受益于新能源汽車(chē)市場(chǎng)的增長(zhǎng)，近年來(lái)鋰電池出貨量保持持續(xù)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。根據(jù)高工鋰電數(shù)據(jù)，2022 年全國(guó)鋰電池出貨量為658GWh，同比增長(zhǎng)101%，預(yù)計(jì)至2025 年全國(guó)鋰電池出貨量將達(dá)到1,805GWh。鋰離子電池產(chǎn)量的上升帶動(dòng)上游鋰離子電池材料行業(yè)的快速增長(zhǎng)。其中，鋰離子電池電解液方面，2022 年我國(guó)電解液出貨量為84.4 萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)68.8%。鋰離子電池電解液鋰鹽及功能性添加劑作為鋰離子電池電解液的重要組成部分，下游市場(chǎng)需求也保持快速增長(zhǎng)。
電池依其運(yùn)作原理可分為物理電池和化學(xué)電池。其中化學(xué)電池又可分為一次電池（又稱(chēng)為原電池）和二次電池（又稱(chēng)為蓄電池）。一次電池使用后不能充電，常見(jiàn)一次電池包括錳干電池、堿性干電池、水銀電池及不可充電的鋰電池等。二次電池是指電池放電后可通過(guò)充電的方式使活性物質(zhì)激活而繼續(xù)使用的電池。二次電池利用化學(xué)反應(yīng)的可逆性，可以組建成一個(gè)新電池，即當(dāng)一個(gè)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為電能之后，還可以用電能使化學(xué)體系修復(fù)，然后再利用化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為電能。根據(jù)材料和制作工藝，常見(jiàn)的二次電池包括鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池等。
在二次電池中，鋰離子電池?fù)碛凶顑?yōu)秀的綜合性能，包括能量密度、功率密度、日歷壽命及安全特性等?，F(xiàn)階段的鋰離子電池已經(jīng)成熟應(yīng)用于交通工具、電子產(chǎn)品、電動(dòng)工具、儲(chǔ)能設(shè)施等領(lǐng)域。
鋰離子電池主要由正極、負(fù)極、隔膜、電解液及其他輔材構(gòu)成。鋰離子電池充電時(shí)，電子由充電器外接經(jīng)過(guò)負(fù)極的碳材料，同時(shí)鋰離子離開(kāi)正極，并經(jīng)電解液進(jìn)入負(fù)極，而放電則遵循相反路徑。通過(guò)鋰離子在正極和負(fù)極之間的移動(dòng)，鋰離子電池可以反復(fù)充電及供電。
來(lái)源：《鋰離子電池電解液新型含氟添加劑研究進(jìn)展》，宋鑫
鋰電池已有較長(zhǎng)的應(yīng)用歷史。早期鋰電池使用金屬鋰作為負(fù)極，但由于充電過(guò)程易形成枝晶，安全性難以保障，因此初期的鋰電池以一次電池為主。20 世紀(jì)90 年代初，日本索尼公司研制的鋰電池首次應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品，開(kāi)啟了全球鋰電池的商業(yè)化應(yīng)用的初步探索。21 世紀(jì)早期，隨著智能手機(jī)、MP3、平板電腦等消費(fèi)電子產(chǎn)品的普及與鋰電池生產(chǎn)工藝技術(shù)的提升，鋰電池出貨量快速增長(zhǎng)，全球鋰電池產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展期。近年來(lái)，受新能源汽車(chē)、電動(dòng)輕型車(chē)、電動(dòng)工具、新型儲(chǔ)能等領(lǐng)域的需求拉動(dòng)，全球鋰電池的市場(chǎng)空間保持了快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。
自1998 年首次引入鋰電池相關(guān)技術(shù)以來(lái)，我國(guó)鋰電池產(chǎn)業(yè)已經(jīng)走過(guò)了二十余年的發(fā)展歷程，在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策積極引導(dǎo)與國(guó)內(nèi)優(yōu)秀企業(yè)自主創(chuàng)新的共同作用下，形成了較完備的產(chǎn)業(yè)鏈與全球領(lǐng)先的市場(chǎng)規(guī)模，涌現(xiàn)了一批具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力與領(lǐng)導(dǎo)地位的鋰電池頭部企業(yè)，與起步較早的日韓企業(yè)形成了齊頭并進(jìn)的格局。
