氟酸進出口數(shù)量變動情況氫氟酸價格價格變動而言，2021年受整體制冷劑替代需求和動力電池大增帶動新型鋰鹽需求增長影響，產(chǎn)業(yè)景氣度持續(xù)增長，價格持續(xù)高漲，一度在年底價格超14000元/噸，2022年以來受整體需求偏弱且產(chǎn)業(yè)供給增長，價格持續(xù)回落。2019-2022年10月中國氫氟酸價格變動情況6、碳酸二甲酯(DMC)就碳酸二甲酯(DMC)整體供需現(xiàn)狀而言，數(shù)據(jù)顯示，2021年我國DMC產(chǎn)能達125.6萬噸，同比2020年增長35.6%，其中30萬噸來源于華魯恒升的乙二醇技改。DMC按照純度要求可分為工業(yè)級和電池級，工業(yè)級純度要求99.9%，電池級DMC純度要求達到99.99%甚