鋰電池高鎳電解液我們?cè)撽P(guān)注什么?
能量密度要求促使電池升級(jí)換代,對(duì)正負(fù)極等材料提出更高的要求,但在材料逐步成熟之時(shí),應(yīng)用卻遲遲未能實(shí)現(xiàn),主要原因在于各種材料在組合成電池后,體系的兼容及安全等問題未能得到很好的解決。當(dāng)下工藝水平逐步成熟、設(shè)備現(xiàn)代化程度較高,這些問題的重點(diǎn)在于如何使用合適的電解液上面。
在高鎳體系中,對(duì)于電解液主要有兩個(gè)方面要求,一是使用新型添加劑,另外就是電解液的配方。
新型添加劑:對(duì)于高鎳體系,需要解決在正極表面的產(chǎn)氣、負(fù)極的成膜穩(wěn)定性以及安全性等問題,新型添加劑可以針對(duì)性解決高鎳遇到的問題,我們認(rèn)為具有新型添加劑研發(fā)的能力的電解液企業(yè)將顯著受益。
電解液配方:電解液配方開發(fā)周期長(zhǎng)、成本高,目前是電池企業(yè)壁壘最高的環(huán)節(jié)之一。隨著行業(yè)分工擴(kuò)大,開發(fā)的重心會(huì)向電解液廠商傾斜,電解液廠商在配方的開發(fā)和添加劑的研發(fā)優(yōu)勢(shì)更大。
1.專注電解液多年,橫跨消費(fèi)和動(dòng)力:公司是國(guó)內(nèi)最早一批從事鋰離子電池電解液開發(fā),鋰離子電池各種類型和體系全覆蓋,也使新宙邦成為電解液領(lǐng)域集大成者之一;
2.收購(gòu)兼并實(shí)施專利整合,布局添加劑掌握核心競(jìng)爭(zhēng)力:收購(gòu)巴斯夫和瀚康化工,實(shí)現(xiàn)高鎳專利整合以及添加劑的布局。
3.海外合作開發(fā),技術(shù)代差優(yōu)勢(shì):公司重視與海外客戶合作,海外巨頭無論是在材料體系還是在應(yīng)用上都較為領(lǐng)先。
在高鎳等新體系電解液開發(fā)中,需要多年的技術(shù)積累和上下游的通力合作,公司抓住了電解液開發(fā)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而未來這些環(huán)節(jié)也將成為新宙邦在電解液領(lǐng)域持續(xù)保持優(yōu)勢(shì)的來源。
風(fēng)險(xiǎn)提示:
行業(yè)發(fā)展不及預(yù)期,高鎳產(chǎn)品應(yīng)用不及預(yù)期;
1 動(dòng)力電池即將整體邁入高鎳時(shí)代
1.1 政策導(dǎo)向——電池能量密度要求提高
隨著新能源汽車的補(bǔ)貼政策進(jìn)入到2018年,國(guó)家開始把補(bǔ)貼力度著重轉(zhuǎn)向了提升新能源汽車的性能。從續(xù)航里程來看,補(bǔ)貼門檻由2017年的100KM提高到了現(xiàn)在的150KM,最高補(bǔ)貼里程也由原來的250KM上升到了現(xiàn)在的400KM;從能量密度來看,門檻也由此前的90Wh/kg提升至了現(xiàn)在的105Wh/kg,最高的補(bǔ)貼系數(shù)也由原來的1.1倍提高到了現(xiàn)在的1.2倍,同時(shí)對(duì)應(yīng)的最高檔的能量密度由之前的120Wh/kg增加到了160Wh/kg。
對(duì)于相應(yīng)政策要求的逐步提高,與新能源汽車相關(guān)的各產(chǎn)品也面臨著一個(gè)升級(jí)的問題。隨著國(guó)家對(duì)于動(dòng)力電池的能量密度的要求越來越高,以高鎳為主的正極材料越來越受到市場(chǎng)的青睞。
1.2 市場(chǎng)導(dǎo)向——更符合未來乘用車的市場(chǎng)需求
動(dòng)力鋰電池市場(chǎng)主要以三元和磷酸鐵鋰為主。相對(duì)于磷酸鐵鋰電池,三元鋰電池在能量密度等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),市場(chǎng)份額由2015年的23%上漲到了2017年的48%,2018年1-4月乘用車中三元的占比更是高達(dá)89%。相比低鎳三元材料,使用高鎳三元材料能顯著提升電池能量密度。同時(shí)由于鈷價(jià)格的持續(xù)走高,四氧化三鈷的價(jià)格從16年底的13.05萬元/噸大漲至目前的46.5萬元/噸,漲幅高達(dá)256.32%,這也從一定程度上加速了廠商對(duì)高鎳三元材料的開發(fā)使用。
