2022年LiFSI(雙氟磺酰亞胺鋰)上游工藝、成本及原料供給現(xiàn)狀

2022年LiFSI(雙氟磺酰亞胺鋰)上游工藝、成本及原料供給現(xiàn)狀一、LiFSI(雙氟磺酰亞胺鋰)產(chǎn)業(yè)概述鋰電池電解液主要由溶劑、添加劑和鋰鹽三部分組成。鋰鹽方面而言，目前首選六氟磷酸鋰，其實(shí)際優(yōu)秀的導(dǎo)電率、穩(wěn)定性和環(huán)保優(yōu)點(diǎn)是使用的關(guān)鍵原因，但仍存在熱穩(wěn)定性差、易分解、最終產(chǎn)品氟化氫(高溫下影響電池性能)、低溫易結(jié)晶等問題。LiFSI的氟離子有很強(qiáng)的吸電子性，鋰鹽的陰陽離子間配位作用弱、活性強(qiáng)，具備的較高的穩(wěn)定性和導(dǎo)電性能，相較六氟磷酸鋰，具備導(dǎo)電率高、水敏感度低、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)勢(shì)。LiFSI(雙氟磺酰亞胺鋰)產(chǎn)業(yè)地位LiFSI雖然性能更加優(yōu)越，但高昂的生產(chǎn)成本在一定程度上阻礙了其市場(chǎng)的擴(kuò)展。新型鋰鹽LiFSI可解決六氟短板，有望與六氟共同成為主流鋰鹽。LiFSI相較六氟在穩(wěn)定和導(dǎo)電等方面優(yōu)勢(shì)，可整體提升鋰電池多種環(huán)境的適應(yīng)能力，尤其是隨著主要增長(zhǎng)動(dòng)力來源新能源汽車動(dòng)力電池高鎳化、高電壓化趨勢(shì)，LiFSI正在成為眾多電池和電解液企業(yè)的新選項(xiàng)，盡管LiFSI對(duì)鋁箔產(chǎn)生腐蝕較高，但通過添加劑可以解決，未來LiFSI有望成為下一代電解液主流鋰鹽。主要鋰鹽的性能比較資料來源：公開資料整理高昂的成本和價(jià)格是LiFSI發(fā)展的關(guān)鍵阻礙，當(dāng)前產(chǎn)品主要限制于技術(shù)和環(huán)保問題。但是近年來隨著國內(nèi)主要企業(yè)持續(xù)開發(fā)和產(chǎn)能擴(kuò)張，整體技術(shù)的不斷成熟，疊加產(chǎn)品規(guī)?；瘞淼倪呺H效應(yīng)，LiFSI的經(jīng)濟(jì)性開始顯現(xiàn)。從LiFSI價(jià)格可見一斑，數(shù)據(jù)顯示，我國LiFSI價(jià)格從2017年的單噸價(jià)格70萬下降至2022年8月底的35萬元/噸左右而六氟磷酸鋰在2021年中旬受產(chǎn)業(yè)整體供需偏緊，價(jià)格一度高漲至60萬元/噸，后續(xù)供需逐步達(dá)成新平衡，截止2022年10月末價(jià)格仍在30萬元/噸左右，與LiFSI價(jià)格差距已整體較小。隨著價(jià)格下降，LiFSI正在從添加劑角色升級(jí)為單獨(dú)使用。數(shù)據(jù)顯示，頭部電池企業(yè)的LiFSI添加比例約為0.5%-3%，部分企業(yè)添加LiFSI的主流配方已經(jīng)提升至3%-6%。隨著4680大圓柱電池和寧德時(shí)代麒麟電池對(duì)整體鋰鹽要求提升，整體LiFSI使用比例將持續(xù)提升。2017-2022年8月LIFSI價(jià)格變動(dòng)情況2022年全球LiFSI專利數(shù)量分布情況2016-2022年10月中國六氟磷酸鋰價(jià)格走勢(shì)圖二、成本、技術(shù)工藝分類及優(yōu)勢(shì)隨著LiFSI市場(chǎng)認(rèn)可和需求持續(xù)增長(zhǎng)，技術(shù)領(lǐng)域突破需求帶動(dòng)專利數(shù)量快速增長(zhǎng)。