六氟磷酸锂行业市场供需格局及成本价格分析课件.pptx
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1、目录六氟磷酸锂是综合性能最好的锂盐4六氟磷酸锂是电解液的核心 4 六氟磷酸锂的理化特性 4 六氟磷酸锂是目前综合性能最好的锂盐 5 氟化氢溶剂法为六氟磷酸锂主流制备方法 6六氟磷酸锂行业处于产业周期底部9六氟磷酸锂处于价格周期底部 9 六氟磷酸锂行业处于盈利周期底部 10行业需求边际好转,供需格局有望改善12需求:短期边际好转,长期高增长无忧 12 供给:短期产能利用率提升,长期新增供给有限 13 价格:短期价格调涨,长期有望反弹 15投资建议16,1,目录1,图表目录图表 1.锂离子电池工作原理 4 图表 2.六氟磷酸锂主要理化性质 5 图表 3.HG/T4066-2015 对于六氟磷酸锂的
2、性能要求 5 图表 4.六氟磷酸锂与其他锂盐性能对比 6 图表 5.森田化学氟化氢溶剂法工艺流程 6 图表 6.双釜法氟化氢溶剂法工艺流程 6 图表 7.中海油天津化工有机溶剂法工艺流程 7 图表 8.湖北诺邦化学有机溶剂法工艺流程 7 图表 9.气固反应法工艺流程 8 图表 10.珠海赛纬离子交换法工艺流程 8 图表 11.2014Q1-2020Q1 六氟磷酸锂价格走势 9图表 12.2016-2020 年国内电池级碳酸锂价格 10图表 13.2011-2020 年氢氟酸价格走势 10 图表 14.氟化氢溶剂法制备六氟磷酸锂成本估算 10 图表 15.有机溶剂法制备六氟磷酸锂成本估算 11图
3、表 16.2014Q1-2020Q1 六氟磷酸锂主要生产企业毛利率11图表 17.2019.01-2020.07 我国新能源汽车月度销量 12图表 18.2019.01-2020.07 海外新能源汽车销量 12图表 19.2019.01-2020.08 我国电解液月度产量 12图表 20.2016-2025 年全球六氟磷酸锂需求量预测 13图表 21.2016-2021 年全球六氟磷酸锂名义产能统计 14图表 22.2016-2022 年全球六氟磷酸锂产能、需求量及产能利用率 14图表 23.2020 年六氟磷酸锂价格走势 15,2,图表目录2,六氟磷酸锂是综合性能最好的锂盐六氟磷酸锂是电解液
4、的核心电解液是锂离子电池的“血液”。锂离子电池由正极、负极、电解液和隔膜组成,其工作原理是锂 离子在正负极之间往返脱嵌导致外电路电子定向移动形成电流。电解液是锂离子迁移和电荷传递的 介质,被喻为锂离子电池的血液。电解液的电导率、水分和酸含量、稳定性等指标直接影响锂离子 电池的能量密度、充放电倍率、循环寿命、安全性、稳定性等性能,是锂离子电池体系的重要组成 部分。图表 1.锂离子电池工作原理,六氟磷酸锂是电解液的核心。电解液由高纯溶质、溶剂和高纯添加剂按照一定的比例配制而成,其 核心竞争力在于工艺控制和配方。溶质是电解液的核心,六氟磷酸锂综合性能较好,是目前商业化 应用最广的锂盐,中期内可替代性
