鋰離子電池主要由四大部分組成：正極材料、負(fù)極材料、電解質(zhì)和隔膜。電解質(zhì)是鋰離子電池的關(guān)鍵原材料之一。它在電池的正極極和負(fù)極之間起著傳導(dǎo)和輸送能量的作用，這是鋰離子電池獲得高電壓和高比能優(yōu)勢(shì)的保證，其成本約占鋰離子電池生產(chǎn)成本的5%-10%。

電解質(zhì)一般由高純度有機(jī)溶劑、電解質(zhì)、添加劑等材料在一定條件下按一定比例制備而成，電解質(zhì)占有重要地位。LiFSI作為一種新型鋰鹽，具有優(yōu)異的性能和廣闊的發(fā)展前景。

 

新型鋰鹽LiFSI有望打破LiPF6壟斷

鋰電池的發(fā)展推動(dòng)了電解液需求的快速增長(zhǎng)。鋰電池產(chǎn)量的快速增長(zhǎng)推動(dòng)了對(duì)電解質(zhì)的需求持續(xù)增加。鋰鹽是制備電解質(zhì)的關(guān)鍵部分，LiPF6在鋰鹽的應(yīng)用中處于領(lǐng)先地位。電解質(zhì)實(shí)際上是溶解在合適的有機(jī)溶劑中的電解質(zhì)（可以稱(chēng)為鋰鹽），加上少量的功能添加劑。電解質(zhì)的性質(zhì)影響產(chǎn)品的導(dǎo)電性和安全性。

然而，LiPF6存在許多問(wèn)題，限制了其應(yīng)用場(chǎng)景的擴(kuò)展。這些缺點(diǎn)亟待解決，需要開(kāi)發(fā)新的鋰鹽以拓寬應(yīng)用場(chǎng)景。LiFSI具有優(yōu)異的性能，更適合快速充電和高電池壽命。針對(duì)LiPF6的性能缺點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了多種新型鋰鹽，其中雙氟磺酰亞胺鋰發(fā)展最快，應(yīng)用前景最好。

目前，LiFSI主要用作與LiPF6少量混合的電解質(zhì)添加劑，總體用量較小。與LiPF6相比，LiFSI在電解質(zhì)導(dǎo)電性、高低溫性能、熱穩(wěn)定性、抗水解性和抑制氣體膨脹方面更為優(yōu)異，因此也被認(rèn)為是最有希望取代LiPF6的鋰鹽之一。目前，使用最廣泛的鋰電池是動(dòng)力電池，因此一些電解質(zhì)的發(fā)展方向需要適應(yīng)動(dòng)力電池的需求。

 

 

一般來(lái)說(shuō)，動(dòng)力電池有兩大需求：高電池壽命和快速充電。現(xiàn)有研究結(jié)果表明，一方面，摻雜LiFSI的電解質(zhì)具有更強(qiáng)的導(dǎo)電性。另一方面，與LiPF6相比，LiFSI更適合快速充電，即高倍率充電，并且在高倍率下運(yùn)行可以保持更高的電池容量?？傮w而言，LiFSI具有增加添加量或取代LiPF6的性能基礎(chǔ)。

總體而言，LiFSI可以在多方面彌補(bǔ)LiPF6性能的不足，有望打破LiPF6鋰鹽的壟斷。然而，正極鋁箔的生產(chǎn)工藝?yán)щy、生產(chǎn)成本高、腐蝕等問(wèn)題一度限制了LiFSI的應(yīng)用和推廣。但近年來(lái)，供應(yīng)端的技術(shù)不斷升級(jí)，需求端的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，都在加速LiFSI的推廣。

 

中國(guó)制造商突破LiFSI生產(chǎn)技術(shù)

1995年，首次提出使用LiFSI作為鋰鹽。中國(guó)起步較晚，直到2017年，LiFSI的產(chǎn)能才投入運(yùn)營(yíng)。LiFSI主要有兩種合成路線(xiàn)：氯磺酸法和磺酰氟法，目前以氯磺酸法為主。合成過(guò)程可分為三個(gè)主要步驟：二氯磺酰亞胺的合成、氟化和鋰化。