當(dāng)前國內(nèi)國內(nèi)多家企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)開始儲(chǔ)存新型制備技術(shù)，通過縮短工藝流程、降低原材料單耗等方式對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)，推動(dòng)LiFSI進(jìn)一步降本增效，加速LiFSI使用比例提升。專利數(shù)量變動(dòng)情況而言，隨著全球和國內(nèi)相關(guān)企業(yè)和機(jī)構(gòu)研發(fā)投入持續(xù)增長(zhǎng)，專利公開量持續(xù)增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)顯示，2022年LiFSI專利公開數(shù)量達(dá)新高，為454個(gè)，國內(nèi)而言，截止2022年11月初，中國大陸總共有1041個(gè)專利數(shù)量，占比全球2072個(gè)一半以上。2017-2022年全球LiFSI專利申請(qǐng)及公開數(shù)量變動(dòng)注：2022年截止11月9日注：2022年截止11月9日LiFSI因其良好結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電化學(xué)性能等優(yōu)異性能，由于其提純、合成難度較大、排污處理難，導(dǎo)致其成本較高。LiFSI按照合成步驟可分為三步法和兩步法(硫酰氟法)，現(xiàn)以兩步法為主。三步法合成過程可分雙氯磺酰亞胺的合成(氯化)、氟化、鋰化三個(gè)主要步驟及后續(xù)的過濾洗滌等非關(guān)鍵步驟，主要原料包括氯磺酸、氯化亞砜、氨基磺酸、氯磺酰異氰酸(通過氨基磺酸和光氣等制備而成)、三氯化硫等，氟化過程一般用氟化鹽、氫氟酸(氟化氫)等；而兩步法(硫酰氟法)跳過氯化過程，以硫酰氟及氮化鋰為原料直接得氟化中間品雙氟磺酰亞胺(HFSI)，目前采用該法生產(chǎn)企業(yè)較少。鋰化過程一般用堿性鋰或鹵化鋰。三步法LIFSI基本流程示意圖LiFSI工藝分類及所需原料示意圖三步法包括多種不同原料的生產(chǎn)方法包括以氨基磺酸、氯化亞砜、氯磺酸為原料；以氯磺酸、氯磺酰異氰酸為原料；以氯磺酸、三氧化硫和三聚氰氯等原料等多種工藝，按照企業(yè)的工藝改進(jìn)和原料配比方式，不同企業(yè)原料使用之間仍有差距，如天賜材料在降本方面以三氧化硫替代氯磺酸以降本。就氨基磺酸路線工藝而言，整體原料成本占比較高，其中堿性鋰受鋰礦整體價(jià)格持續(xù)高漲，雖整體使用量相較氨基磺酸、氯磺酸和氯化亞砜等較少，但整體成本占比影響最大，相較氯磺酰異氰酸路線，氨基磺酸路線中氨基磺酸等原料可得性強(qiáng)，受上游非鋰產(chǎn)品限制較小。中國制備LiFSI氨基磺酸路線成本結(jié)構(gòu)占比制備LiFSI氨基磺酸路線異氰酸酯路線原料氯磺酰異氰酸酯一般由氯化氰和三氧化硫反應(yīng)得到，原材料行業(yè)規(guī)模相對(duì)較小，且氯磺酰異氰酸酯單價(jià)更高，制備反應(yīng)條件苛刻，制備需要加入光氣，光氣作為第三類監(jiān)控化學(xué)品，我國對(duì)光氣控制極嚴(yán)，光氣生產(chǎn)資質(zhì)獲取難，擴(kuò)產(chǎn)受限，后期大規(guī)模投產(chǎn)后光氣生產(chǎn)資質(zhì)將使氯磺酰異氰酸酯價(jià)格繼續(xù)承壓。就異氰酸酯路線成本結(jié)構(gòu)而言，相較氨基磺酸整體環(huán)保費(fèi)用占比較高，制作費(fèi)用和人工之間差距較小，但整體鋰化原料成本仍是主要成本影響因素。對(duì)比天賜材料(氨基磺酸路線)和多氟多(異氰酸酯路線)原料和溶劑的進(jìn)入產(chǎn)品量、循環(huán)量以及進(jìn)入三廢量整體利用率均高于94%，部分原料單程轉(zhuǎn)化率仍有提升空間，改進(jìn)后可降低成本。