4680能量密度和電芯降本再下一城

1、4680 電池在能量密度、快充性能和生產(chǎn)降本維度再下一城4680 能量密度提升超過刀片電池和同體系方形高鎳電池4680 能量密度超過刀片電池和同體系方形高鎳電池。特斯拉 4680 電池是特斯拉在2020 年 9 月電池日上首次發(fā)布，2022 年 9 月特斯拉公告在加州的試點工廠生產(chǎn)了100 萬塊 4680 電池，將開始交付搭載4680 電池的 Model Y。4680 電池為直徑 46mm，高度 80mm 的圓柱電池，通過CTC 技術，單車搭載 960 顆 4680 電池即可達到系統(tǒng)能量密度超 200wh/kg，通過測算對比搭載刀片電池的比亞迪漢 EV 和搭載寧德時代 NCM811 方形電池的

2、大眾 ID.4 Crozz，可以看出在電芯能量密度上，特斯拉 4680 電池/刀片電池/590 模組的NCM811 電池分別為 304wh/kg、221wh/kg、228wh/kg，4680單體電芯能量密度超過刀片電池和高鎳方形電池；由于 CTC 技術取消電池包模組，在電池包重量和模組成組效率以及系統(tǒng)成組效率指標上均有提升，系統(tǒng)能量密度超過刀片電池和方形 NCM811 電池。比亞迪漢 EV特斯拉 Model Y大眾 ID.4 Crozz搭載電池刀片電池4680 圓柱方形 NCM811 電池電 芯 體 積1166.4132.95723.49單車裝載電178960288單車電池體0.2080.20

3、60.174額 定 電 壓3.23.63.6電 池 重 量20.3551.29額 定 容 量138.53081.79電芯帶電量0.440.110.3電芯能量密221.6308.6228單車帶電量78.89103.6884.8電池包重量356341372模組成組效89%93%91%系統(tǒng)成組效70%71%73%系統(tǒng)能量密155.12200.8151.4表 1：4680 圓柱、刀片電池和方形高鎳電池性能指標比較（cm ）芯（顆）積（m ）（V）（kg）（ah）（kwh）度（wh/kg）（kwh）（kg） 率（%）率（%）度（wh/kg）數(shù)據(jù)來源：汽車之家，中國電池網(wǎng)，公開資料整理，和 18650、2

4、170 相比能量密度進一步提升。4680 電池單體電芯容量 30Ah,相較 2170提高 6 倍，由于電池直徑和高度增大，單體電芯的重量僅增加 5 倍，在平臺電壓不變的情況下，4680 電池比 2170 電池能量密度提高 25%。1865021704860單體電芯容34.830標 稱 電 壓3.63.63.6單體電芯重4570350單體能量密240246.8308.6單車裝載電80004416960單車帶電量86.476.3103.68電池包重量360309336系統(tǒng)能量密240246.8308.5表 2：18650、2170、4680 圓柱電池性能指標比較量（Ah）（V）量（g）度（wh/k

5、g）芯（顆）（kwh）（kg）度（wh/kg）數(shù)據(jù)來源：汽車之家，中國電池網(wǎng)，公開資料整理，注：為統(tǒng)一變量，系統(tǒng)能量密度測算均未考慮模組成組效率和系統(tǒng)成組效率圓柱封裝更適合鋰電池向高能量密度延伸。圓柱電池的外殼多為鋼殼，相較于鋁殼，具有更強的抗沖擊性。根據(jù)預鍍鎳鋼殼在電池中的應用展望，4680 采用的預鍍鎳鋼殼可以減少鐵離子溶出，滾槽時不會有鎳粉掉入，提高電池安全性，在電池性能上，充放電壓穩(wěn)定，利于提高電池一致性。圖 1：刀片電池示意圖圖 2：特斯拉圓柱電池數(shù)據(jù)來源：中國電池網(wǎng)，數(shù)據(jù)來源：中國電池網(wǎng)，表 3：圓柱、軟包、方形電池比較方形電池軟包電池圓柱電池電池外殼鋁殼鋁塑膜鋼殼安全性高優(yōu)勢系統(tǒng)