世界各地已經(jīng)有生產(chǎn)和銷(xiāo)售LiFSI的公司，但總體規(guī)模不大，總產(chǎn)能約2.26萬(wàn)噸。受產(chǎn)能規(guī)模和產(chǎn)能提升等因素限制，目前出貨量最高的只有天寧鋰FSI，六氟磷酸鋰企業(yè)中的DFD、CAPCHEM和CHEMSPEC都有出貨量，呈現(xiàn)出一超多強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)格局。

 

 

幾家鋰離子電池電解液公司正在規(guī)劃LiFSI的產(chǎn)能建設(shè)。根據(jù)各家公司的公告，無(wú)論是掌握技術(shù)的老公司，還是有新項(xiàng)目的新公司，都加快了LiFSI產(chǎn)能的布局。預(yù)計(jì)2025年前投產(chǎn)，規(guī)劃總產(chǎn)能約20萬(wàn)噸，現(xiàn)有產(chǎn)能約22萬(wàn)噸。天賜已成為L(zhǎng)iFSI最大的供應(yīng)商，行業(yè)集中度略有下降。

改進(jìn)現(xiàn)有的LiFSI工藝，儲(chǔ)存和開(kāi)發(fā)各種新型LiFSI制備和回收技術(shù)。除了上述兩種目前使用的氯磺酸合成工藝外，一些公司和研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)開(kāi)始儲(chǔ)備新的制備技術(shù)。通過(guò)縮短工藝流程，降低原材料單耗，對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)，促進(jìn)LiFSI進(jìn)一步降本增效。

 

提高LiFSI原料轉(zhuǎn)化率，減少三廢排放

LiFSI的高昂價(jià)格抑制了下游應(yīng)用的熱情。LiFSI的價(jià)格一度處于高位，高昂的價(jià)格嚴(yán)重影響了下游制造商的申請(qǐng)熱情。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，LiFSI的市場(chǎng)平均價(jià)格將從2017年的70萬(wàn)元/噸的峰值降至2021年的40萬(wàn)元/頓。

主要通過(guò)提高LiFSI原料和廢料的綜合利用率以及工藝技術(shù)的改進(jìn)，有效控制了成本，降低了售價(jià)。在合成過(guò)程中，原料和溶劑的利用率較高，單程轉(zhuǎn)化率有待提高。LiFSI的合成工藝主要基于氯磺酸法，但所用的原料不同。

 

 

減少LiFSI三廢的排放，并使副產(chǎn)品銷(xiāo)往國(guó)外以降低成本。由于LiFSI的生產(chǎn)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生含氟、氯和硫的污染物，每噸處理成本超過(guò)1萬(wàn)元。因此，在鋰價(jià)格和疊加工藝升級(jí)的雙重影響下，預(yù)計(jì)每噸LiFSI原料的成本可降至7萬(wàn)元左右。

 

LiFSI產(chǎn)量增加降低制造成本

LiFSI容量的增加可以有效地降低制造成本。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，LiFSI的制造成本約占總成本的40%，每噸制造成本超過(guò)10萬(wàn)元。LiFSI每噸的制造成本是根據(jù)LiFSI的年產(chǎn)量和制造成本計(jì)算的，從2016年的63噸增加到2021年的772噸。產(chǎn)量增加十倍后，每噸LiFSI的制造成本將減半。

據(jù)預(yù)測(cè)，未來(lái)LiFSI的每噸制造成本可降至70000元。在碳酸鋰等原材料價(jià)格下跌的情況下，預(yù)計(jì)總綜合成本約為16萬(wàn)元/噸?？偟膩?lái)說(shuō)，目前有大量的LiFSI產(chǎn)能公司，總產(chǎn)能規(guī)劃相對(duì)較高。