從包括中國(guó)在內(nèi)的全球鋰電池行業(yè)下游應(yīng)用場(chǎng)景看，鋰離子電池下游主要可分為動(dòng)力、消費(fèi)和儲(chǔ)能三大領(lǐng)域。具體而言，動(dòng)力鋰電池指為電動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)列車(chē)、電動(dòng)兩輪車(chē)等工具提供電力的鋰電池。消費(fèi)鋰電池主要應(yīng)用于手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦以及近期興起的藍(lán)牙耳機(jī)、可穿戴設(shè)備等消費(fèi)電子產(chǎn)品。儲(chǔ)能鋰電池則主要為通信基站、用戶側(cè)削峰填谷、離網(wǎng)電站、微電網(wǎng)、軌道交通等的儲(chǔ)能需求提供支持。從需求結(jié)構(gòu)而言，我國(guó)鋰離子電池以動(dòng)力電池應(yīng)用為主，消費(fèi)電池次之，儲(chǔ)能鋰電池是新興的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一。
二、新能源電池電解液材料行業(yè)的基本概況
鋰離子電池是目前應(yīng)用最廣泛的新能源電池。鋰離子電池由正極、負(fù)極、電解液、隔膜及其他輔材構(gòu)成。鋰離子電池電解液為電池內(nèi)部正負(fù)極提供離子導(dǎo)通通道，是賦予鋰離子電池高能量密度及高功率密度等核心性能的保證，同時(shí)調(diào)整鋰離子電池電解液的配方也是實(shí)現(xiàn)鋰離子電池綜合性能優(yōu)化的重要途徑。鋰離子電池電解液由溶劑和溶質(zhì)構(gòu)成，按照在電解液中的使用量區(qū)分，溶質(zhì)可以進(jìn)一步分為鋰鹽主鹽和添加劑。鋰鹽主鹽是溶質(zhì)中使用量最大的成分，通常占電解液質(zhì)量的比例在10%-15%之間，同時(shí)也是電解液成本中最主要的構(gòu)成部分。
經(jīng)過(guò)十余年的發(fā)展，鋰離子電池電解液已經(jīng)出現(xiàn)了相對(duì)穩(wěn)定、成熟的溶劑、鋰鹽主鹽和添加劑材料。但隨著近年來(lái)下游行業(yè)對(duì)電池綜合性能的提升要求日益增長(zhǎng)，尤其是對(duì)高功率型電動(dòng)工具及乘用車(chē)電池的性能需求的快速提高，現(xiàn)有主要電解液材料暴露出一定的性能缺陷和使用問(wèn)題。因此，行業(yè)內(nèi)也在不斷研發(fā)和推出新型鋰鹽及功能性添加劑材料，一方面體現(xiàn)為新型鋰鹽的用量占比不斷提升，另一方面體現(xiàn)為功能性添加劑的推陳出新。
（一）鋰鹽主鹽
1、鋰離子電池電解液鋰鹽主鹽的基本情況
鋰鹽主鹽是鋰離子電池電解液中的核心成分之一。鋰鹽主鹽能夠作為鋰離子遷移的介質(zhì)，使其在正負(fù)極之間往返嵌入和脫嵌，實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)和釋放。鋰鹽主鹽很大程度上決定了鋰離子電池的功率密度、能量密度、日歷壽命和安全特性等性能，目前也是鋰離子電池電解液材料成本的主要構(gòu)成部分。
鋰鹽主鹽的選擇需要考慮其相應(yīng)理化特性、離子電導(dǎo)率、溶解性、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、電化學(xué)反應(yīng)特性和體系相容性：①理化特性：鋰鹽的基本物理化學(xué)特征；②離子電導(dǎo)率：高離子電導(dǎo)率是實(shí)現(xiàn)高功率的必要條件，因?yàn)殡娊庖褐械匿囯x子遷移能力通常是電池阻抗的主要來(lái)源之一；③溶解性：高溶解性可以提供足夠的載流子來(lái)實(shí)現(xiàn)快速離子傳導(dǎo)，以及防止鋰鹽的析出；④熱穩(wěn)定性：鋰鹽需要具有較好的熱穩(wěn)定性，即在高溫環(huán)境下也能保持穩(wěn)定，從而配合鋰電池的實(shí)際使用溫度范圍；⑤化學(xué)穩(wěn)定性：鋰鹽與電極直接接觸時(shí)，需要避免副反應(yīng)發(fā)生，也不能與電池其他成分發(fā)生反應(yīng)；⑥電化學(xué)反應(yīng)特性：鋰鹽必須有一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的電化學(xué)窗口，以滿足高電位電極材料在充放電電壓范圍內(nèi)電解質(zhì)的電化學(xué)穩(wěn)定性和電極反應(yīng)的單一性：⑦體系相容性：鋰鹽與鋰離子電池電解液其他成分的相容性。