5、较低。一方面,六氟磷酸锂的性能决定了电解液的离子电导率、电化学稳定窗口、高低温稳定性和氧化稳定性等重要性能;另一方面,六氟磷酸锂是电解液的成本 重心,成本占比较高,其价格变动直接决定了电解液的价格走势。六氟磷酸锂是电解液乃至锂离子电池材料中进入壁垒较高的领域之一。六氟磷酸锂行业平均单吨固 定资产投资约为 6 万元,投资强度大,对于企业的资金实力要求高;由于固定资产投资大,六氟磷 酸锂行业具备较强的规模效应,行业内领先企业具备成本优势;六氟磷酸锂的主要原材料为氟化氢、五氯化磷和氟化锂等,原材料纯度要求非常高,且氟化氢具有强腐蚀性,制备过程存在安全生产控 制难、无水环境要求高、游离酸和不溶物含量要
6、求高等技术瓶颈,直到 2010 年才实现国产化,目前 仍然是电解液行业关注的焦点。六氟磷酸锂的理化特性电解液锂盐性能要求包括:1)电解质在有机溶剂中溶解度高,缔合度小易于解离,以保证电解液具 备较高的离子电导率;2)电化学窗口较宽,稳定性高,与电极活性物质及集流体不发生化学反应;3)热稳定性高,最佳稳定温度范围为-40 至 60 摄氏度,保障电解液的安全性;4)环境友好,分解产 物对于环境影响小;5)易于制备和纯化,生产成本低。,3,六氟磷酸锂是综合性能最好的锂盐六氟磷酸锂是电解液的核心。电解,六氟磷酸锂在有机溶剂中溶解度较高,在环状碳酸酯和链状碳酸酯溶剂体系下,以六氟磷酸锂制备 的电解液离子
7、电导率可达到 7.2-11.5ms/cm,优于其他锂盐。此外,六氟磷酸锂电化学稳定窗口较宽,最高电压可达到 5V,高于锂离子电池 4.5V 的要求,能够在负极表面形成适当的 SEI 膜,并有效钝化 正极集流体,保护电极不受溶剂分子的侵蚀,提高电池循环寿命。自从 2010 年我国实现六氟磷酸锂 国产之后,生产成本不断下降,经济性快速提升,能够满足锂离子电池提高性能和降低成本的要求。图表 2.六氟磷酸锂主要理化性质,热稳定性,较差,30 摄氏度开始分解,加热到 175,摄氏度大量分解,生成 PF5 和 LiF,对水分敏感,在水分环境大于或者 水分稳定性等于 1*10-5 时即与水反应生成腐蚀,性气
8、体 HF,六氟磷酸锂作为电解质的主要问题在于热稳定性和水分稳定性较差。六氟磷酸锂遇热分解产生五氟 化磷气体,可使溶剂发生分解,产生二氧化碳等气体,影响电池安全性;六氟磷酸锂对水分非常敏 感,与水反应会产生腐蚀性气体氟化氢,氟化氢会加快六氟磷酸锂的水解和变质,并和溶剂分子发 生反应,导致有机溶剂粘度增加,电导率降低。除了影响电解液性能之外,氟化氢还会直接影响电 池性能,氟化氢会与 SEI 膜发生反应,生成水和醇,而水又会和六氟磷酸锂反应,生成氟化氢,反 应过程不断循环,导致电池比容量降低,循环效率变差;此外,氟化氢还会与正极材料发生反应,导致正极材料容量衰减,降低电池能量密度和循环寿命。商品化六
9、氟磷酸锂的标准要求较高。2015 年 7 月 29 日,工信部发布化工行业标准六氟磷酸锂 HG/T4066-2015 代替 HG/T4066-2008,从 2016 年 1 月 1 日起正式实施。该标准对于六氟磷酸锂的纯度、不溶物、水分、游离酸以及金属杂质的含量都提出了明确要求,其中纯度要求达到了 99.95%以上,金属杂质含量要求均达到了 PPM 级别,这一标准对行业进行了规范,同时也提高了行业准入门槛。图表 3.HG/T4066-2015 对于六氟磷酸锂的性能要求,六氟磷酸锂是目前综合性能最好的锂盐六氟磷酸锂是目前综合性能最好的锂盐,也是商业化应用最广泛的锂盐。尽管六氟磷酸锂存在抗热 性和
