摘要：電解液作為鋰電池的“血液”，具有重要的作用，是鋰電池正常運行必不可少的一部分。隨著電池性能的提高，電解液也面臨著技術(shù)的升級和產(chǎn)品的進(jìn)階，其重點研發(fā)方向就在于對電解液原材料的優(yōu)化，同時高端動力電池市場的不斷擴(kuò)大，電解液的定制能力也將成為未來行業(yè)發(fā)展的主要競爭力。

      電解液主要由機(jī)溶液、鋰鹽溶質(zhì)和添加劑按照一定比例配制而成。溶質(zhì)是電解液性能的關(guān)鍵材料，目前商業(yè)化電解液使用的溶質(zhì)主要為六氟磷酸鋰；有機(jī)溶劑可選擇范圍較廣，主要采用碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸丙烯酯（PC）等；添加劑則主要根據(jù)電池用途選擇性添加，主要有阻燃添加劑、穩(wěn)定添加劑、除酸除水添加劑等。未來隨著技術(shù)進(jìn)步和研發(fā)的深入，電解液在原材料方面也將會擁有更多的選擇。
      電解液工藝較為簡單 核心競爭是配方和定制
      電解液的加工工藝并不復(fù)雜，主要是對生產(chǎn)過程中的精細(xì)化控制，其生產(chǎn)工藝主要包括六氟磷酸鋰的制備、溶劑的提純、原材料的混合、灌裝及后處理。