自鋰離子電池商業(yè)化產(chǎn)品面世以來(lái)，最為常用的主鹽為L(zhǎng)iPF6，以其穩(wěn)定的電化學(xué)窗口、良好的體系相容性應(yīng)用于各個(gè)電池服務(wù)場(chǎng)景，但其存在化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定、低溫環(huán)境下效率受限、同時(shí)耐熱穩(wěn)定性較差，特別是對(duì)水分極度敏感、釋放氫氟酸導(dǎo)致電池失效等顯著缺陷，導(dǎo)致下游行業(yè)對(duì)電池綜合性能提出更多要求。
2、LiFSI 的優(yōu)勢(shì)及特點(diǎn)
隨著新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)對(duì)新能源電池能量密度要求的不斷提升、正極材料高鎳化發(fā)展等趨勢(shì)，LiPF6 已經(jīng)較難完全滿足鋰離子電池對(duì)性能的要求。LiFSI 是一種性能優(yōu)異的新型鋰鹽，作為電解液主鹽應(yīng)用具有高導(dǎo)電率、高化學(xué)穩(wěn)定性、高熱穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)，更契合未來(lái)高能量密度、高功率密度及高安全性的鋰電池發(fā)展方向，也是目前替代LiPF6 的最佳選擇之一。
LiFSI 與LiPF6 的性能指標(biāo)對(duì)比如下：
圖片來(lái)源：沈麗明，《幾種有前景鋰鹽在鋰離子電池中的研究進(jìn)展》
LiFSI 早期主要應(yīng)用于三元電池體系，隨著相關(guān)技術(shù)的成熟、材料成本的降低以及磷酸鐵鋰電池性能要求的提高，LiFSI 目前在磷酸鐵鋰電池中的應(yīng)用已逐步普及。《電解液中LiFSI 用量對(duì)磷酸鐵鋰電池性能的影響》研究了LiFSI 用量對(duì)磷酸鐵鋰電池性能的影響，結(jié)果表明當(dāng)LiFSI 用量達(dá)到9%時(shí)，磷酸鐵鋰電池的循環(huán)表現(xiàn)、低溫充電表現(xiàn)、大電流放電表現(xiàn)等均有明顯提升；《LiFSI vs. LiPF6 electrolytes in contact with lithiated graphite: Comparing thermal stabilities and identification of specific SEI-reinforcing additives》（《與鋰化石墨接觸的LiFSI 與LiPF6 電解質(zhì)：比較熱穩(wěn)定性和特定SEI 增強(qiáng)添加劑》）研究發(fā)現(xiàn)LiFSI 用于磷酸鐵鋰電池后可以提升電池的熱穩(wěn)定性從而提高電池安全性。此外，下游鋰離子電池廠商也相繼申請(qǐng)了關(guān)于將LiFSI 用于磷酸鐵鋰電池的專(zhuān)利。隨著未來(lái)LiFSI 商業(yè)化的進(jìn)一步成熟及成本的進(jìn)一步優(yōu)化，LiFSI 在磷酸鐵鋰電池中的應(yīng)用有望快速增加。
3、LiFSI 的市場(chǎng)空間
前期受限于LiFSI 合成難度較高、成本較高，LiFSI 主要作為鋰鹽添加劑配合LiPF6 使用，在作為鋰鹽添加劑使用時(shí)，LiFSI 的添加比例介于0.5%-3%之間。近年來(lái)隨著LiFSI 合成工藝的突破以及生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，LiFSI 在主流電解液配方中的添加比例逐漸增加。2020 年9 月特斯拉公開(kāi)發(fā)布了4680 電池（即直徑46mm，高80mm 的電池），4680 電池電解液中LiFSI 的添加比例可以達(dá)到15%。目前，各大電池廠紛紛跟進(jìn)布局以4680 電池為代表的大圓柱電池，預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年將迎來(lái)快速發(fā)展期：