6、能量密度高結構簡單穩(wěn)定性高劣勢尺寸及工藝不統(tǒng)一寧德時代、BYD、尺寸變化靈活度高 重量輕，能量密度高內阻小安全性高機械強度較低成組結構復雜成本較高成組靈活度高 工藝技術成熟產(chǎn)線標準化高成組后散熱難度大單體容量小主要企業(yè)三星 SDI松下、LGLG、SKI數(shù)據(jù)來源：鑫欏鋰電，矩大鋰電，公開資料整理，大圓柱的劣勢為阻抗大。從 2170 到 4680，體積增長 5 倍，單體電芯容量由 4.8ah 提高到30ah，單體電芯容量的提升6.25 倍，同時伴隨單體能量密度的提升。根據(jù)Thomas Waldmann 對三種電池形式的對比，方形和軟包電池由于極耳距離較近，通過集電箔的電子路徑分別為 138mm,7

7、4mm，而 2170 圓柱電池僅在卷繞的電極兩端，導致電子通過集電箔的路徑最長，為 922mm，因此在三種電池封裝形態(tài)中圓柱電池的電子阻抗最大。圖 3：圖表樣式數(shù)據(jù)來源：Thomas Waldmann 等A Direct Comparison of Polot-Scale Li-Ion Cells in the Formats PHEV1,Pouch, and 21700，全極耳增加電流通路，縮短電子傳導路徑，均勻電流密度，降低電池阻抗。電池中的阻抗主要分為電子導電阻抗和離子導電阻抗。電子阻抗是沿著金屬箔材產(chǎn)生的電阻，離子導電阻抗是從正極到負極穿過隔膜產(chǎn)生的阻抗，電子阻抗由于箔材導流面積小，通

8、常只有箔材的體積大小，因此電芯中大部分阻抗來源于電子阻抗，極耳也成為了電池中發(fā)熱較大的部件，而從正極到負極的離子阻抗由于距離較短，且導流面積大，因此離子阻抗較低。根據(jù)英國牛津大學的研究，4680 電池全極耳的設計基本消除了電子阻抗?？斐渌俾蔬M一步提升圓柱和方形更適合高速率快充，圓柱快充最高表面溫度低于方形。Thomas Waldmann對方形、圓柱和軟包電池在不同快充速率下的放電曲線進行模擬，結果顯示在 0.5C速率下三種電池格式放電曲線相似，在 3C 速率下，方形和圓柱在放電結束時顯示相同的容量，軟包電池則有所衰減。通過對不同放電倍率期間不同電池最高溫度的測量發(fā)現(xiàn)，方形電池在 3C 速度放電

9、時表面溫度最高達到 43C，其次為圓柱電池和軟包電池，3C 放電時表面溫度最高分別為 35C 和 28C。圖 4：2170 和 4680 電池充電曲線和時間關系數(shù)據(jù)來源：Thomas Waldmann 等A Direct Comparison of Polot-Scale Li-Ion Cells in the Formats PHEV1,Pouch, and 21700，充電效率迅速提升。特斯拉 4680 電池可以做到 15 分鐘充電至 80%，一般當 SOC達到 90%以上的時候，電池的內阻就會明顯上升，使得充電速率放慢。根據(jù) inside EVs，4680 電池在 SOC80%水平下，輸

10、入功率仍然可以維持 150kw。圖 5：2170 和 4680 電池充電曲線和時間關系數(shù)據(jù)來源：inside EVs，圖 6：2170 和 4680 電池充電曲線和充電狀態(tài)（SOC）數(shù)據(jù)來源：inside EVs，干電極和強一致性屬性利于標準化生產(chǎn)降低成本干電極技術（DBE）提升能量密度，適用于下一代材料體系和快充。干電池工藝不使用溶劑，而是將少量（約 5-8%）細粉狀 PTFE 粘合劑與正/負極粉末混合，通過擠壓機形成薄的電極材料帶，再將電極材料帶層壓到金屬箔集電體上形成成品電極。由于干電極工藝可以提高電極的壓實密度，有利于負極補鋰；不使用溶劑，以及生產(chǎn)工藝不需要涂料設備，節(jié)省烘干工藝成本，

11、整體成本可以做到更低；特斯拉的干電極技術源于 2019 年收購的超級電容公司 Maxwell，據(jù) Maxwell 介紹，其干電極技術能將電芯的能量密度提升至 300Wh/kg 以上，并且使生產(chǎn)能耗降低 10 倍。由于濕法成型工藝使用了溶劑，與粘結劑形成粘結劑層，活性炭整個顆粒被粘結劑層包圍，阻礙了活性炭顆粒之間以及與導電劑顆粒間的接觸，電極導電性差，而且電極中殘留的溶劑會與電解液發(fā)生副反應，導致超級性能下降，如容量降低、產(chǎn)生氣體、壽命衰減等。而干法成型工藝過程中不使用溶劑，粘結劑是以纖維狀態(tài)存在，活性炭顆粒之間以及與導電劑顆粒接觸更為緊密，電極密度大、導電性好、容量高。根據(jù) Hieu Duon