發(fā)展高鎳三元不僅是政策要求,更是電池升級(jí)的需求。高鎳三元電池在能量密度上有非常大的優(yōu)勢(shì),是目前高能量密度產(chǎn)業(yè)化最為成熟的應(yīng)用材料。此外高鎳中鈷的含量較低,可以在一定程度上緩解動(dòng)力電池對(duì)鈷的依賴性,因此發(fā)展高鎳動(dòng)力電池是整個(gè)產(chǎn)業(yè)的趨勢(shì)。
2 動(dòng)力電池高鎳化我們?yōu)槭裁匆P(guān)注電解液
正極材料中鎳的比例不斷提升,以及硅碳負(fù)極的使用,給電解液的研發(fā)和生產(chǎn)帶來了新的困擾,如果電解液不能隨電池材料同步升級(jí),高鎳三元體系就很難實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)初衷。
目前高鎳體系遇到的四大問題:
1)產(chǎn)氣:正極材料中鎳含量增加,由于高鎳中的4價(jià)鎳離子具有較高的催化活性,它會(huì)催化電解液氧化分解,影響電池性1) 能,因此需要添加劑抑制鎳對(duì)電解液的催化分解;
2)破壞負(fù)極SEI膜:高鎳體系電池循環(huán)過程中會(huì)有錳、鈷等過渡金屬溶出,它們會(huì)破壞負(fù)極SEI膜,這就需要通過添加劑來改善過度金屬的溶出以及增強(qiáng)SEI膜穩(wěn)定性;
3)硅系負(fù)極添加劑:硅系負(fù)極由于有較高的膨脹特性,會(huì)破壞SEI膜、本身顆粒也會(huì)粉化,對(duì)于循環(huán)和安全性能不利,需要添加劑和特殊處理;
4)安全性:對(duì)于高鎳體系還有較為重要一點(diǎn)是電池的安全性的問題,需要添加過充和阻燃等添加劑來提升電池的安全性。
高鎳體系中電解液的技術(shù)要求和復(fù)雜程度相對(duì)于傳統(tǒng)電解液都有很明顯提升,而解決這些問題需要各種添加劑來實(shí)現(xiàn),添加劑在高鎳體系中扮演的角色越來越突出。除此之外,各種添加劑之間、溶劑與添加劑之間、正負(fù)極體系與添加劑之間都要考慮到兼容性的問題,這也為高鎳電解液的開發(fā)帶來難度。
3 高鎳電解液我們?cè)撽P(guān)注哪些點(diǎn)?
電解液是影響電池性能最重要的原材料之一,在電池企業(yè)的受重視程度異常之高。正負(fù)極和隔膜對(duì)電池企業(yè)而言更像是一種標(biāo)準(zhǔn)化的材料,而電解液在電池企業(yè)的使用上則更加多元化和復(fù)雜化。主要原因在于電解液與電池的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)環(huán)境都有很大的關(guān)系,任何一項(xiàng)發(fā)生變化都可能會(huì)導(dǎo)致電解液的使用上做出更改。
電池升級(jí)換代,對(duì)正負(fù)極等材料提出更高的要求,但在材料逐步成熟之時(shí),應(yīng)用卻遲遲未能實(shí)現(xiàn),主要原因在于各種材料在組合成電池之時(shí),體系的兼容及安全等問題未能得到很好的解決。當(dāng)下工藝水平逐步成熟、設(shè)備現(xiàn)代化程度較高,這些問題的重點(diǎn)在于如何使用合適的電解液上面。以目前消費(fèi)類鈷酸鋰電池材料為例,在每次電壓升高0.5V,對(duì)于負(fù)極和隔膜等材料變化要求并沒有提高,而與之相伴的是電解液的改進(jìn)與提升。所以電池升級(jí)對(duì)于電池企業(yè)而言最重要的是電解液的升級(jí)換代。
在高鎳體系中,對(duì)于電解液主要有兩個(gè)方面要求,一是使用新型添加劑,另外就是電解液的配方。
3.1 新型添加劑
添加劑特征:添加劑可直接加入到基礎(chǔ)電解液中,用量極少,加入量一般不超過電解液質(zhì)量或體積分?jǐn)?shù)的5%,且操作過程簡(jiǎn)單、不改變電池生產(chǎn)工藝,在彌補(bǔ)電解液自身某些不足的同時(shí),可顯著提高電解液的電導(dǎo)率及其與正負(fù)極的匹配性,從而進(jìn)一步提高電池的放電容量、使用壽命等多種電化學(xué)性能。
新型添加劑是當(dāng)今電化學(xué)與電池學(xué)術(shù)界和工業(yè)界最為活躍的研究主題之一,因?yàn)樗械碾姵厣?jí)包括高能量密度(高鎳)或高電壓方向等,都需要新型添加劑的支持。
我們以目前較為成熟的高電壓添加劑為例,提高電壓可以提升電池能量密度,但也隨之帶來了很多問題,而這些問題的解決是尋找更加穩(wěn)定(不氧化)的電解液或者尋求正極/電解質(zhì)界面的穩(wěn)定等方法,無一例外都是通過選擇添加劑來實(shí)現(xiàn)。
對(duì)于高鎳體系而言亦是如此,我們需要解決在正極表面的產(chǎn)氣、負(fù)極的成膜穩(wěn)定性以及安全性等問題,最終的解決思路是和高電壓類似的,通過添加劑來針對(duì)性解決高鎳遇到的問題。具有新型添加劑研發(fā)的能力的企業(yè)將顯著受益。