中國制備LiFSI氯磺酰異氰酸酯路線成本結(jié)構(gòu)占比資料來源：公開資料整理制備LiFSI氯磺酰異氰酸酯路線兩步法(硫酰氟法)相較三步法整體工藝步驟省去了氯化環(huán)節(jié)，但對(duì)于工藝、溫度等相關(guān)要求更為苛刻，如在溫度方面硫酰氟法在進(jìn)料時(shí)通常要求低于室溫，反應(yīng)過程中的溫度一般維持在25℃左右。但是，它的反應(yīng)會(huì)釋放大量熱量，且形成固體鹽，難以迅速將熱量傳遞出來，整體工藝控制難度高。原料主要為硫酰氟、六甲基二硅氮烷、氮化鋰等，其中間產(chǎn)品與三步法同為雙氟磺酰亞胺。目前國內(nèi)硫酰氟法整體應(yīng)用企業(yè)較少，天賜材料(原料為六甲基二硅氮烷)和多氟多(原料為氮化鋰)具備專利儲(chǔ)備。制備LIFSI硫酰氟法路線示意圖2.3降本目前LiFSI制備工藝已相對(duì)成熟，龍頭企業(yè)收率基本在95%以上，成本和價(jià)格是阻礙產(chǎn)業(yè)規(guī)模化替代的關(guān)鍵因素。為提升產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和提升利潤水平，國內(nèi)LiFSI主要廠商持續(xù)擴(kuò)產(chǎn)同時(shí)改進(jìn)工藝。按照降本方式，主要可分為三類別，一是氯化和氟化環(huán)節(jié)通過更換原料或修改配比提升收率、利用率或降低環(huán)保費(fèi)用，如采用氟氣或無水氟化氫作為強(qiáng)氧劑進(jìn)行氟化并實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)，降低氟化成本，凱盛新材雙氯磺酰亞胺的合成原材料直接采用三氧化硫，而非使用氯磺酸，可以有效減少氯化氫廢氣的排放，降低環(huán)保成本；二是副產(chǎn)品無害化處理并梯級(jí)回收，降低生產(chǎn)成本，如天賜材料回收副產(chǎn)二氧化硫省環(huán)保費(fèi)用，回收副產(chǎn)氯化氫省制備二氯亞砜外購費(fèi)用；三是規(guī)模化生產(chǎn)后能夠進(jìn)一步降本增效，數(shù)據(jù)顯示，隨著LiFSI規(guī)?；掷m(xù)推動(dòng)，單產(chǎn)制造費(fèi)用可大幅度降低。LIFSI制備規(guī)?；杀咀儎?dòng)簡(jiǎn)單測(cè)算資料來源：公開資料整理三、細(xì)分企業(yè)技術(shù)工藝和原料對(duì)比國內(nèi)外已有企業(yè)生產(chǎn)并銷售LiFSI，但整體規(guī)模不大，截止2021年產(chǎn)能約為1.164萬噸，隨著需求帶動(dòng)產(chǎn)能快速擴(kuò)張，截至2022年8月底全球產(chǎn)能合計(jì)約2.26萬噸。其中有6家產(chǎn)能在千噸以上，行業(yè)集中度高，CR3=80%，其中寧德時(shí)代控股子公司時(shí)代思康產(chǎn)能最大。根據(jù)各公司環(huán)評(píng)公示統(tǒng)計(jì)，大部分產(chǎn)能采用以氯化亞砜為原料的氯磺酸法。受限于產(chǎn)能規(guī)模、產(chǎn)能爬坡等因素影響，目前僅天賜材料出貨量最高，多氟多、新宙邦、康鵬科技均有出貨，呈現(xiàn)“一超多強(qiáng)”競(jìng)爭(zhēng)格局。根據(jù)各家公司公告顯示，無論是已經(jīng)掌握技術(shù)的“老玩家”，還是新建項(xiàng)目的“新玩家”，紛紛加速產(chǎn)能布局，預(yù)計(jì)2025年前可投產(chǎn)，規(guī)劃總產(chǎn)能約20萬噸。