12、g 等人的研究，在 0.1C 倍率放電時，干濕電極均有 100%容量保持率，放電倍率升高時，濕電極容量保持率較干電極衰減較快。圖 7：干電極和濕電極在不同充電倍率下的容量保持率（%）120100806040200圖 8：NMP 國內現(xiàn)價（元）0.10.20.51Dry Coated Cathode-36mg/cm Dry Coated Cathode-36mg/cm2數(shù) 據(jù) 來 源 ： Hieu Duong et al. Dry Electrode Coating Technology，數(shù)據(jù)來源：，干電極節(jié)約鋰電溶劑，原材料降低約 2.4%。鋰電池溶劑 NMP 和正極的用量比例為 1：1，在

13、NCM811 體系下，正極比容量為 200mAh/g，單 GWh 正極耗量為 1364 噸，需 NMP1364 噸，國內現(xiàn)價為 4.2 萬元/噸，NMP 成本為 5728.8 萬元/GWh，在 60%回收條件下，約產(chǎn)生 2291.5 萬元/GWh 成本。不考慮加工及制造費用，8 系鋰電池原材料成本測算約 0.835 元/GWh，若使用干電極技術，NMP 成本節(jié)約 2.4%。表 4：干電極節(jié)省原材料成本指標正極比容量200mAh/g正極耗量1364 噸/GWhNMP 耗量1364 噸/GWhNMP 現(xiàn)價4.2 萬元NMP 回收率60%NMP 成本2291.5 萬元/GWh原材料總成本0.835

14、元/whNMP 占比2.4%數(shù)據(jù)來源：Wind，GGII，干電極工藝減少混料、干燥和溶劑回收環(huán)節(jié)，制造成本降低約 19.65%，能耗節(jié)約 49.03%。根據(jù) Argonne 國家實驗室的BatPac 模型計算鋰離子電池的制造成本模型，在鋰離子電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，涂布、干燥環(huán)節(jié)占整個制造成本比重為 14.96%，僅次于預充電和化成環(huán)節(jié)（32.61%），特斯拉的干電極工藝不需要混料設備投資及涂布、干燥及溶劑回收環(huán)節(jié)，制造環(huán)節(jié)成本節(jié)約 19.56%。在能耗環(huán)節(jié)中，溶劑回收由于需要長時間保持高溫，為能耗占比最高的環(huán)節(jié)（46.84%）。由于三元電池原料費用高，制造費用占比較低，但也超過 40%，磷酸鐵鋰電池

15、制造費用占比約 50%，4680 電池節(jié)約總成本約 7.8%；能耗占總生產(chǎn)成本約 3%左右，4680 節(jié)約總成本 1.4%，綜上在三元電池生產(chǎn)總成本中，4680 電池合計降本約 9.2%。表 5：鋰離子電池制造成本年均成本$占比能耗$/kwh占比混料73960007.91%0.110.83%涂布、干燥1398400014.96%0.181.36%溶劑回收42960004.6%6.2246.84%輥壓28490005.19%0.382.86%裁切28910003.09%0.715.35%電極真空干燥29900003.2%0.775.8%疊片或卷繞80860008.65%0.251.88%焊接68

16、640007.34%0.695.2%入殼、封口、注液1163600012.45%0.070.53%預充電、化成3048275032.61%3.929.37%合計9347475013.28數(shù)據(jù)來源：Argonne 國家實驗室，注：模型基于 67Ah 的 NCM622/石墨電池，工廠規(guī)模為 100000 個電池組/年圓柱電池歷史最久，46mm 直徑是兼顧能量密度和功率密度的最佳直徑，預計未來規(guī)劃化生產(chǎn)帶來圓柱電池的標準化。18650 鋰離子電池具有容量大、壽命長、安全性能高等特點，又因為體積小，重量輕，使用方便，深受消費者的青睞。隨著人們對 18650 電池技術研究的不斷加深，使得電池的一致性、安

