鋰離子電池電解質六氟磷酸鋰市場分析

孫新華，侯 雷，秦 凱

（1.天津金牛電源材料有限責任公司，天津300400；2.中海油天津化工研究設計院有限公司）

鋰離子電池，自20 世紀發(fā)展以來，由于其工作電壓高、能量密度大、循環(huán)壽命長等一系列優(yōu)點，已成為目前世界上最為理想也是技術水平最高的可充電化學電池，而且發(fā)展迅速，已在3C（數(shù)碼）、動力、儲能領域大規(guī)模應用。

鋰離子電池電解液主要由溶劑、電解質、添加劑組成［1-3］。鋰離子電池電解質六氟磷酸鋰，在有機溶劑中具有足夠高的溶解度、締合度小、易離解，在電解液中有較高的電導率，具有較寬的電化學穩(wěn)定性，對基材鈍化，對環(huán)境相對友好，易于生產，相對生產成本低，已成為目前鋰離子電池電解液中主要的電解質鹽［1-4］。但是，六氟磷酸鋰還存在熱穩(wěn)定性差、對水分敏感等劣勢。盡管目前有不少企業(yè)在研發(fā)甚至推出新型鋰鹽以提高電池的特性，但是現(xiàn)在還不足以撼動六氟磷酸鋰的地位或者完全替代六氟磷酸鋰［1］。

1 鋰離子電池下游應用市場發(fā)展情況

1.1 動力電池

1.1.1 新能源汽車

在傳統(tǒng)石油能源面臨資源枯竭及環(huán)境污染嚴重的形勢下，發(fā)展電動汽車已被各國普遍確立為保障能源安全、結構轉型和低碳經濟的重要途徑，對作為電動汽車“心臟”的動力電池的需求也越來越突出。發(fā)展高安全性、長壽命、高能量密度和低成本的新型鋰離子電池和新體系電池是新能源汽車動力電池發(fā)展的主要方向［5-11］。世界各國都制定出電動車的戰(zhàn)略方案，助推新能源的發(fā)展。

根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車發(fā)展規(guī)劃》，到2020年中國新能源汽車產銷量將達到200 萬輛，累計產銷量將超過500 萬輛。2018年中國新能源汽車產銷量為122 萬輛；2019年由于補貼政策退坡，累計產銷量約為120 萬輛，出現(xiàn)小幅下滑。雖然國家補貼逐年退坡，但是雙積分政策接力成為中國新能源汽車發(fā)展的新動力［7-9］。除了政策的驅動，符合消費者需求的熱門車型不斷推出，也將驅動新能源汽車市場持續(xù)向好。2018年以前，電動車已經銷售110 萬輛，距離2020年規(guī)劃累計銷量500 萬輛還有100 多萬輛的空間，預計2020年中國新能源汽車產銷量將達到140 萬輛，能達到2020年的目標規(guī)劃。

《新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》（以下簡稱規(guī)劃）明確并提出，產業(yè)發(fā)展規(guī)劃應以“市場主導、創(chuàng)新驅動、協(xié)調推進、開放發(fā)展”為基本原則，力爭經過15 a 持續(xù)努力，使中國新能源汽車核心技術達到國際領先水平、純電動汽車成為主流、燃料電池汽車實現(xiàn)商業(yè)化應用、 公共領域用車全面電動化、高度自動駕駛智能網聯(lián)汽車趨于普及，有效促進節(jié)能減排水平和社會運行效率的提升。規(guī)劃將成為未來15 a 中國新能源汽車產業(yè)發(fā)展的政策綱領性文件。這份頂層設計更加突出了電動化、智能化、網聯(lián)化、 共享化對于未來新能源汽車發(fā)展的重要作用。到2025年新能源汽車新車銷量占比達到25%左右的新愿景目標，將推動車企加速向新能源汽車領域發(fā)力。2019年預計未來5 a 新能源汽車市場將繼續(xù)以20%～40%的速度高速增長。

全球電動汽車市場，2018年中國占比為54%。由于國際市場對新能源發(fā)力，電動汽車也將有大的發(fā)展，2019年以后國際市場份額會在50%以上。

根據(jù)過去的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和對未來的判斷，新能源汽車中國及全球的銷售量統(tǒng)計及預測見表1。