10、抗水解性较差的缺陷,但是可以通过提纯改善,中期内可替代性较低。传统锂盐高氯酸锂、六 氟砷酸锂等,均存在难以克服的性能缺陷,难以实现大规模商业化应用。新型锂盐中双氟磺酰亚胺 锂电导率、稳定性、高低温性能等均较为理想,是最具商业化应用前景的锂盐,但是其加工难度较 大,成本和价格较高,对电解液及锂电池成本影响较大,尚难以实现大规模量产和应用,目前主要 作为添加剂少量使用。随着天赐材料、新宙邦、永太科技、氟特电池等国内企业开始布局双氟磺酰 亚胺锂,其产能开始逐步释放,生产成本将不断下降,在中长期内可能成为六氟磷酸锂的理想替代 品。,4,六氟磷酸锂在有机溶剂中溶解度较高,在环状碳酸酯和链状碳酸酯溶,图表
11、 4.六氟磷酸锂与其他锂盐性能对比,中文名化学式,六氟磷酸锂,LiPF6,优点缺点良好的离子电导率和电化学稳定性,抗热性和抗水解性较差,但 废电池处理简单,环保通过提纯可以改善,新型锂盐,双氟磺酰亚胺锂,LiFSI,环境友好,安全性能好,电导率高,生产成本高,工艺难度大,对,稳定性高,高低温性能优异正极有一定的腐蚀作用,二草酸硼酸锂,LiBOB,热稳定性好,电化学窗口较宽(4.5V),高温性能好,可形成 SEI膜,溶解度小,电导率低,容易 吸湿,四氟硼酸锂,LiBF4,价格便宜,电导率低,易吸水,不能形 成 SEI 膜,双三氟甲烷磺酰亚 胺锂,LiTFSI,电导率高(5.1ms/cm),热稳定
12、性好,电化学窗口宽(5V),易腐蚀正极集流体铝箔,合 成复杂,提纯难度大,传统锂盐,六氟砷酸锂,LiAsF6,循环效率好,热稳定性较好,电导率 高,曾用于产业化,含有毒元素 As,环境污染严 重,应用受限,高氯酸锂,LiClO4,有着适当的电导率、热稳定性和耐氧 化稳定性,研究历史最长,只适合研究工作体系,不能 用于实用型电池中,易引起 电池爆炸,安全性差,双三氟甲烷磺酰亚 胺锂,C2F6LiNO4S2,与水反应活性低,热稳定性好,电导率低,高压时与集流体 铝发生反应,氟化氢溶剂法为六氟磷酸锂主流制备方法六氟磷酸锂的制备方法包括氟化氢溶剂法、有机溶剂法、气固反应法、离子交换法。目前氟化氢溶 剂
13、法是使用最广泛的方法;有机溶剂法由于成本较低,且可以直接制备电解液,也在部分企业中实 现了商业化应用,未来有望部分替代氟化氢溶剂法。氟化氢溶剂法为主流方法氟化氢溶剂法由五氯化磷(PCl5)和无水氟化氢(HF)反应生产五氟化磷(PF5)气体,再与溶解在 无水氟化氢中的氟化锂(LiF)反应生成六氟磷酸锂(LiPF6)。5HF+PCl55HCl+PF5 PF5+LiFHFLiPF6采用氟化氢溶剂法制备六氟磷酸锂的代表企业有多氟多、九九久(延安必康子公司)、宏源药业、新泰材料(天际股份子公司)等,按照工艺流程的不同,分为以森田化工为代表的工艺流程和多氟 多自主研发的双釜法两种。,5,图表 4.六氟磷酸
14、锂与其他锂盐性能对比中文名化学式六氟磷,氟化氢溶剂法的优点是在六氟磷酸锂的合成制备过程中采用液体氟化氢锂和气体五氟化磷反应而制 得,反应过程中气液可均相反应,同时五氟化磷加入氟化氢锂溶液过程中也可起到气流搅拌的作用,加快反应速率,提高元素转化率。缺点在于反应过程中采用腐蚀性介质氟化氢和有毒气体五氟化磷,一方面会腐蚀生产设备引入金属组分改变六氟磷酸锂中锂金属的电离势,缩短电池寿命;另一方面 制得的产品六氟磷酸锂中易残留氟化氢、氢氧化物、氟化锂和金属离子等杂质,产品纯度低,必须 进行进一步的纯化,增加了成本;此外,反应需要强氧化剂氟气在深冷和高洁净条件下进行,反应 条件苛刻,资金投入和能耗都相对较