17、全性都達到了非常高的水準。作為最早的鋰離子電池，18650 電池也是目前世界上最成熟、最穩(wěn)定的電池組合，至今仍然占據(jù)領先位置。我國每年生產(chǎn) 18650 電池約幾十億節(jié)，這一數(shù)據(jù)遠遠超出其他材料的電池。圓柱形電池的另一個好處是批量生產(chǎn)更簡單，卷繞機將隔膜和正負極卷繞的時候，可以自動化，尺寸單一如 18650，就可以做出同樣的尺寸，不同的容量配方的電池降低成本。圖 9：4680 和 2170 生產(chǎn)流程數(shù)據(jù)來源：中國電池網(wǎng)，圖 10：生產(chǎn)不同環(huán)節(jié)成本占比圖 11：生產(chǎn)不同環(huán)節(jié)能耗占比預充電、化成入殼、封口、注液焊接疊片或卷繞 電極真空干燥裁切輥壓溶劑回收涂布、干燥混料0.00% 10.00% 20.

18、00% 30.00% 40.00%預充電、化成入殼、封口、注液焊接疊片或卷繞 電極真空干燥裁切輥壓溶劑回收涂布、干燥混料0.00%10.00%20.00%30.00%40.00%50.00%占比占比數(shù)據(jù)來源：Argonne 國家實驗室，數(shù)據(jù)來源：Argonne 國家實驗室，高濃電解液適配高鎳正極，添加劑體系及比例同步變化4680 電解液用量減少，價值量提高4680 電池電解液用量減少到 245 噸/GWh。由于能量密度增加和圓柱電池體積容量較小，4680 電池電解液用量減少。根據(jù)理論電解液用量測算方式，電解液體積=正極片孔隙體積+負極片孔隙體積+隔膜孔隙體積，極片的孔隙體積=（每片極片涂層的長

19、寬厚）片數(shù)孔隙率，隔膜的孔隙體積=隔膜的面積厚度孔隙率?？紤]到除了電芯之外，殼體內部的空間還有沒有被填充的剩余空間，實際電解液量=所有孔隙體積+殘存電解液體積，硬殼電池殘存體積較多，實際電解液用量比理論值大很多，軟包電池內部剩余空間一般，殘存電解液量適量，圓柱電池內部空間利用率高，殘存電解液量少。圖 12：正極活性物質及其比容量、電壓圖 13：負極活性物質及其比容量、電壓數(shù)據(jù)來源：吳嬌楊等鋰離子電池和金屬鋰離子電池的能量密度計算，數(shù)據(jù)來源：吳嬌楊等鋰離子電池和金屬鋰離子電池的能量密度計算，圖 14：電池其他原材料體密度和面密度圖 15：不同電解液密度數(shù)據(jù)來源：吳嬌楊等鋰離子電池和金屬鋰離子電池

20、的能量密度計算，數(shù)據(jù)來源：中國電池網(wǎng)，殘存電解液用量的體積系數(shù) 1.4。理論上電解液只要填充掉電極和隔膜中所有的孔隙就可以，但是實際由于電極和隔膜之間仍然存在一定的間隙，電池實際需求的電解液量要大于 1。根據(jù)德國慕尼黑工業(yè)大學的 FlorianJ. Gnter 對電解體積系數(shù)從0.6-1.8 的實驗得出，注液量更多的情況下，電池在注液后高頻阻抗也下降的更多，但是當電解液與微孔體積比系數(shù)增加到 1 以上時，電解液量增加對于降低高頻阻抗就影響比較小，1.2 以上時無明顯變化，為了保證電池的性能和循環(huán)壽命，電池的注液量應該在 1.4 左右。4680 電池正負極涂布面積較 2170 增加 440%。由

21、于 4680 電池尺寸更大，正極和負極極片的長度和寬度都不同成都增加，2170 正極長度 86cm，寬度 6.3cm，4680 電池正極長度 432cm,寬度 7.3cm，正極整體涂布面積比 2170 增加 440%。表 6：不同圓柱正負極極片尺寸1865021704680正極寬度（cm）4.66.37.3正極長度（cm）6386432極片厚度（m）525560負極寬度（cm）66.57.5負極長度（cm）71.596450極片厚度（m）525560數(shù)據(jù)來源：中國電池網(wǎng)，4680 電池正負極能量密度高于 2170，單電芯電解液用量增加，單 GWh 電解液用量減少。4680 電池若采用 811