以新宙邦開發(fā)的LDY269為例,在高低溫性能、阻抗等均要優(yōu)于VC。正極保護(hù)添加劑里傳統(tǒng)的是PS,RPS也有一些應(yīng)用,相較于傳統(tǒng)的PS、RPS等正極保護(hù)添加劑,新宙邦開發(fā)的LDY196在高電壓和高鎳正極上效果更好。
3.2 電解液配方
電解液配方開發(fā)周期長(zhǎng)、成本高,電解液配方目前是電池企業(yè)壁壘最高的環(huán)節(jié)之一,所以電解液配方也成為電池企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力所在,電解液配方開發(fā),目前主要有三種路徑,分別為電解液廠商提供、電池企業(yè)獨(dú)立開發(fā)以及聯(lián)合開發(fā)。
電解液廠商配方優(yōu)勢(shì)不足:專注電解液生產(chǎn)研發(fā),與業(yè)內(nèi)電池企業(yè)合作廣泛,熟知各種體系配方,并可以獨(dú)立開發(fā)新型添加劑,綜合優(yōu)勢(shì)明顯。不足之處是對(duì)電池的實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用有所欠缺
電池廠商優(yōu)勢(shì)和不足:電池企業(yè)熟悉自身生產(chǎn)工藝和電解液方面,但涉及面較為狹窄,不利于新體系的開發(fā)。
合作開發(fā):電池廠商和電解液企業(yè)合作開發(fā),可以起到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的作用,開發(fā)成本低、效率高。
未來合作開發(fā)將是主要的方向,隨著行業(yè)分工擴(kuò)大,開發(fā)的重心會(huì)向電解液廠商傾斜,電解液廠商在配方的開發(fā)和添加劑的研發(fā)優(yōu)勢(shì)更大,專業(yè)的電解液廠話語權(quán)越來越強(qiáng)。在電池升級(jí)趨勢(shì)之下,高鎳體系的電解液配方也會(huì)更加復(fù)雜,電池高鎳化之后電解液環(huán)節(jié)的價(jià)值量和附加值也會(huì)有很大的提升,不亞于正極從523到811的跨越。高鎳電解液價(jià)值量顯著高于普通電解液,也帶來了更高的利潤(rùn)彈性。以電解液價(jià)格為例,三元532電解液價(jià)格在5萬/每噸左右,三元622在6萬/每噸,而配方體系復(fù)雜的811等高鎳體系價(jià)格優(yōu)勢(shì)會(huì)更加明顯。
4 推薦標(biāo)的:新宙邦
當(dāng)前新宙邦是我國(guó)可以批量供應(yīng)NCM811電池電解液的企業(yè),其自主研發(fā)出了一系列添加劑用來提高正極穩(wěn)定性、循環(huán)壽命、高溫性能,而新宙邦在添加劑和配方上則展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
4.1 專注電解液多年,橫跨消費(fèi)和動(dòng)力
新宙邦從2003年開始涉足于電解液領(lǐng)域。經(jīng)過15年的耕耘,公司已發(fā)展為全球主要的鋰離子電池電解液供應(yīng)商之一,市場(chǎng)占有率名列前茅。
目前新宙邦客戶涵蓋消費(fèi)領(lǐng)域和動(dòng)力領(lǐng)域內(nèi)主流電池公司,新宙邦在消費(fèi)類電池電解液積累多年,見證了消費(fèi)電池多年以來的發(fā)展變化。在新能源發(fā)展大潮之下,公司憑借多年的電解液開發(fā)經(jīng)驗(yàn),在動(dòng)力電池電解液領(lǐng)域亦是做到了技術(shù)領(lǐng)先。
公司電解液合作客戶遍布全球,產(chǎn)品涉及鈷酸鋰、三元、磷酸鐵鋰等所有體系。在合作中解決了不同客戶、不同需求和不同體系等各種問題,尤其是目前的電解液產(chǎn)品需要對(duì)電池廠商進(jìn)行“私人訂制”,公司推出的產(chǎn)品在受到了客戶好評(píng)的同時(shí)也肯定了新宙邦是電解液領(lǐng)域集大成者的地位。在面對(duì)新型電池體系的電解液開發(fā),新宙邦更是水到渠成,在高鎳電解液上的率先突破是必然,也是對(duì)多年沉淀的褒獎(jiǎng)。
4.2 收購(gòu)兼并實(shí)現(xiàn)配方整合,布局添加劑掌握核心競(jìng)爭(zhēng)力