根據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)至2025 年全球鋰離子電池電解液需求量為260 萬(wàn)噸，相應(yīng)對(duì)電解液鋰鹽主鹽的需求量為34 萬(wàn)噸，隨著LiFSI 商業(yè)化的快速推進(jìn)，未來(lái)LiFSI 的市場(chǎng)滲透率有望快速提高，若未來(lái)LiFSI 市場(chǎng)滲透率達(dá)到50%，則2025 年LiFSI 的市場(chǎng)需求將達(dá)到17 萬(wàn)噸。同時(shí)根據(jù)財(cái)通證券的測(cè)算，僅考慮動(dòng)力電池領(lǐng)域，2025 年LiFSI 的市場(chǎng)需求量即有望達(dá)到16 萬(wàn)噸。綜合市場(chǎng)一致性的預(yù)測(cè)，預(yù)計(jì)至2025 年LiFSI 的市場(chǎng)需求量將不低于16 萬(wàn)噸。
（二）鋰鹽添加劑
由于下游行業(yè)對(duì)鋰離子電池性能的要求逐漸提升，單一組分的鋰鹽已經(jīng)較難滿足需求，因此在鋰鹽主鹽外，還需要使用鋰鹽添加劑配合鋰鹽主鹽使用從而共同提升鋰離子電池的性能。常見(jiàn)的鋰鹽添加劑包括LiODFB、LiBF4、LiDFOP、LiBOB 等。
以LiFSI 的使用為例，雖然LiFSI 的性能優(yōu)于LiPF6，但在單獨(dú)使用時(shí)LiFSI 會(huì)腐蝕正極中的鋁箔。研究發(fā)現(xiàn)，使用LiODFB、LiBF4 等鋰鹽添加劑后，可以有效降低LiFSI 對(duì)鋁箔的腐蝕。此外，在相同的電池體系下，使用相同劑量的不同添加劑，保護(hù)效果亦存在區(qū)別?，F(xiàn)有研究表明，相同條件下鋁電極在充放電首次循環(huán)產(chǎn)生的電流強(qiáng)度（電流強(qiáng)度數(shù)值越大，腐蝕越為嚴(yán)重）順序?yàn)椋篖iFSI>LiFSI+LiBOB>LiFSI+LiBF4>LiFSI+LiODFB，因此LiODFB 是目前最為理想的抑制LiFSI 對(duì)鋁箔腐蝕的鋰鹽添加劑之一，隨著未來(lái)LiFSI 用量的增加，LiODFB 的市場(chǎng)需求也將隨之上升。
此外，使用鋰鹽添加劑還可以提升鋰離子電池的能量密度、倍率性能、日歷壽命及安全特性，目前下游電解液廠商、電池廠商等陸續(xù)就相關(guān)電解液配方申請(qǐng)專(zhuān)利。如根據(jù)業(yè)內(nèi)電池廠商申請(qǐng)的專(zhuān)利“一種二次電池”（專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枺?01910777649.7），在電解液中添加LiODFB、LiDFP 等一種或數(shù)種添加劑后，添加劑會(huì)在電池充放電過(guò)程中發(fā)揮如下作用：（1）在充電過(guò)程中，添加劑會(huì)還原分解，部分還原分解產(chǎn)物會(huì)沉積在負(fù)極界面上，參與SEI 成膜，抑制副反應(yīng)的進(jìn)一步發(fā)生，改善循環(huán)性能；（2）在負(fù)極上形成的界面膜具有較少的阻抗，進(jìn)一步提高二次電池的倍率性能。
鋰鹽添加劑的添加比例及具體使用類(lèi)別受具體的電解液配方影響而有所不同，目前鋰鹽添加劑的使用比例大致介于0.5%-3%之間。未來(lái)隨著鋰離子電池性能要求的不斷提高以及下游行業(yè)的不斷增長(zhǎng)，鋰鹽添加劑的市場(chǎng)空間也有望隨之增加。
（三）功能性添加劑
1、功能性添加劑的基本情況
功能性添加劑通常為有機(jī)小分子化合物，化合物類(lèi)型通常包括常規(guī)鏈狀/環(huán)狀酯類(lèi)（如VC）、氟代鏈狀/環(huán)狀酯類(lèi)（如FEC）、腈類(lèi)、硅烷類(lèi)、醚類(lèi)等。功能性添加劑在不同的鋰電池電解液配方中能夠根據(jù)需求提升鋰離子電池在能力、循環(huán)、倍率和安全方面的綜合性能。
鋰離子電池在初始循環(huán)時(shí)，電解液會(huì)同時(shí)與電池正極和負(fù)極反應(yīng)生成具有保護(hù)作用的鈍化層（SEI 膜），SEI 膜允許鋰離子自由進(jìn)出并阻礙溶劑分子進(jìn)出，抑制溶劑分子對(duì)電極的破壞，從而提高電池的日歷壽命，同時(shí)SEI 膜會(huì)阻止電解液與電極持續(xù)反應(yīng)，從而抑制電解液的分解。SEI 膜的厚度、致密性、導(dǎo)電性等都會(huì)對(duì)鋰離子電池的綜合性能產(chǎn)生較大的影響，如更薄、導(dǎo)電性更好的SEI 膜有利于提升鋰離子電池的功率密度和低溫下的性能，而更厚的SEI 膜則能夠提升電池的日歷壽命以及高溫下的性能。目前主要的功能性添加劑正是針對(duì)不同的需求修飾并穩(wěn)定SEI 膜，從而達(dá)到改善鋰離子電池性能的目的。