22、三元正極材料和硅碳石墨負極材料，材料的壓實密度與 5 系三元正極和石墨負極略有不同，通過不同材料的真實密度和壓實密度可以測算出正負極及隔膜的孔隙率，通過正負極和隔膜的孔隙體積進一步計算出電解液用量。由于 4680 電池體積較 2170 和 18650 大，因此 4680、2170、18650 電池主要材料的 孔隙體積分別為 15.06cm 、4.05cm 和 3.27cm 。4680、2170 和 18650 電池的額 定容量分別為 30Ah、4.8Ah、3Ah，因此單 GWh 對應電芯數(shù)量減少，電解液添加量 減少，分別為 246 噸、413 噸和 535 噸。表 7：不同圓柱電池電解液用量1

23、865021704680正極真實密度（g/cm ）4.654.654.65正極壓實密度（g/cm ）3.23.23孔隙率（%）31.18%31.18%35.48%負極真實密度（g/cm ）2.22.22.2負極壓實密度（g/cm ）1.31.71.31.71.551.65孔隙率（%）27.27%27.27%31.82%孔隙體積（cm ）3.274.0515.06體積比系數(shù)1.41.41.4電解液用量（cm ）4.585.6721.07注液系數(shù)（g/Ah）1.921.490.89電壓平臺(V)3.63.63.6電解液用量(噸/GWh)535413246數(shù)據(jù)來源：吳嬌楊等鋰離子電池和金屬鋰離子電池

24、的能量密度計算，注：2170 和 18650 電池測算假設正極材料為 NCM622，壓實密度取區(qū)間范圍中值電池性能要求不同對電解液的需求不同，電解液價格存在差異。三元電芯的高溫性能較差，安全性能較差，磷酸鐵鋰低溫充放電性能較差，正負極的性能劣勢都可以通過電解液的調整得到補償。對電壓平臺和電解液性能差異要求較高時，電解液價格可以達到 20 萬元/噸。根據(jù) wind 數(shù)據(jù)，2.2Ah 容量的三元圓柱和磷酸鐵鋰電解液目前均價在 8 萬元/噸左右，而高壓電解液目前均價為 11 萬元/噸。因此雖然用量減少，但 4680 電池電解液由于需要具備 15 分鐘 80%SOC 的快充性能和搭配硅基負極的要求，對

25、電解液的要求高于 2.2Ah 電池及普通磷酸鐵鋰電池。圖 16：三元和鐵鋰電池電解液價格（萬元/噸）數(shù)據(jù)來源：，表 8：不同電解液類型電導率和使用領域電解液電導率（S/cm）應用領域6mol/L KOH 水溶液電解質0.5氫鎳、鎘鎳電池5% H2SO40.8鉛酸電池液體電解質10-210-3固體電解質10-310-4數(shù)據(jù)來源：宋懷河等影響鋰離子電池高倍率充放電性能的因素，高濃電解液和氟化溶劑能有效提升高鎳電池性能提升能量密度要求提高電解液浸潤性和穩(wěn)定性。高能量密度的鋰離子電池，除了對其空間利用率的不斷優(yōu)化，提高電池正負極材料的壓實密度和克容量，使用高導電碳納米和高分子粘接劑來提高正極和負極活性

26、物質含量外，提升鋰離子電池的工作電壓也是增大電池能量密度的重要途徑之一。隨著能量密度提升，一般正負極的壓實密度都比較大，電解液浸潤性變差，保液量降低。低保液量會導致電池的循環(huán)和存儲性能變差。高倍率充放性能對電解質的要求：高電導率+高穩(wěn)定性。充放電過程鋰離子溫度升高會使得電解質發(fā)生分解，破壞電極表面 SEI 膜結構，影響電池的循環(huán)和安全性能。含 6F 的電解液在 70 攝氏度分解時釋放的PF6 氣體對 SEI 膜有破壞作用。核心是降低電解液在電極表面的反應活性、改善電極和電解液界面的相容性。圖 17：高鎳體系添加劑變化數(shù)據(jù)來源：公開資料整理，8 系和高鎳正極加速電解液分解，高濃度電解液助力高容量