截至2021年全球LIFSI主要企業(yè)產(chǎn)能分布情況就全球主要LiFSI制備企業(yè)專利布局現(xiàn)狀而言，日本觸媒在2009年就開始研發(fā)LiFSI工業(yè)合成方法，不僅在專利上布局最早，也仍在不斷優(yōu)化合成工藝，另外法國阿科瑪和韓國天寶整體布局也較高，氟化環(huán)節(jié)相較國內(nèi)整體以氟化氫為主，國際企業(yè)更加多元化，其中氟化銨和雙氯磺酸亞胺的反應(yīng)為液相反應(yīng)，相對(duì)于氣-液兩相反應(yīng)更容易進(jìn)行，耗時(shí)短但需額外提純，另外在氟氣和其他氟化鹽上均有專利。國內(nèi)來看，整體氯化環(huán)節(jié)以三步法為主，硫酰氟專利天賜材料和多氟多各有布局，但整體應(yīng)用水平較低，鋰化環(huán)節(jié)主要以堿性鋰為主。隨著市場(chǎng)對(duì)新型鋰鹽關(guān)注度的提升，大量企業(yè)加碼布局，國內(nèi)企業(yè)在相關(guān)步驟持續(xù)加強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力，加速降本趨勢(shì)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。目前主要企業(yè)在LiFSI合成領(lǐng)域的專利布局目前已有的LiFSI項(xiàng)目大多包含大量其他材料的制造，因此制造費(fèi)用和人工成本較難通過環(huán)評(píng)報(bào)告直接獲得。我們通過類比法，假定同類LiFSI技術(shù)路線的制造費(fèi)用和人工成本相等，再結(jié)合各家環(huán)評(píng)報(bào)告披露的原材料成本測(cè)算目前部分LiFSI企業(yè)的制造成本。根據(jù)公司LiFSI環(huán)評(píng)報(bào)告，其工藝路線多個(gè)環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化效率可超過95%，憑借自身原料高轉(zhuǎn)化利用率的工藝優(yōu)勢(shì)可以極大程度的控制生產(chǎn)成本。國內(nèi)主要LiFSI企業(yè)生產(chǎn)成本對(duì)比以2022年8月底LiFSI均價(jià)35萬元/噸測(cè)算，當(dāng)前天賜材料和多氟多毛利率占比超50%以上，福特電池毛利率45%以上。主要原因?yàn)樘熨n材料和多氟多技術(shù)研發(fā)和專利整體水平較高，原料降本明顯。中國主要LiFSI企業(yè)生產(chǎn)成本利潤對(duì)比四、原料供給和競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)狀1、氯化亞砜就氧化亞砜原料供給現(xiàn)狀而言，數(shù)據(jù)顯示，目前我國氧化亞砜成本結(jié)構(gòu)中，直接材料占比超86%，液氯、硫磺和二氧化硫分別占比43.7%、11.2%和14.9%，近年來液氯價(jià)格整體波動(dòng)棉線，從2020年的每噸850元左右增長(zhǎng)至2022年4月的每噸1400元以上，二季度和三季度持續(xù)下降，主要原因是氯氣屬于聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)品的同時(shí)屬于?；罚\(yùn)輸和儲(chǔ)運(yùn)復(fù)雜，供需背景持續(xù)變化背景下，價(jià)格波動(dòng)明顯；硫磺價(jià)格從2020年年初的每噸503元增長(zhǎng)到2022年6月的3600元左右，隨后整體需求持續(xù)偏弱，價(jià)格下降至千元左右。截止2022年上半年國內(nèi)氧化亞砜整體產(chǎn)能達(dá)約57萬噸左右，相較當(dāng)前整體需求量存在過?？