时间: 2024-06-09 16:23:18 | 作者: 焊锡溶剂
一方面，电解液被质疑在固态电池发展的新趋势中是否会受到巨大冲击，另外一方面电解液有突出贡献的公司一直更新其电解质，正在从六氟磷酸锂进化至双氟磺酰亚胺锂。
而经过深度研究后发现，电解液这个产业实际上并不矛盾，反而具有清晰的技术发展路径。
上游——主要由溶剂、电解质、添加剂混合而成，石大胜华在溶剂中占有较大的份额；电解质主要被天赐材料和多氟多占据；添加剂相对分散。
中游——电解液有突出贡献的公司，天赐材料、新宙邦、江苏国泰，2020年占比分别为29.3%、17.6%和14.7%，合计达到61.6%。
锂电池的充放电工作原理，是锂离子在正负极之间嵌入脱出的过程，因此正负极之间需要有特定的介质来实现锂离子的传输，这种介质可以是液体的（目前的主流方式，电解液），也可能是固体的（未来固态电池发展趋势）。
液体介质通常由溶剂、电解质和添加剂构成，按质量占比分别为85%、10%和5%，在目前锂价高位的前提下，电解质成本占材料总成本可达到75%，溶剂15%、添加剂10%。
电解液作为载体的核心目的，是锂离子溶解，并且实现传输，其中对锂离子的溶解水平体现在较高的介电常数，对锂离子的传输能力体现在较小的黏度，但同时希望溶剂的高低温性能较好，体现在较低的熔点和较高的沸点。
因为EC的介电系数明显较高，达到89.8，对锂离子的溶解能力较强，因此使用比较广泛，占溶剂质量约40%，但其低温性能较差（熔点为37度，常温下为固态），并且粘度较大，达到1.93不利于锂离子传输。
而线性碳酸酯类溶剂（包含DMC、DEC和EMC等）粘度和低温性能明显较优，因此混用之后锂离子传输和低温性能均能有明显的改善，因此其占溶剂质量的60%；
其中DMC（碳酸二甲酯）的黏度系数较低，应用场景范围较广，但因其高低温性能不理想（4.6-91度之间），难以有效满足电动车所有使用场景，因此就需要混用高低温性能较好的EMC（碳酸甲乙脂，在-53到110度之间），但EMC是DMC的进一步加工产品，其成本更高，所以在高端车型的电池中EMC占比更高。
在充电过程中，电子在电路中从正极传输到负极的传输速度达到光速，显著快于锂离子从正极穿过电解液到达负极的速度，为了让电池正常充放电，需要有锂离子“守”在正负极，以保证电池在充放电过程中有充足的锂离子实现电循环，因此，电解液中需要添加锂盐。
而锂盐的选择需要和溶剂相互匹配，目前在碳酸脂溶剂体系下，六氟磷酸锂在常用有机溶剂中具有适中的离子迁移数、较好的电化学稳定和电导率、较好的抗氧化性能和良好的铝箔钝化能力，又能与各种正负极材料匹配，是目前主要使用的品类，占比超过90%。
需要强调的是，电解液对电池的性能主要是负面影响，包括电解质与正负极相互作用而导致比容量下降、电解质腐蚀集流体导致循环寿命下降。
并且，充放电过程中部分锂离子在负极沉淀为锂金属，并且结晶形成锂枝晶，锂枝晶生长到一定的程度会穿过电解液并刺破隔膜，进而导致锂电池短路爆炸。
而SEI膜可以在某些特定的程度上缓解以上问题：SEI膜指的是正负极与电解液发生反应形成的钝化层，具有固体电解质的特点，可以让锂离子正常通过，并保护正负极、抑制锂枝晶的生长，对电池的首次效率和循环寿命有较大的影响。
目前，电解液中的添加剂主要围绕促进形成SEI膜，包含VC、FEC、1,3-PS和VEC，合计占添加剂出货量的82%。
除此之外，电解质的缺陷还包含包含低温电导率低、高温易爆炸，所以要进一步添加导电添加剂、过冲添加剂、阻燃添加剂等，总体用量相对较小。
当然，以上提到的锂枝晶+腐蚀+高低温的问题上，添加剂只能起到改善的作用，要想根本的解决，主要途径是将电解质从液态替换为固态。
因为部分固态电解质对可有效抑制锂枝晶生长，并且大部分固态电解质的高低温性能更优异。
但因为目前固态电解质的电导率较低、生产所带来的成本较高、规模化较小，还未大幅产业化发展，未来如何演变，还需要跟踪。
锂离子电池材料主要由电解液产品构成，该业务2018-2021年复合增速达到97%；
个人护理品材料包含表面活性剂、硅油、水溶性聚合物、阳离子调理剂、有机硅及橡胶助剂材料等系列新产品，下游主要是个人护理品（洗发水、护发素等），该业务2018-2021年复合增速为15%。