27、 NCM811 電池。NCM811材料在脫鋰過程中表面會形成 Ni4+，Ni4+在較高的電壓下能催化電解液發(fā)生分解，引起電池脹氣及內阻增大，是造成電池性能衰退的重要原因。根據(jù) Maria. A,Philip 等人的研究，高濃電解液（HCE）和氫氟醚(HFEs)等添加劑來降低其粘度，可以有效提高電解液離子電導率，同時保持其熱力學穩(wěn)定性。通過比對稀電解液（1 M LiPF6 in 1:1 EC/EMC）和 HCE 電解液（5.5 M LiTFSI in DOL/DME/TTE），其熱重圖和電導率圖顯示，由于 HCE 鹽和溶劑分子之間的配位較高，HCE 具有比 LiPF6 基稀電解液更高的熱穩(wěn)定性，

28、稀 LiPF6 電解液在 60左右揮發(fā)，130-150進一步分解，當剩余的溶劑分子蒸發(fā)后，LiPF6 轉化為PF5 和 LiF。熱穩(wěn)定性順序為：溶劑稀溶液濃溶液鹽。但在在-15 53的溫度范圍內，HCE 的離子電導率更低，可能于 HCE較高的黏度有關。盡管離子電導率較低，但 HCE 電解液搭配NCM 正極后總電阻抗低于 6F 為溶質的電解液。圖 18：稀電解液和 HCE 電解液熱重圖圖 19：稀電解液和 HCE 電解液熱重圖數(shù)據(jù)來源：能源學人，數(shù)據(jù)來源：能源學人，圖 20：稀電解液和 HCE 電解液電導率圖圖 21：稀電解液和 HCE 電解液電導率圖數(shù)據(jù)來源：能源學人，數(shù)據(jù)來源：能源學人，酰胺

29、型鋰鹽相對 6F 有更強的溶解能力、耐水解能力和溫度穩(wěn)定性。由于 F-S 鍵相對更容易斷裂一點，而斷裂的氟對鋁箔有一定的保護作用，因此 LiFSI 對鋁箔進行腐蝕的開啟電位要高一些， 在 4.35V 以上；LiTFSI 對鋁箔進行腐蝕的開啟電位在 4.2V 左右。由于 LiFSI 和 LiTFSI 對鋁箔的腐蝕問題和較高的生產(chǎn)制造成本（LiTFSI溶解能力較強因此要求水分標準在 200ppm 一下），在實際使用中還是以 6F 搭配 LiFSI 和 LiTFSI 使用。表 9：電解液主要添加劑性能對比情況項目參數(shù)LiTFSILiFSILiPF6分解溫度10020080氧化電壓大于 5V4.5V5

30、V基礎物性溶解度電導率易溶中等易溶最高易溶較高化學穩(wěn)定性穩(wěn)定較穩(wěn)定差熱穩(wěn)定性好較好差低溫性能較好好一般電池性能循環(huán)壽命高高一般耐高溫性能好好差數(shù)據(jù)來源：EV-link、GGII、LiFSI 在 8 系三元正極體系電池中的添加量約為 1%-2%。由于 4680 電池的無極耳設計對電導率的要求較高，同時由于散熱問題對高溫性能要求也較高，在添加劑的使用量上，LiFSI 在 5 系三元電池中的添加比例通常為 0.5%，在 8 系三元電池中添加比例約為 1%-2%，如果負極材料要進一步向硅碳負極轉變，則 LiFSI 的添加量會上升到 4%-5%。表 10：LiFSI 在不同體系電池中的添加量5 系三元8

31、 系三元9 系三元硅碳負極添加量0.5%-1%1%-2%2.5%4%-5%數(shù)據(jù)來源：能源學人，用量提升各家擴產(chǎn)積極，未來 LiFSI 有望規(guī)?；a(chǎn)降低成本。LiFSI 相較于六氟磷酸鋰，其熱穩(wěn)定性高，分解溫度在 200C 以上，同時電導率也高于六氟磷酸鋰，由于其工藝復雜，技術門檻較高，康鵬科技招股書顯示，LiFSI 制造費用在總成本中的占比高達 5-6 成，人工占 1 成，而六氟磷酸鋰人工制造合計成本僅占總成本約 2成，由于 LiFSI 成本較高，一直未用作主要鋰鹽使用。隨著電池向快充和高能量密度升級，對 LiFSI 的用量提升有利于規(guī)模化降低生產(chǎn)成本。根據(jù) LiFSI 不同添加量的敏感度分