赡?，主要受整體市場(chǎng)預(yù)期看好，主要企業(yè)持續(xù)擴(kuò)產(chǎn)，行業(yè)利潤整體持續(xù)下行，供給企業(yè)來看，CR3占比超50%，整體產(chǎn)能集中度較高。氯化亞砜工藝流程簡(jiǎn)圖2021年中國氧化亞砜成本結(jié)構(gòu)占比情況2、氯磺酸氯磺酸是一種無機(jī)化合物，化學(xué)式為ClHSO3，主要用于制造磺胺藥物、糖精和制造染料中間體的磺化劑，也用于制造農(nóng)藥、洗滌劑、離子交換樹脂、塑料等，軍事上用作煙幕劑。氯磺酸供給現(xiàn)狀而言，當(dāng)前國內(nèi)氯磺酸整體供給水平較高，整體分散，供給企業(yè)數(shù)量20家以上，上游重要原料硫磺進(jìn)口依賴程度高，一定程度導(dǎo)致價(jià)格波動(dòng)明顯，2021-2022年受整體產(chǎn)業(yè)預(yù)期需求大增長(zhǎng)價(jià)格增長(zhǎng)明顯，一度超過3500元/噸。進(jìn)出口變動(dòng)而言，我國氯磺酸以出口為主，2017年以來出口持續(xù)增長(zhǎng)，2021年達(dá)4157.6噸，2022年1-8月出口2965.5噸，出口均價(jià)增長(zhǎng)明顯，進(jìn)口來看，2017年以來我國氯磺酸進(jìn)口數(shù)量極少，僅2021年進(jìn)口15千克。2017-2022年8月中國氯磺酸進(jìn)出口變動(dòng)情況2021年6月-2022年10月氯磺酸價(jià)格變動(dòng)情況3、氨基磺酸氨基磺酸是一種硫酸的羥基被氨基取代而形成的無機(jī)固體酸，化學(xué)式為NH2SO3H，可用于合成除草劑、防火劑、甜味劑、防腐劑、金屬清洗劑等，其原材料主要是尿素和發(fā)煙硫酸,尿素作為大宗化學(xué)品易得性較強(qiáng),發(fā)煙硫酸行業(yè)規(guī)模則相對(duì)較小。就整體供需現(xiàn)狀而言，隨著除草劑、甜味劑等下游需求持續(xù)帶動(dòng)，我國氨基磺酸產(chǎn)量持續(xù)增長(zhǎng)，截止2021年產(chǎn)量已超過10萬噸，凈出口量約0.3萬噸左右。2015-2021年中國氨基磺酸產(chǎn)需變動(dòng)情況氨基磺酸價(jià)格變動(dòng)而言，2021年以來受整體需求增長(zhǎng)和LIFSI預(yù)期需求帶動(dòng)，產(chǎn)業(yè)景氣度持續(xù)增長(zhǎng)，帶動(dòng)企業(yè)開工率和價(jià)格持續(xù)增長(zhǎng)，2022下半年以來，市場(chǎng)需求不及預(yù)期，整體產(chǎn)業(yè)價(jià)格回落速度較快。2022年1-11月中國氨基磺酸價(jià)格走勢(shì)圖4、碳酸鋰和氫氧化鋰就碳酸鋰供需而言，隨著下游消費(fèi)電子和新能源汽車燈行業(yè)需求持續(xù)增長(zhǎng)，我國碳酸鋰需求逐年增長(zhǎng)。根據(jù)數(shù)據(jù)，2021年產(chǎn)量達(dá)24萬噸，增長(zhǎng)明顯，且整體產(chǎn)量仍供不應(yīng)求，導(dǎo)致市場(chǎng)價(jià)格飆升。需求大增，國內(nèi)碳酸鋰供給已經(jīng)無法滿足全部需求，2021年上半年由于智利海運(yùn)短暫中斷導(dǎo)致國內(nèi)碳酸鋰進(jìn)口量大減，整年來看進(jìn)口量小幅度增長(zhǎng)，需求小幅度下降主要價(jià)格高漲影響。2015-2022年8月中國氫氧化鋰產(chǎn)需變動(dòng)情況就碳酸鋰供需而言，隨著下游消費(fèi)電子和新能源汽車燈行業(yè)需求持續(xù)增長(zhǎng)，我國碳酸鋰需求逐年增長(zhǎng)。