對(duì)于已經(jīng)具備生產(chǎn)能力的老公司來(lái)說(shuō)，基本上不存在生產(chǎn)技術(shù)壁壘。能源主要集中在提高原材料利用能力、優(yōu)化工藝、回收利用等方面。對(duì)于計(jì)劃建造的新公司來(lái)說(shuō)，完成設(shè)備的安裝和調(diào)整仍然需要一定的時(shí)間?？偟膩?lái)說(shuō)，未來(lái)LiFSI在中國(guó)的國(guó)內(nèi)應(yīng)用將加快。

 

 

鋰電池中的高鎳趨勢(shì)推動(dòng)了LiFSI的增長(zhǎng)

三元鋰電池高鎳化趨勢(shì)明顯，LiFSI適用于高鎳電池。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從2018年到2021年，高鎳三元電池在我國(guó)所有三元電池中的比例逐年上升，2022年上半年這一比例將接近50%。這主要是下游產(chǎn)品對(duì)高電池壽命的需求和上游高價(jià)鈷消費(fèi)減少的結(jié)果。未來(lái)，高鎳三元的比例有望進(jìn)一步提升。

由于鎳是一種高反應(yīng)性元素，鎳含量高會(huì)導(dǎo)致熱穩(wěn)定性差。LiFSI的化學(xué)穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性與高鎳電池兼容，并且明顯優(yōu)于LiPF6，因此這一趨勢(shì)將推動(dòng)LiFSI需求的增長(zhǎng)。推出了各種適用于高鎳的電池。特斯拉推出的4680電池采用高鎳811作為正極材料，電池壽命極佳。從穩(wěn)定性的角度來(lái)看，LiFSI更適合4680。

CATL發(fā)布了麒麟電池，并聲稱(chēng)該車(chē)的電池壽命為1000公里，可以快速充電10分鐘。該電池與三元材料或磷酸鐵鋰兼容，電池系統(tǒng)具有更高的質(zhì)量能量密度。目前，CATL尚未公布電解質(zhì)的具體配方，但LiFSI在三元部分的添加量將高于3%。自麒麟電池和4680電池發(fā)布以來(lái)，多家車(chē)企相繼做出回應(yīng)。

高鎳電池的引入將推動(dòng)LiFSI使用量的增加，4680的早期量產(chǎn)將加速LiFSI的應(yīng)用進(jìn)程。由于麒麟和4680主要是為動(dòng)力電池設(shè)計(jì)的。除了麒麟和4680電池，動(dòng)力電池中還使用了標(biāo)準(zhǔn)化程度最高的18650電池。動(dòng)力電池是目前需求量最大、下游增長(zhǎng)最快的電池，因此將是未來(lái)LiFSI最重要的應(yīng)用領(lǐng)域。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)，2025年全球鋰離子動(dòng)力電池將達(dá)到1.5TWh。

 

 

因此，一方面，對(duì)LiFSI的需求受益于鋰電池的快速發(fā)展，對(duì)鋰鹽的需求持續(xù)增長(zhǎng)。另一方面，高鎳的不穩(wěn)定性導(dǎo)致添加LiFSI的比例增加，一些型號(hào)的電池消耗可能超過(guò)10%。鋰鹽成本的增加對(duì)電池的總體成本的影響有限。鋰離子電池的生產(chǎn)成本主要包括原材料、PACK成本和其他成本，其中電解液包括溶質(zhì)、溶劑和添加劑，其中電解液成本占比最高。

數(shù)據(jù)顯示，2021年鋰電池的平均生產(chǎn)成本為101美元/千瓦時(shí)。以LiFSI和LiPF6的價(jià)格計(jì)算，假設(shè)所有電解質(zhì)都從LiPF6改為L(zhǎng)iFSI，鋰電池的生產(chǎn)成本將增加約3%。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，LiFSI的含量還沒(méi)有達(dá)到與LiPF6相同的水平，并且增幅將小于3%，因此對(duì)電池成本的影響有限。