锂离子电池电解液业务为主要收入构成，2021年占比达到76%，该业务2018-2021年复合增速为70%；
有机氟化学品主要为六氟丙烯下游的含氟产品，主要包含含氟农药、含氟医药等，该业务2018-2021年复合增速为21.3%；
电容器化学品主要为铝电解电容器用电解液，该业务2018-2021年复合增速为8.1%；
半导体化学品主要为蚀刻液、剥离液、清洗液等，该业务2018-2021年复合增速为27.6%
收入主要由纺织品服装贸易业务构成，2021年占比为86.5%，该业务较为稳定；
锂电池电机也业务在2018-2021年复合增速为60%，2022年6月拆分电解液业务为瑞泰新材在深交所上市（因刚上市，历史数据只有年度金额，没有季度数据，因此下文年度数据应用瑞泰新材，季度数据采用江苏国泰）
综上，从2021年电解液收入规模上看，天赐材料（97.33亿元）新宙邦（52.7亿元）江苏国泰（52.03亿元）；
从2018-2021年电解液业务复合增速上看，天赐材料（97%）新宙邦（70%）江苏国泰（60%）；
一、天赐材料——2022年中报披露，实现收入103.63亿元，同比+180%，利润29.06亿元，同比271%。
收入快速地增长，主要是因电解液出货量达到12万吨，同比翻倍，市占率从35%提升至42%。
利润增速高于收入，主要是因毛利率达到44.24%，同比+8.06pct，单吨净利润达到1.6万元/吨。
同时，公司披露了Q3季度业绩预告，Q3归母利润13.5-15.5万元，同比+75.1%-+101%，继续保持高增，拆分来看的话出货量提升的同时单吨盈利有所下滑：
2022年Q3电解液出货约9万吨，环比Q2增长超45%，单吨净利润1.3万元/吨，环比下降主要是受六氟磷酸锂价格下降影响。
二、新宙邦——2022半年报实现收入49.91亿元，同比+95%，利润10.04亿元，同比+130%。
上半年收入高增，分业务看电池化学品、半导体化学品、有机氟化学品、电容器化学品分别实现营业收入38.96亿元、1.58亿元、5.40亿元、3.67亿元，分别同比增长120.14%、77.76%、56.96%、12.52%。
利润增速快于收入，主要是因电解液毛利率27.42%，同比+2.47pct，单吨毛利润达到1.34万元/吨。
三、江苏国泰——2022上半年实现收入213.83亿元，同比+46%，利润9.31亿元，同比+151%。
上半年电解液实现收入32.25亿元，同比+89%，毛利率为22.13%，同比下降0.69pct。（缺乏销量和单吨毛利润的公开数据）
单吨毛利润：天赐材料（1.6万元/吨）新宙邦（1.34万元/吨）。
在2020年之前，电解液企业通过让渡应收账款期间来实现份额提升，三家电解液企业现金流水平较差，2020年之后受电解液需求提升，现金流有明显好转。
2021年新宙邦现金流较差，主要是应收账款从10亿元跳涨至25亿元，推测是因扩展电解液客户。
2020年之前，天赐材料现金流无法覆盖资本支出，而新宙邦和瑞泰新材则现金流较好，这主要是因天赐材料早期全力发展六氟磷酸锂等原材料的自供能力，在2020年之后，受电解液需求推动现金流有明显的改善。
21年天赐CAPEX大幅度的增加，主要是因六氟磷酸锂、LiFSI的产能建设。
三家公司毛利率较为稳定；从毛利率大小上看，天赐材料与新宙邦相差不大，江苏国泰受累于贸易业务毛利率较低。
从历史变化趋势上看，电解液毛利率变化主要受溶剂、六氟磷酸锂和添加剂的自供能力上，并且生产所带来的成本中六氟磷酸锂溶剂添加剂，因此在2021年-2022Q1电解液主要材料价格上涨期间，自供六氟磷酸锂的天赐材料毛利率提升幅度高于自供溶剂的新宙邦，并高于仅自供添加剂的江苏国泰。
从电解液业务净利率上看，天赐材料随毛利率的提升以及规模驱动各项费率的降低，净利率直线攀升；相较之下，江苏国泰的电解液较为稳定。
期间费率上，新宙邦在管理费率和研发费率上明显较高，主要受其电容器、半导体研发影响。