根據(jù)數(shù)據(jù)，2021年產(chǎn)量達(dá)24萬噸，增長(zhǎng)明顯，且整體產(chǎn)量仍供不應(yīng)求，導(dǎo)致市場(chǎng)價(jià)格飆升。需求大增，國內(nèi)碳酸鋰供給已經(jīng)無法滿足全部需求，2021年上半年由于智利海運(yùn)短暫中斷導(dǎo)致國內(nèi)碳酸鋰進(jìn)口量大減，整年來看進(jìn)口量小幅度增長(zhǎng)，需求小幅度下降主要價(jià)格高漲影響。2017-2022年8月中國碳酸鋰產(chǎn)需及進(jìn)出口變動(dòng)情況2021年開始，受益新能源汽車動(dòng)力電池快速發(fā)展，碳酸鋰和氫氧化鋰等堿性鋰整體供不應(yīng)求，市場(chǎng)價(jià)格快速增長(zhǎng)，到了2022年10月的現(xiàn)在經(jīng)歷三次價(jià)格爬坡之后價(jià)格已達(dá)到每噸50萬元以上，增長(zhǎng)幅度巨大。目前整體供求關(guān)系仍未改變，整體供給仍然有限，預(yù)計(jì)中短期內(nèi)碳酸鋰價(jià)格仍將處于高位。2019年-2022年10月中國碳酸鋰和氫氧化鋰價(jià)格走勢(shì)全球鋰資源儲(chǔ)量主要集中在南美鋰三角(玻利維亞、智利、阿根廷)占比約56.0%，中國占比5.7%位列第六，資源量較為豐富。從供應(yīng)量上看，2021年全球鋰資源供給量約為10萬噸。目前全球鋰產(chǎn)業(yè)受限于澳洲過高的資源供給集中度。2021年全球74%的鋰用于下游電池生產(chǎn)，受益我國新能源汽車產(chǎn)銷量大增，鋰資源需求大增，供給持續(xù)偏緊，是下游堿性鋰價(jià)格高漲的主要原因。2015-2021年全球鋰礦產(chǎn)量變動(dòng)情況5、氫氟酸根據(jù)純度及應(yīng)用領(lǐng)域，氫氟酸分為工業(yè)級(jí)氫氟酸和電子級(jí)氫氟酸。工業(yè)級(jí)由酸級(jí)螢石精粉及硫酸制備，受到嚴(yán)格管控與限制，而電子級(jí)氫氟酸逆勢(shì)而上。就國內(nèi)氫氟酸供給現(xiàn)狀而言，2015年后產(chǎn)能部分出清后產(chǎn)需仍處于供過于求，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2021年我國氫氟酸產(chǎn)量約為165萬噸，產(chǎn)能利用率相較2020年提升明顯，達(dá)60%以上，加之行業(yè)整體出口量有限，2021年出口量為24.6萬噸(未包括電子級(jí))，國內(nèi)高端電子氫氟酸產(chǎn)能約24萬噸左右且整體生產(chǎn)能力較低，市場(chǎng)集中度較高。2018-2022年8月電子級(jí)氫氟酸進(jìn)出口數(shù)量變動(dòng)情況氫氟酸價(jià)格價(jià)格變動(dòng)而言，2021年受整體制冷劑替代需求和動(dòng)力電池大增帶動(dòng)新型鋰鹽需求增長(zhǎng)影響，產(chǎn)業(yè)景氣度持續(xù)增長(zhǎng)，價(jià)格持續(xù)高漲，一度在年底價(jià)格超14000元/噸，2022年以來受整體需求偏弱且產(chǎn)業(yè)供給增長(zhǎng)，價(jià)格持續(xù)回落。2019-2022年10月中國氫氟酸價(jià)格變動(dòng)情況6、碳酸二甲酯(DMC)就碳酸二甲酯(DMC)整體供需現(xiàn)狀而言，數(shù)據(jù)顯示，2021年我國DMC產(chǎn)能達(dá)125.6萬噸，同比2020年增長(zhǎng)35.6%，其中30萬噸來源于華魯恒升的乙二醇技改。DMC按照純度要求可分為工業(yè)級(jí)和電池級(jí)，工業(yè)級(jí)純度要求99.9%，電池級(jí)DMC純度要求達(dá)到99.99%甚