表1 新能源汽車銷售量統(tǒng)計及預測

1.1.2 電動船舶

在環(huán)保政策趨嚴、 動力電池技術成本不斷下降的背景下，電動船舶正在成為鋰電池巨頭們下一個重點布局的細分領域。電動船舶具有綠色環(huán)保、零污染、安全以及使用成本低等優(yōu)點，其運行成本明顯低于柴油和LNG（液化天然氣）燃料船舶［10］。此外，電動船舶的結構簡單、運行穩(wěn)定、維護成本低，更適應未來環(huán)保趨勢。由于歐洲在環(huán)保意識、法規(guī)以及技術方面走在前列，因此是電動船舶的主要運營和建造市場。國際市場研究公司Research and Markets 發(fā)布的《2015—2024 全球電動船舶、小型潛艇及自動水下船舶的市場報告》預測：由于良好性能、可承擔成本、 法律禁令等因素，電動船舶市場正迎來快速增長，市場前景相當可觀。數(shù)據(jù)顯示，2019、2022、2025年的電動船舶鋰電化滲透率按照0.035%、0.55%、18.5%計算，截至2025年電動船舶用鋰電池市場將達到約35.41 GW·h。

1.2 儲能行業(yè)

鋰離子電池在儲能業(yè)務上主要用于通信基站、用戶側削峰填谷、離網電站、微電網、軌道交通、UPS等，還有家庭儲能、電網儲能等項目。

中國儲能鋰電池產業(yè)還處于孕育期，為進一步加快儲能產業(yè)的發(fā)展，未來10 a 將分兩個階段推進儲能產業(yè)發(fā)展的相關工作，第一階段（2017—2020年）實現(xiàn)儲能由研發(fā)示范向商業(yè)化初期過渡；第二階段（2020—2025年）實現(xiàn)商業(yè)化初期向規(guī)?；l(fā)展轉變。

2018年是中國儲能產業(yè)快速發(fā)展的起始之年，2018年中國儲能鋰電池（含通訊、電網、家庭、數(shù)據(jù)中心等儲能場景）市場出貨量為7.6 GW·h，同比增長90.2%。2019年中國儲能需求銳減，儲能鋰電池出貨量為3.8 GW·h，同比下降75%：其中，中國國內出貨量為0.7 GW·h；海外儲能市場增速較大，同比增長40.9%，出口總量為3.1 GW·h。

在儲能領域，化學儲能由于成本問題在2018年僅占3.6%，其中鋰離子電池占其86%。由于商業(yè)電價的下降，導致峰谷電價差變?。还鈨Φ某杀竞托识虝r間內難以解決，這些都制約了化學儲能的發(fā)展。再加上后期汽車電池梯次在儲能領域的利用以及其他儲能電池的發(fā)展（如鈉鋰離子電池），都會影響鋰離子電池在儲能上的應用［11-13］。

鋰電池儲能憑借能量密度高、循環(huán)壽命長、高倍率等優(yōu)良性能逐漸在鉛酸電池、鉛炭電池、鈉硫電池等化學電池中顯現(xiàn)出優(yōu)勢［11-12］。，隨著鋰離子電池大規(guī)模工業(yè)化發(fā)展、成本進一步降低，根據(jù)儲能鋰電池系統(tǒng)的性能與成本，部分領域使用的傳統(tǒng)儲能系統(tǒng)將被具備高性價比的儲能鋰電池系統(tǒng)取代。

由于5G 通迅的發(fā)展，5G 基站備用電源將有大規(guī)模的發(fā)展，加上家庭儲能，以及分布式儲能的應用，儲能市場實際上是一個藍色的海洋，是一個巨大的市場。由此看來，目前鋰離子電池在儲能領域應用的基數(shù)小，預測鋰離子電池在儲能領域應用的增長率為20%～30%。

1.3 3C（數(shù)碼）電池產業(yè)

鋰離子電池在3C 領域的發(fā)展進入成熟期，國內外宏觀政策較少，以市場導向為主。受大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網等信息技術與工業(yè)不斷創(chuàng)新融合，全球智能裝備行業(yè)將繼續(xù)保持快速增長，未來5 a 將保持10%的增長率。