15、大,成本偏高。有机溶剂法具备替代潜力有机溶剂法是采用制造电解液的有机溶剂如 EC、DEC 和 DMC 等作为溶剂,或者采用没有腐蚀性的有 机络合剂如乙腈、醚和吡啶等来代替氟化氢,将氟化锂悬浮于有机溶剂中通入五氟化磷,反应后制 得六氟磷酸锂;前者以中海油天津化工研究设计院为代表,后者以湖北诺邦化学为代表。图表 7.中海油天津化工有机溶剂法工艺流程,图表 8.湖北诺邦化学有机溶剂法工艺流程,有机溶剂法的优点是避免使用腐蚀性的氟化氢,操作相对安全,降低了对反应设备的防腐要求,固 定资产投资相对较低,且反应在常温常压下就可以进行,降低了能耗;此外,反应中生成的六氟磷 酸锂不断溶解于有机溶剂中,使反应界
16、面不断更新,产率较高,制得的电解液可直接用于锂离子电 池。缺点是五氟化磷易与有机溶剂反应,很难制得高纯度的六氟磷酸锂;此外,有机溶剂法只适合 制备液体六氟磷酸锂,对于制备六氟磷酸锂自用的电解液企业来说是理想的方法,对于外售的企业 来说,液体六氟磷酸锂运输困难,成本较高。天津金牛是国内最先研究成功有机溶剂法并实现工业化生产的企业,珠海赛纬、东莞凯欣等也都申 请了有机溶剂法制备专利,天赐材料则大规模采用有机溶剂法制备六氟磷酸锂,通过一体化布局降 低成本。若有机溶剂法能够得到改进,则未来有可能进一步代替氟化氢溶剂法成为六氟磷酸锂制备 的主流方法之一,降低行业平均成本,提高企业盈利能力。,6,氟化氢溶
17、剂法的优点是在六氟磷酸锂的合成制备过程中采用液体氟化,气固反应法未实现大规模应用气固反应法将氟化锂用无水氟化氢处理形成多孔氟化锂,然后通入五氟化磷气体与多孔氟化锂反应 生成六氟磷酸锂,目前主要采用氟化钙和五氧化二磷为原料干法反应制备五氟化磷气体,再将高纯 氟化锂与五氟化磷气体在加压条件下干法合成六氟磷酸锂。LiF(固)+HF(气)LiHF2(固)LiF(多孔)+HF(气)LiF(多孔)+PF5LiPF6图表 9.气固反应法工艺流程,气固反应法操作比较简单,但是反应需要在高温高压条件下进行,生成的六氟磷酸锂会在氟化锂表 面形成一层致密的保护膜,阻止反应的进一步进行,导致最终产品中含有大量的氟化锂
18、,一次性产 率仅为 30%左右,产品纯度不高。虽然采用反复通脱氟化氢、通五氟化磷的方法可以提高产率,但 仍难以达到商品化六氟磷酸锂的纯度标准,且增加了制备成本,目前气固反应法并没有实现大规模 应用。离子交换法仅用于实验室离子交换法是将六氟磷酸盐和含锂化合物在有机溶剂中发生离子交换反应从而生成六氟磷酸锂,珠 海赛纬具备离子交换法制备六氟磷酸锂的技术。XPF6+Li+LiPF6+X+(其中 X 为 Na、K 或者 NH4 等)图表 10.珠海赛纬离子交换法工艺流程,离子交换法避免使用腐蚀性较强的五氟化磷作为原料,反应一步到位。但是该方法反应效率较低,使用的强碱很容易与有机溶剂发生反应,制得的六氟磷
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