32、析，LiFSI 在添加量為 2%時，六氟磷酸鋰 25 萬價格水平下電解液成本為 5.82 萬元/噸，六氟磷酸鋰 20 萬價格水平下電解液成本為 5.27 萬元/噸，相比 0.5%LiFSI 添加量下的成本 5.6 萬元和 4.97 萬元，成本分別提高 4%和 6%。圖 22：LiFSI 添加量敏感度分析（單位：萬元/噸）數(shù)據(jù)來源：若添加量提升至 5%，預計未來 3 年保持供需緊平衡。目前電解液中 LiFSI 添加量平均仍為 2%左右，考慮假設 2023 年 4680 電池開始量產(chǎn)及硅碳負極滲透率提升， LiFSI 添加量提升至 5%，按目前廠商擴產(chǎn)規(guī)劃，名義產(chǎn)能和需求預計在未來 3 年保持緊平

33、衡。表 11：LiFSI 的產(chǎn)能及需求預測（單位：噸）2021202220232025天賜材料6300100006000060000多氟多160040000康鵬科技1700新宙邦24001000010000永太科技50015002000020000三美股份500合計125001720075600132200需求預計（假設2023-2025年5%添加量）105201451759147118869數(shù)據(jù)來源：各公司公告，圖 23：2022-2025LiFSI 供需情況預測（單位：噸）14000012000010000080000600004000020000020212022ELiFSI需求2023

34、ELiFSI名義產(chǎn)能2024E2025E數(shù)據(jù)來源：天賜材料公告、多氟多公告、新宙邦公告、永太科技公告，添加 LiTFSI 在快充倍率提高時可有效保持比容量。根據(jù) Wang Q 等的研究，添加 1mol/L 的LiTSFI 在 10C 充電倍率下的容量保持率為 50%（此時溶劑為 EC+DMC），在 AN 共溶劑下可以實現(xiàn)更高的鹽溶解度，添加 1mol/L 的 LiTFSI 在 20C 倍率下仍能保持 1C 倍率下 70%比容量。表 12：不同電解液電導率在不同充電倍率下的變化1C 時比容量（mah/g）10C 時比容量（mah/g）20C 時比容量（mah/g）EC+DMC, 1mol/L L

35、iTFSI155下降為 1C 時 50%/AN, 1mol/L LiTFSI155/下降為 1C 時 70%MPN, 1mol/L LiTSFI155/下降為 1C 時 70%數(shù)據(jù)來源：Wang Q 等3-methoxypropionitrile-based novel eldctrolytes for high power Li-ion batteries with nanocrystalline Li4Ti3O12 anode，氟化溶劑提升 NCM811/SiOx 體系電池性能研究表明 FEC 添加劑能夠有效的提升含 Si 負極的循環(huán)穩(wěn)定性。VC 和和 FEC 是目前用量最大的電解液添加劑

36、。電解液添加劑是生產(chǎn)鋰電池不可或缺的重要原材料，在鋰電池中質量分數(shù)占比約 5%。其中，碳酸亞乙烯酯（VC）和氟代碳酸乙烯酯（FEC）由于具備優(yōu)化 SEI 膜的成膜、降低低溫內阻、提升電池低溫性能等多種功能，目前仍是電解液中用量最大的常規(guī)添加劑。因為 FEC 先于碳酸酯類溶劑在負極表面形成薄且穩(wěn)定的 SEI 膜,抑制碳酸酯類溶劑的分解及 Si 負極的氧化。瑞士保羅謝爾研究所的Paul G. Kitza 和 Erik J. Berg 對 VC 和 FEC 在負極的成膜機理研究表明兩種添加劑能夠使得 SEI 膜的剪切存儲模量提升一倍，但是過量的 FEC 會增加界面的電荷交換阻抗。南方科技大學的 Yu

37、anyuan Kang 在負極含有 10%的 SiOx 的實驗電池電解液中添加適量的 FEC 來提升 NCM811/SiOx 體系電池在高溫下的循環(huán)穩(wěn)定性。在30%FEC 添加的電解液電池循環(huán) 100 次后，容量保持率為 83.3%，高于 5%FEC 添加比例的電池（67%）。測試結果同時顯示，由于 FEC 在負極表面形成的界膜更為致密，因此在添加 FEC 后導致電池的直流內阻增加，采用空白、5%FEC 和 30%FEC的電解液的電池的直流內阻分別為 85m、101m 和 112m，但是能夠顯著的抑制電池內阻在循環(huán)過程中的增加，在 45下循環(huán) 100 次后，采用三種電解液電池的內阻分別為 61