1.4 未來5 a 鋰離子電池市場

根據(jù)對鋰離子電池在新能源汽車、儲能、傳統(tǒng)數(shù)碼領域市場的發(fā)展分析，預計每年全球各領域鋰離子電池生產總量見表2。預測2020—2025年鋰離子電池生產的平均增長率為26%，到2025年初步預測生產總量為800 GW·h 以上。國際能源署（IEA）表示，到2025年要實現(xiàn)電動汽車（EV）過渡的全球目標，世界每年需要達到約1000 GW·h 的電池制造能力［14-15］。

表2 全球各領域鋰離子電池生產總量預測

2 六氟磷酸鋰需求量分析預測

目前，磷酸亞鐵鋰鋰離子電池1 GW·h 需求電解液為1500 t，三元鐵鋰鋰離子電池1 GW·h 需求電解液為1000 t，按磷酸亞鐵鋰電池占30%、其他正極材料電池占70%計，平均1 GW·h 鋰離子電池約消耗電解液為1150 t。

目前，鋰離子電池電解液中六氟磷酸鋰電解質占13%左右。后期，隨著鋰離子電池的研發(fā)以及性能的提高，會有新型電解質得到應用，會有少量的電解質鹽替代六氟磷酸鋰，計算出后期六氟磷酸鋰的需求量，結果見表3［16-17］。由表3 看出，到2025年鋰離子電池電解液需求量和六氟磷酸鋰需求量將分別達到約93.0 萬t 和10.3 萬t。

表3 全球各領域六氟磷酸鋰預計需求量

3 六氟磷酸鋰產能分析

2000年前后生產六氟磷酸鋰的企業(yè)主要是日本關東電化、Stella、森田化學3 家企業(yè)。2003年中國天津金牛電源材料有限責任公司80 t/a 六氟磷酸鋰示范工程建成并投入生產。中間也有許多企業(yè)進入六氟磷酸鋰生產領域，但是由于各種問題沒有工業(yè)化生產。2012年多氟多化工股份有限公司開始試生產六氟磷酸鋰，隨后多家企業(yè)進入六氟磷酸鋰的生產。到目前為止，有20 余家企業(yè)生產六氟磷酸鋰。表4 為全球各企業(yè)六氟磷酸鋰產能及增產計劃。

表4 全球各企業(yè)六氟磷酸鋰產能及增產計劃

河南多氟多公司六氟磷酸鋰產能合計為9000 t/a：一期產能為2000 t/a，通過改造產能提升到約為3000 t/a；二期產能為3000 t/a；三期產能為3000 t/a，2020年已建設完成，根據(jù)需要投入生產。江蘇新泰六氟磷酸鋰產能合計為8160 t/a： 一期產能為1080 t/a，通過改造產能提升至2160 t/a；二期產能為6000 t/a。廣州天賜固體六氟磷酸鋰產能合計為12600 t/a：固體六氟磷酸鋰產能為2000 t/a，改造后實際產能約為3000 t/a；液體產能為30000 t/a，折固體產能為9600 t/a。湖北宏源六氟磷酸鋰一期產能為1000 t/a；二期產能為4000 t/a，先建成2500 t/a，之后又建成1500 t/a。森田化學（中國）在中國張家港已有5000 t/a 六氟磷酸鋰生產裝置生產； 在江蘇南通已建成5000 t/a 生產裝置，待機投產。

2020年六氟磷酸鋰需求量約為3.5 萬t，實際產能為7.021 萬t，出貨量約為產能的1/2。到2022年預測六氟磷酸鋰需求量約為5.5 萬t，生產效能按80%計算產量約為5.62 萬t，基本滿足2022年的需求量。到2025年預測六氟磷酸鋰需求量約為10 萬t，若所有擴產產能均能完成生產（12.42 萬t），若按80%的產量計供貨量約為9.96 萬t，供需基本平衡。