2021年ROE，天赐材料（30.9%）瑞泰新材（江苏国泰电解液业务，26.4%）新宙邦（19.3%），差异大多数来源于于净利率，其中瑞泰新材受原料自供能力影响，新宙邦的管理费率和研发费率偏高。
电解液需求量=全球锂电池需求*电解液单耗，公式中核心增长来源为全球锂电池需求的提升，并且因1Gwh磷酸铁锂对电解液需求为1500吨，高于1Gwh三元需求1100吨，所以电解液需求量还受益于磷酸铁锂渗透率的提升。
对于全球锂电池需求和磷酸铁锂和三元的占比，我们在之前的磷酸铁锂产业链报告中已经做过讨论，这里不再赘述。（详见优塾产业链报告库，长按识别文末二维码可订阅）
经测算，至2026年，全球电解液需求量有望达到183.58万吨，2021-2026年复合增速为24.57%。
虽然电解液整体增长较为稳定，但部分细分结构有着更高的增速，如果将电解液结构可以进行拆分：
历史上，电解液的各个细分结构较为稳定，整体增速超过电解液的是：添加剂VC（受益于磷酸铁锂渗透率提升，磷酸铁锂电池中VC的添加比例是4%，三元电池中添加比例是1.5% ）以及六氟磷酸锂（质量占比从10.8%提升至13%），主要是因六氟磷酸锂在电导率明显高于别的类型电解质，其在电解质中的份额逐年上升所致。
LiFSI的需求量=电解液需求量*添加比例，其中添加比例的提升是其快速地增长的驱动力。
与六氟磷酸锂相比，LiFSI的优势显著，体现在电解质中的关键指标，如高低温性能、电化学稳定性、电导率等均优于六氟磷酸锂，可有效改善电池的循环性能、高倍率性能以及高低温性能等。
1）高镍三元的由于镍含量增加、钴含量减少，离子电导率下降，而导电性更强的LiFSI恰好能弥补此缺陷。
2）在2016-2020年间，LiFSI的单吨使用成本约是六氟磷酸锂的2-5倍，只能少量用于部分高价值量电池（如高镍三元）的性能改善。
历史上LiFSI的价格，远高于六氟磷酸锂的原因是制备工艺复杂、产品纯度低，因此难以大规模量产，但随着近几年国内企业对氯磺酸法的突破，工艺显著改善，原材料成本一下子就下降，总生产所带来的成本达到25.17万元/吨（其中原材料10万元/吨，制造费用和其他达到15万元/吨），仍然高于六氟磷酸锂的15.29万元/吨（以天赐材料为例）。
虽然目前单吨制造费用和另外的成本仍然高达15万元/吨，未来，随着产能规模的提升，在制造成本上仍然降本空间，预计行业产能规模提升十倍后，制造费用可降低至7万元/吨（参照康鹏科技降本路线），届时生产总成本低至17.17万元/吨，基本与六氟磷酸锂实现平价。（备注：六氟磷酸锂目前就是行业成本价，制造费用占比低，少数公司能够盈利，除非锂资源降价，未来降价空间不大）
其次，技术层面的角度上看，LiFSI能兼顾三元、铁锂和锂钴电池，当成本下降之后，其对六氟磷酸锂的替代并不局限于高镍三元电池。
综上，我们对LiFSI的添加比例较为乐观，但目前，如果全部使用LiFSI，会存在腐蚀铝箔集流体，以及配套添加剂系统不完善的问题，未来五年还无法对六氟磷酸锂形成完全替代。
假设至2026年LiFSI满足50%的电解液生产，考虑1万吨LiFSI能产出约电解液8.3万吨，高于六氟磷酸锂的6.75万吨，可以计算出2026年LiFSI在电解液中质量添加比例为6%，每年提升约1%。
假设除了电解质，其他质量占比不变，则可测算出2022-2026年电解液的质量结构，其中LiFSI和六氟磷酸锂在2021-2026年复合增速分别为73.2%和10.39%。
LiFSI需求量有望实现五年16倍的增长，综合考虑到其价格下降的预期，市场规模有望实现五年10倍的增长。
当然，以上测算都是基于锂离子传输载体在未来五年保持液态的假设下，未来固态电解质在解决锂枝晶、高低温性能以及单位体积内的包含的能量提升上具有技术革命性意义，因此固态电解质在何时替代电解液就是一个最重要的因素。
该发展趋势下对电解液的影响，具体拆分来看，发展至半固态的过程中溶剂用量大幅度减少，而电解质和添加剂的用量会提升；从半固态到固态的过程中，六氟磷酸锂和添加剂的用量会减少甚至消失。
接下来，对核心增长驱动力，以及关键竞争要素，以及半固态、固态的技术进展，我们挨个来拆解：
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