38、3m、501m 和 320m。圖 24：添加不同比例的 FEC 循環(huán) 100 次后電池容量保持率圖 25：初始直流內阻和循環(huán) 100 次后內阻數(shù) 據(jù) 來 源 ： Multifunctional Fluoroethylene Carbonate for Improving High Temperature Performance of LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2|SiOxGraphite Lithium-Ion Batteries,450400350300250200150100500Charge DCIRDiscarge DCIR數(shù) 據(jù) 來 源 ： Multifunctional

39、Fluoroethylene Carbonate for Improving High Temperature Performance of LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2|SiOxGraphite Lithium-Ion Batteries,添加 6%-8%FEC 的電解液表現(xiàn)出較好的綜合性能。根據(jù)范瑞娟等人對 FEC 電解液添加劑對硅碳負極體系電化學性能的影響的研究，以 SiC 復合材料( 比容量 600 mAh /g) 混合人造石墨為負極，高鎳三元正極材料( NCM) 為正極，以 EC + DMC + EMC( 其中EC + DMC + EMC 體積比 1 1 1) 為基礎電解液

40、，組裝成9Ah18650 圓柱電池，分別考察不同 FEC 添加量對電池化成、倍率、高低溫及循環(huán)測試的影響,結果表明，在 FEC 添加量超過 8%至 12%時，由于形成的 SEI 膜更致密，電池內阻增大，8%是最理想比例；進一步提高添加量時電池的首效也會衰減， 8%時添加性能最優(yōu)。表 13：不同添加劑性能比較VCFECPSDTD添 加 劑種類改 善 電池 功 能成膜添加劑，過充保護劑電極可逆容量和穩(wěn)定性、循環(huán)壽命、成膜添加劑、阻燃劑、鋰枝晶抑制劑能高低溫性能可提升電池高低溫優(yōu)點目前較為理想且廣泛應用的有機添加生成的 SEI 膜新能更好，具有多種功較早開始研究、成本低廉、有效抑制性能并解決脹氣問題

41、，逐漸替代有致劑能還可用作共溶劑電池產(chǎn)氣癌風險的 PS 添加劑電池容量、低溫性能、安全性能高溫型添加劑安全性能高溫型添加劑高低溫性能VC 衍生的高阻抗界面膜會阻礙電池劣勢高倍率傳輸，從而降低倍率性能導致庫倫效率降 低，影響電池循環(huán)壽命具有毒性和致癌風險，應用在歐盟受限價格較高數(shù)據(jù)來源：立鼎產(chǎn)業(yè)研究網(wǎng)，F(xiàn)EC 預計 2024 年開始供需錯配。假設 FEC 添加量從 2%提升至 6%-8%，預計從 2024 年開始 FEC 需求超過名義產(chǎn)能，出現(xiàn)供需錯配。FEC 的原材料 EC 產(chǎn)能的擴產(chǎn)周期在 1-1.5 年，若對化工環(huán)保、安全趨嚴，環(huán)評周期拉長將進一步拉長擴產(chǎn)周期。圖 26：FEC 預計需求量

42、和規(guī)劃產(chǎn)能（單位：噸）5000045000400003500030000250002000015000100005000020212022E2023E2024E2025EFEC需求FEC名義產(chǎn)能數(shù)據(jù)來源：華盛鋰電招股說明書、天賜材料公告、永太科技公告，4680 電解液體系主要企業(yè)分析天賜材料-LiFSI 布局規(guī)劃領先天賜材料 LiFSI 擴產(chǎn)規(guī)模位居前列。公司 2020 年有 2300 噸 LiFSI 產(chǎn)能，同時 2020年非公開發(fā)行股票募投年產(chǎn) 2 萬噸電解質基礎材料及 5800 噸新型鋰電解質項目于2021 年 12 月底完成了生產(chǎn)設備的安裝，并取得了試生產(chǎn)許可證。其中，年產(chǎn) 2 萬噸電解質基礎材料裝置及年產(chǎn) 4000 噸 LiFSI 裝置達到穩(wěn)定生產(chǎn)狀態(tài)，2021 年底擁有 LiFSI 年產(chǎn)能 6300 噸。遠期規(guī)劃南通天賜建設 LIFSI 產(chǎn)能 2 萬 t/a、九江天賜建設 LIFSI 產(chǎn)能 3 萬 t/a。在 LiFSI 原材料端，2021 年 6 月，天賜材料公告擴產(chǎn) 6 萬噸雙氟磺酰亞胺（H