4 六氟磷酸鋰價格分析

1998年中國六氟磷酸鋰售價為500 萬～700 萬元/t，2004年售價為60 萬元/t。，由于2003年天津金牛電源材料有限責任公司生產六氟磷酸鋰，再加上日本森田六氟磷酸鋰生產裝置在中國生產，導致2013年六氟磷酸鋰售價降至約為25 萬元/t。

2013年后，由于多氟多等各企業(yè)六氟磷酸鋰相繼投產，六氟磷酸鋰出現(xiàn)產能過?，F(xiàn)象，價格逐漸走低，到2015年第二季度價格達到最低點8 萬元/t。2015年下半年，由于鋰離子電池產能急增，動力電池有關的材料價格均大幅上揚，作為鋰電池電解液原料的六氟磷酸鋰價格開始暴漲，到2016年僅幾個月的時間就漲至40 萬元/t 以上。后期，六氟磷酸鋰產能增加，價格又開始走低，到2020年六氟磷酸鋰價格又回到8 萬元/t。圖1 為六氟磷酸鋰價格趨勢。

5 六氟磷酸鋰后期市場趨勢

5.1 六氟磷酸鋰后期產能趨勢

通過前面對鋰離子電池發(fā)展情況分析，預測到2022年六氟磷酸鋰需求量約為5.5 萬t，六氟磷酸鋰現(xiàn)有產能滿足市場需求。預測到2025年需求量將達到約10 萬t，若六氟磷酸鋰各生產企業(yè)如期完成擴產計劃，六氟磷酸鋰產能將達到12.4 萬t/a 左右，就能達到供需平衡。考慮到化工企業(yè)的特性，有些企業(yè)是否能夠如期按計劃實施生產，存在不確定性。

圖1 六氟磷酸鋰價格趨勢

需要指出的是，后期參與六氟磷酸鋰布局的企業(yè)應該是具有一定優(yōu)勢的企業(yè)，尤其是具有較高技術水平和產品質量過硬的企業(yè)，要抓住機遇擴大生產規(guī)模，通過工藝改造不斷降低原料單耗，控制生產成本；同時在六氟磷酸鋰上游原料（如氫氟酸、碳酸鋰）產業(yè)鏈進行布置，會使六氟磷酸鋰生產企業(yè)更具有明顯的優(yōu)勢［17-18］。

5.2 六氟磷酸鋰后期價格趨勢

按照理論計算生產1 t 六氟磷酸鋰需要消耗基礎化工原料：氟化鋰0.1774 t，五氯化磷1.371 t，氟化氫0.79 t。按照2020年7 月份的原材料價格計算，生產1 t 六氟磷酸鋰需要的原料成本為3.5 萬元。目前生產1 t 六氟磷酸鋰實際消耗原料：LiF 0.18 t，收率為98%；五氯化磷1.6 t，收率為85%；HF 1.8 t，收率為35%［19-20］。按照現(xiàn)在的原材料價格計算，生產1 t 六氟磷酸鋰需要的原料成本為4.6 萬元。再加上人工費、直接制造費等費用2.1 萬元，生產1 t 六氟磷酸鋰的成本約為6.7 萬元。

生產六氟磷酸鋰要有一定的規(guī)模，要加強品質管理、 提高產品合格率，還得在生產工藝上進行改進，提高原料利用率、降低消耗。另外，要從氟化氫、碳酸鋰原料來源上進行控制，保證原料成本的先進性，這樣才能保持生產成本的穩(wěn)定性。后期，在原材料價格不會大幅度變化的情況下，六氟磷酸鋰的價格基本穩(wěn)定，約為8.5 萬元/t。

6 結論

新能源是全球發(fā)展的方向，鋰離子電池是新能源的一個重要方面。隨著技術的發(fā)展，鋰離子電池也在不斷進步，未來5 a 將會有一個大的發(fā)展，鋰離子電池產量將達到約800 GW·h/a，需求電解液將達到約90 萬t/a，消耗六氟磷酸鋰將達到約10 萬t/a。到2025年，若六氟磷酸鋰各生產企業(yè)如期擴產，加上有一定實力的生產企業(yè)加入，六氟磷酸鋰市場供需將基本平穩(wěn)，六氟磷酸鋰價格不會出現(xiàn)大幅度波動。