此外，功能性添加劑還可以在提升鋰離子電池的電壓、低溫下的性能表現(xiàn)、阻燃、防過(guò)充等方面發(fā)揮作用，具體如下：
注1：上圖所示為部分功能性添加劑類(lèi)型；注2：資料來(lái)源為《鋰離子動(dòng)力電池電解液添加劑的研究進(jìn)展》（蘇金然等，《電源技術(shù)》）。
鋰離子電池電解液添加劑功能眾多，同一類(lèi)功能下有多種性能、成本、制備難度不同的添加劑，單種添加劑往往亦具有一種或數(shù)種功能。
2、主要的鋰離子電池電解液功能性添加劑介紹
目前最為常用的功能性添加劑包括碳酸亞乙烯酯（VC）、氟代碳酸乙烯酯（FEC），其工作原理為通過(guò)電化學(xué)還原的方式，在石墨電極表面形成一層有機(jī)膜，從而促進(jìn)形成性能更優(yōu)的SEI 膜，同時(shí)還可以抑制SEI 膜形成過(guò)程中氣體的產(chǎn)生，并且由于添加劑部分分子遷移至SEI 膜內(nèi)，SEI 膜的穩(wěn)定性也能夠得到提升。但是，由于VC、FEC 在發(fā)生還原型聚合反應(yīng)的同時(shí)，也會(huì)在正極發(fā)生氧化性聚合反應(yīng)，從而增加電解液的阻抗以及正極的不可逆性，因此VC 和FEC 的添加量需要控制在合理范圍內(nèi)。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)在高溫或高電壓的環(huán)境下，VC 和FEC 的效率將會(huì)受到限制，影響鋰離子電池的性能，因此也需要新的功能性添加劑用于鋰離子電池電解液配方中。
腈類(lèi)化合物，其分子結(jié)構(gòu)中含有氰基，由于氰基中碳氮叁鍵的鍵能較高，不易被氧化，因此腈類(lèi)在正極上具有很好的穩(wěn)定性，耐氧化性強(qiáng)，也可減少電極對(duì)電解液的分解作用。腈類(lèi)化合物如R005 最初作為己二腈的副產(chǎn)物出現(xiàn)，并被作為工業(yè)廢料處理。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)其作為添加劑具有較好的效果，目前開(kāi)始在市場(chǎng)中被逐步推廣。研究表明R005 作為功能性添加劑，其結(jié)構(gòu)中的氰基與正極表面金屬離子形成強(qiáng)的相互作用，形成穩(wěn)定、均一的SEI 膜，同時(shí)阻止氫氟酸對(duì)正極材料的腐蝕及正極材料中金屬離子的溶解，能夠提高鋰離子電池正極材料在高電壓下的電化學(xué)性能。
硅烷類(lèi)化合物用作功能性添加劑也是目前行業(yè)關(guān)注的方向之一。硅烷類(lèi)化合物的Si-O 結(jié)構(gòu)易被優(yōu)先還原從而參與SEI 膜的形成，同時(shí)硅烷類(lèi)化合物在熱穩(wěn)定性、環(huán)境友好性等方面也有著較為明顯的優(yōu)勢(shì)。以R006 為例，研究表明R006 可以同時(shí)參與正極和負(fù)極表面成膜，電解液中加入R006 可以有效抑制電解液在高電位下的分解產(chǎn)氣和正極金屬離子的溶出與沉積行為，抑制循環(huán)中的阻抗增長(zhǎng)，從而提高鋰離子電池在高溫高壓下的穩(wěn)定性，提升鋰離子電池的倍率性能。
未來(lái)，隨著下游行業(yè)應(yīng)用需求的不斷變化和深入發(fā)展，以及行業(yè)內(nèi)企業(yè)在技術(shù)及功能化能力的不斷提升，功能性添加劑有望持續(xù)快速發(fā)展。
（四）有機(jī)溶劑
有機(jī)溶劑是電解液中的介質(zhì)，其性能與電解液性能密切相關(guān)，直接影響鋰離子電池的綜合性能。按結(jié)構(gòu)的不同分類(lèi)，溶劑主要包括環(huán)狀碳酸酯類(lèi)溶劑和鏈狀碳酸酯類(lèi)溶劑。其中，環(huán)狀碳酸酯類(lèi)溶劑包括碳酸乙烯酯（EC）和碳酸丙烯酯（PC），鏈狀碳酸酯類(lèi)溶劑包括碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）和碳酸甲乙酯（EMC）。
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