锂电池电解液行业研究报告Word下载.docx
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锂电池电解液行业研究报告Word下载.docx
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近几年头部厂商加大扩产步伐,主流企业产能覆盖行业大部分电解液需求,伴随落后供给逐步出清,龙头企业依靠客户、产能优势加速行业集中。
电解液产业链成本传导顺畅,全年供需偏紧价格持续看涨本轮电解液涨价核心在于原材料六氟大幅涨价,根据行业扩产节奏我们判断21年六氟供需偏紧有望持续整年。
电解液产业链成本传导顺畅:
1)六氟磷酸锂先于上游原料上涨,行业单吨毛利从低点4000元上涨至当前5万元,盈利弹性巨大;
2)VC短缺成为电解液产量的瓶颈,环保和长周期投资延缓供给扩张,铁锂需求回升加剧VC供需紧张局面;
3)电解液充分传导上游价格涨幅,涨价具有滞后性但具有超额涨幅,铁锂电解液超额涨幅最高;
4)对于电池厂,正极材料降价为电解液涨价提供空间,成本传导相对顺畅。
一、电解液:
“小而美”的锂电核心主材
决定锂离子电池综合性能,三大组成成分作用突出电解液在锂电池电芯成本中占比6-8%,在锂电四大材料中占比最低,但作为电池中离子传输的重要载体,电解液对电池安全性、循环寿命、充放电倍率、高低温性能、能量密度等性能指标都有显著影响。
电解液体系需要具备以下基本条件:
1)离子电导性能好、粘度低介电常数高、离子迁移的阻力小;
2)电化学稳定性好,与正极材料、负极材料、隔膜、集流体、粘结剂等不发生反应;
3)在较宽的温度范围内(一般为-40℃~70℃)保持液态;
4)有效促进电极可逆反应的进行;
5)环境友好,无毒或者低毒性。
电解液由锂盐、溶剂和添加剂组成。
按质量划分,溶剂质量占比80-90%,锂盐占比10-15%,添加剂占比在5%左右;
按成本划分,锂盐占比约40-50%、溶剂占比约30%、添加剂占比约10-30%。
为进一步优化电解液性能,克服常规锂盐与溶剂的缺陷,通常采用锂盐与溶剂改性或更换、加入功能性添加剂的方式,近年来LiFSI(双氟磺酰亚胺锂盐)等新型锂盐、羧酸酯等新型溶剂和种类繁多的添加剂不断涌现,但距大规模商业化应用还有一段距离。
锂盐、溶剂、添加剂不仅需要满足各自严苛的性质要求,而且需要保证电解液体系的一致性。
锂盐对溶解性、抗氧化还原性、化学稳定性等要求较高,溶剂对介电常数、熔点与沸点、粘度等要求严苛,添加剂需要少量高效,三者同时还具有成本和工艺的要求,并需要保证电解液体系的协同与统一。
电解液行业轻资产高周转,优良竞争格局助力龙头出海相比于正极、负极、隔膜,电解液行业具有明显轻资产、高周转的特征。
我们分别选取四大材料龙头企业当升科技、璞泰来、恩捷股份、天赐材料为典型代表,比较正极、负极、隔膜、电解液的单位产能投资额和投资回收期,横向对比四者资产投入和回收情况。
从单位产能投资额上来看,电解液的单位产能投资额仅为0.0176亿元/GWh,远低于其他三大材料;
从项目投资回收期上开看,电解液投资回收期为1.79年,明显处于较低水平。
电解液行业产能投产时间短、投资回报见效快,具有显著的轻资产和高周转特征。
我们认为,在电解液行业轻资产模式下,龙头企业在具备技术沉淀的基础上,能够充分发挥自身资金、规模的优势进行产能与利润的再投资,从而进入“资金&
规模优势→产能扩张市占率提升→资金回笼盈利增加→资金&
技术优势强化”的良性循环。
电解液竞争格局较好,全球化程度最高。
横向对比四大锂电材料,2020年国内隔膜和电解液CR3最高约为60%,隔膜、电解液、负极、磷酸铁锂正极材料的CR5均为80%左右,电解液整体竞争格局较好。
国产化程度方面,2019年中国电解液出货量全球占比高达70%以上,远超过正极、负极和隔膜,我们认为,随海外锂离子电池需求持续升温,国内电解液龙头将持续受益于海外市场放量,再迎出海机会。
轻资产&
优竞争格局下,电解液毛利率处于中等水平。
对行业龙头(天赐材料)而言,电解液毛利率在25-30%之间,低于隔膜(恩捷股份),略低于负极材料(璞泰来),高于正极材料(当升科技),处于四大锂电材料中游水平。