圖1 電解液制備工藝流程

（資料來源：中信證券研究部）

      由于電解液的加工工藝并不存在太大壁壘，或者說主要壁壘已被逐漸攻破，目前產(chǎn)品的主要競爭就存在于原材料的配方和不同鋰電池電解液的定制。由于鋰電池所應(yīng)用場景的不同，其所使用的電解液成分配比也不盡相同。不同的電解液配方也對應(yīng)著不同的使用效果，有耐低溫型電解液、高能量密度型電解液、高容量型電解液及穩(wěn)定型電解液等，不同生產(chǎn)廠家都擁有著多種電解液的配方，以滿足不同的市場需求。同時隨著三元電池等高端電池的崛起，電解液定制也成為新的發(fā)展方向。針對高端電池一般是電池廠家先設(shè)計正負(fù)極的用料及配比，再根據(jù)其性能制作相應(yīng)的電解液配方，來實現(xiàn)電池最佳的性能。
      目前國內(nèi)外各大電解液廠商都在積極布局電解液定制業(yè)務(wù)，并與下游電池廠家達(dá)成直接供應(yīng)給關(guān)系，搶占市場份額。我國的電解液生產(chǎn)廠家如天賜材料、新宙邦、杉杉股份、國泰華榮等都與電池廠家建立了電解液定制商業(yè)合作關(guān)系，且業(yè)務(wù)占比逐增加。未來隨著高端動力電池市場進(jìn)一步擴(kuò)大，電解液的定制也將成為新的風(fēng)口。
      傳統(tǒng)鋰鹽技術(shù)較為成熟 新型鋰鹽性能更為優(yōu)越
      電解液的溶質(zhì)是鋰離子傳導(dǎo)的主體，也是電解液最重要的組成部分，成本占到電解液的50%左右，對電解液的價格有較大影響。溶質(zhì)主要由各類鋰鹽組成，一般具有易解離、易溶于有機(jī)溶劑且離子傳導(dǎo)效應(yīng)佳等特點。目前市場主要應(yīng)用的鋰鹽為六氟磷酸鋰（LiPF6），其技術(shù)已經(jīng)相對成熟。六氟磷酸鋰的制備工藝方法較多，有氣固反應(yīng)法、氟化氫溶劑法、有機(jī)溶劑法和離子交換法等，目前市場主要采取氫氟酸溶劑法，其生產(chǎn)的六氟磷酸鋰是晶體狀。此外，還有一種液態(tài)六氟磷酸鋰制備工藝在行業(yè)內(nèi)也有較多應(yīng)用，液態(tài)六氟磷酸鋰的反應(yīng)在電解液溶劑 DEC/DMC 中進(jìn)行，所得到液體六氟磷酸鋰可以直接用于制造電解液，省去了結(jié)晶和溶解過程，生產(chǎn)流程更加連貫。
      然而電池性能的不斷提升也對電解液提出了更高的要求，傳統(tǒng)六氟磷酸鋰溶質(zhì)電解液已不能完全滿足市場的需求，電解液廠家也開始尋求性能更加高效的新型鋰鹽溶質(zhì)。目前新型溶質(zhì)替代研究剛剛起步，但已經(jīng)受到了行業(yè)的廣泛關(guān)注，尤其是新型鋰鹽雙氟磺酰亞胺鋰（LiFSI），其與傳統(tǒng)六氟磷酸鋰（LiPF6）鋰鹽相比具有更高的穩(wěn)定性和更佳的電導(dǎo)率，有望成為高比能電池電解液的替代品。
      目前行業(yè)對于雙氟磺酰亞胺鋰的研究還處于初級階段，主要與六氟磷酸鋰混合使用，但其對于鋰電池性能的提升已顯而易見。在現(xiàn)有的產(chǎn)品中添加了雙氟磺酰亞胺鋰的電解液，可明顯提高離子導(dǎo)電率和充放電特性，實驗證明在反復(fù)充放電300次后，1.2mol/L六氟磷酸鋰的情況下放電容量保持率會下降到60%，而在1.0mol/L六氟磷酸鋰中添加0.2mol/L雙氟磺酰亞胺鋰后，保持率可超過80%，同時能提高高低溫下的放電負(fù)荷，增加鋰電池的應(yīng)用溫度閾值。目前國內(nèi)外電解液企業(yè)都在積極布局鹽雙氟磺酰亞胺鋰的生產(chǎn)線。
      溶劑可選擇性較多 對純度要求更高
      溶劑在電解液中主要起到穩(wěn)定電壓作用，對產(chǎn)品的純度要求較高。溶劑的純度與穩(wěn)定電壓之間有密切聯(lián)系，純度要求高達(dá) 99.99%，水分含量達(dá)到 0.0001%以下。達(dá)標(biāo)的有機(jī)溶劑氧化電位在5V左右，有機(jī)溶劑的氧化電位對于防止電池過充、安全性有很大意義。目前商業(yè)化溶劑主要有碳酸乙烯酯（EC）、聚碳酸酯（PC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸丙碳酸甲乙酯（EMC）這五種碳酸酯類產(chǎn)品。新型溶劑主要有羧酸脂、亞硫酸脂、氟代溶劑等。
      由于電解液對原材料的純度要求較高，在溶劑提純過程中需要進(jìn)行精餾、結(jié)晶、吸附、膜分離、離子交換法、層析、絡(luò)合及萃取等方法或不同組合。對原材料的提純工藝進(jìn)行優(yōu)化，強化產(chǎn)品的品質(zhì)，經(jīng)過多種提純工藝后雜質(zhì)含量一般可達(dá)到ppm級別甚至到ppb級別，這也為電解液甚至鋰電池的質(zhì)量提供了保障。
      添加劑種類多樣 主導(dǎo)電解液的性能
      添加劑對于電解液的性能有著主導(dǎo)作用，添加劑雖然用量小、占比少，但對于鋰電池的安全、容量、壽命及附加性能的改善有著明顯效果。尤其是在電解液的定制領(lǐng)域，不同的添加劑用于不同類型的鋰電池中。由于電池廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品用途和性能存在差別，所采用的添加劑側(cè)重點也不盡相同。
      目前市面上的電解液添加劑種類繁多，按照應(yīng)用類型來看，主要有成膜添加劑、阻燃添加劑、過充添加劑、控水型添加劑、電導(dǎo)率提高添加劑及電解液穩(wěn)定添加劑。目前商業(yè)化鋰電池中使用最多的添加劑為碳酸亞乙烯酯（VC），與其他類型添加劑相比具有更好的輔助成膜效應(yīng)。氟代碳酸乙烯酯（FEC）過去主要應(yīng)用在小型電池中，目前已經(jīng)在向高能量密度動力電池領(lǐng)域滲透，同時氟代碳酸乙烯酯（FEC）添加劑與硅碳負(fù)極具有良好的貼合性，未來隨著硅碳負(fù)極在動力電池中的應(yīng)用增多，其使用量也會大幅增加。
      添加劑制備技術(shù)壁壘較高，對產(chǎn)品純度要求極其苛刻，商業(yè)化添加劑純度要求達(dá)到99.999%，前道產(chǎn)品也需要達(dá)到99.53%的純度，微量的雜質(zhì)成份都可能影響到電解液乃至鋰電池的性能，因此廠商的提純工藝和品質(zhì)管控能力將決定產(chǎn)品的成本和品質(zhì)。同時，添加劑屬于高危化學(xué)品，國家環(huán)保限產(chǎn)背景下，生產(chǎn)資質(zhì)以及高環(huán)保設(shè)備投入都是行業(yè)要面對的問題。未來隨著需求端的快速增長，添加劑也將擁有更大的市場，同時各種高性能電池會逐步研發(fā)，其應(yīng)用場景也更加復(fù)雜，環(huán)保型、高端型添加劑將會成為未來電解液添加劑的發(fā)展趨勢。
      結(jié)語
      電解液雖然在電池中的占比較少，但對電池的倍率、能量密度、循環(huán)壽命及安全性方面都有較大影響。電解液性能的突破主要集中在原材料的優(yōu)化，可以采用性能更好的鋰鹽溶質(zhì)及適用范圍更廣的添加劑。未來隨著高能量密度動力電池的廣泛使用也對電解液的生產(chǎn)也提出了更高的要求，電解液需要根據(jù)不同類型的電池制備與之匹配的產(chǎn)品，高端電解液的定制也將成為行業(yè)新的突破口。