電解液開發(fā)的難點(diǎn)在于需根據(jù)電池的正極材料種類、電池形狀、電池性能(比如溫度范圍、倍率型、功率型等)才能最終決定電解液的配方。行業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力也落在了廠家的添加劑和配方上。公司除了自身大力研發(fā)相關(guān)技術(shù)之外,還通過并購(gòu)來來實(shí)現(xiàn)專利整合,進(jìn)一步提升自己的技術(shù)優(yōu)勢(shì),這也為公司率先開發(fā)出NCM811的電解液埋下了伏筆。
早做布局,自主開發(fā)性能優(yōu)良添加劑:2014年新宙邦收購(gòu)了張家港瀚康化工,開始涉入電解液添加劑領(lǐng)域。張家港瀚康化工有限公司是國(guó)內(nèi)主要的鋰電池添加劑供應(yīng)商,主營(yíng)產(chǎn)品有碳酸亞乙烯酯(VC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC)、1,3-丙烷磺酸內(nèi)酯(C3H6O3S)、丁二腈(C4H4N2)等。經(jīng)過多年的發(fā)展,瀚康化工在鋰電池添加劑細(xì)分行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),產(chǎn)品品質(zhì)獲得了業(yè)內(nèi)絕大多數(shù)鋰電池電解液生產(chǎn)商的認(rèn)可并出口國(guó)外。
新宙邦憑借多年在添加劑方面的積累,已經(jīng)成功開發(fā)LDY269(添加劑的代號(hào)),該添加劑能替代VC起到保護(hù)負(fù)極的作用,此外在內(nèi)阻方面要優(yōu)于VC,同時(shí)循環(huán)性能、高低溫性能均得到較大的改善,并且海外供應(yīng)不會(huì)受專利影響,我們判斷未來LDY269將成為替代VC的優(yōu)良添加劑。
此外公司針對(duì)高鎳體系電池循環(huán)過程中會(huì)有錳、鈷等過渡金屬溶出的問題,開發(fā)出專用的正極添加劑LDY196。可以看到無論是在高鎳正極上還是高壓正極,LDY196都可以顯著降低漏電流和金屬離子溶出的問題。
新宙邦對(duì)于LDY196、LDY269兩種添加劑均進(jìn)行了專利保護(hù),未來公司在添加劑方面的優(yōu)勢(shì)將進(jìn)一步加大。
對(duì)于電池企業(yè),其開發(fā)的電解液配發(fā)主要基于市面上已有的添加劑,在添加劑在開發(fā)和創(chuàng)新應(yīng)用上較難實(shí)現(xiàn)。而掌握添加劑生產(chǎn)和研發(fā)的電解液公司可根據(jù)客戶需求做出較快的匹配,在電池逐步升級(jí)的背景之下,對(duì)電解液的要求會(huì)越來越高,在添加劑配方上領(lǐng)先是公司掌握核心的重要一環(huán)。
收購(gòu)巴斯夫,專利技術(shù)整合:新宙邦于2017年收購(gòu)巴斯夫電池材料(蘇州)有限公司。標(biāo)的公司所擁有的商標(biāo)和經(jīng)營(yíng)過程中所使用的20項(xiàng)專利將轉(zhuǎn)讓給公司,因巴斯夫在高鎳正極材料的領(lǐng)先,配套電解液也是較為完善,此舉有利于整合公司在鋰電池電解液業(yè)務(wù)方面的技術(shù)資源,進(jìn)一步提升公司產(chǎn)品在新能源產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。
4.3 海外合作開發(fā),技術(shù)代差優(yōu)勢(shì)
公司目前與三星、LG、三洋和松下等海外電池巨頭具有合作,目前海外客戶在動(dòng)力電池高能量密度開發(fā)上目前是領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)的,而海外客戶更傾向于合作開發(fā),電解液開發(fā)離不開電池企業(yè)配合,新宙邦與海外客戶也因此形成了強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合。在高鎳體系中,海外巨頭無論是在材料體系還是在應(yīng)用上都比較超前,這也是新宙邦高鎳電解液率先實(shí)現(xiàn)供應(yīng)的重要一點(diǎn)。
在高鎳等新體系電解液開發(fā)中,不可能一蹴而就,需要企業(yè)多年的技術(shù)積累和上下游的通力合作,添加劑和配方這些環(huán)節(jié)也將成為電解液公司持續(xù)保持優(yōu)勢(shì)的來源。
責(zé)任編輯:繼電保護(hù)
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