一方面,轻资产在某种程度上表明电解液整体技术和设备壁垒相对较低,难以获得过高毛利率水平,另一方面,优良的竞争格局和龙头全球化客户布局,使得电解液龙头具有较强的产业链溢价能力,以获得相对较高的毛利率水平。
六氟磷酸锂为核心锂盐,精细加工铸造较高技术壁垒六氟磷酸锂成本占比最高,历史价格与电解液趋势一致。
由于性能优异、成本较低,六氟磷酸锂为目前主流锂盐,其具有以下优点:
1)有较宽广的电化学稳定窗口,阴极过程的稳定电压(5.1V)远高于锂离子电池要求(4.2V);
2)不腐蚀铝集流体;
3)可在电极上形成适当的SEI膜;
4)对正极集流体实现有效的钝化,以阻止其溶解;
5)在各种非水溶剂中有较好的溶解度和较高的电导率;
6)有较好的环境友好性。
作为主流锂盐,六氟磷酸锂在电解液中的成本占比约为40%,其价格变动历史趋势与电解液基本一致,对电解液影响显著。
六氟磷酸锂技术壁垒相对较高,工艺条件要求严苛。
六氟磷酸锂的性能决定着电解液的离子电导率、氧化稳定性、电化学稳定窗口、高低温稳定性等多项指标,其生产工艺需要克服高温、低温、无水操作、高纯精制、高毒、强腐蚀、环境污染等多重难关,使得六氟磷酸锂技术壁垒较高,需要严格把控工艺流程与生产条件才能保证其纯度、精度、良率与收率,从而保障电解液性能。
有机溶剂法和氟化氢溶剂法为目前六氟磷酸锂制备的主流方法。
其中,有机溶剂法制备过程中无需使用HF,所制得的溶液可以直接应用于锂离子电池,经过结晶、过滤、干燥、溶解、精制等过程可以获得较高纯度的液体六氟磷酸锂,其工艺难点在于五氟化磷的提取;
氟化氢溶剂法使用五氯化磷、无水氢氟酸、碳酸锂直接生成五氟化磷,并用制得的LiF与之反映,再通过结晶、过滤、干燥制得六氟磷酸锂,其难点在于引入除杂过程复杂的氯离子,且产生氯化氢尾气。
LiFSI:
六氟磷酸锂的再优化,三元高镍趋势的先行者长期视角来看,LiFSI(双氟磺酰亚胺锂)既可代替六氟磷酸锂作为新型锂盐使用,又可少量添加作为添加剂使用,但是由于其成本高昂,目前主要用作电解液添加剂。
LiFSI可以显著弥补六氟磷酸锂缺点并契合三元正极高镍化趋势。
1)克服六氟磷酸锂缺陷:
通过基础物性和电池性能对比来看,LiFSI性能优异,能够明显改善六氟磷酸锂对水分敏感、热稳定性差、生产工艺中不可避免的产生影响电池性能的氟化氢、低温下易结晶等缺点,有利于锂离子电池的低温放电和高温性能保持能力、充放电倍率、循环寿命和安全性的提高。
2)契合三元正极材料高镍化趋势:
由于镍离子具有较高的催化活性,正极材料中镍含量增加将催化电解液氧化分解从而产生气体影响电池正常工作,此外,金属镍的活泼型将导致正极表面镍离子溶出,破坏负极表面SEI膜,导致溶剂分子共嵌入,对电池安全性负面影响较大。
LiFSI的加入可以有效解决上述问题,因此我们认为,在正极三元材料高镍化的长期确定性趋势下,随LiFSI生产工艺优化与产能投建与释放后成本与价格下降,应用场景将逐步打开,市场空间明朗。
下游需求持续强劲,竞争格局持续优化预计25年全球电解液120万吨需求,CAGR达31%1)新能源汽车销量测算:
基于2021年Q1国内新能源汽车销量超预期达到51.5万辆,我们上调了21年国内新能源车销量至230万辆,21年全球预计517万辆,预计2025年全球新能源车销量有望达到1636万辆。
2)锂电池需求测算:
对应2025年全球锂电池需求量预计达到1244GW,其中,全球动力电池需求有望从2020年的146GWh增至2025年的990GWh,消费电池需求将达152GWh,储能电池需求有望达到102GWh。
3)锂电池需求结构测算:
预计2025年国内锂电池需求达到574GWh,其中NCM需求近340GWh,占比达到59%,国内LFP需求占比预计在2022年达到最高38%,随后占比缓慢下降,2025年占比达35%,需求量达到200GWh。
预计2025年海外电池需求670GWh,其中三元电池需求达到632GWh。
4)电解液需求测算:
预计2025年全球锂电电解液需求从2020年的29.4万吨增加至123万吨,CAGR达到33%,全球800多亿市场空间。
国内锂电电解液需求量有望从2020年的15.3万吨增至2025年的60万吨,CAGR为31%,其中,预计2025年三元电解液、LFP电解液需求分别为33万吨、24万吨。
5)六氟磷酸锂需求测算:
按照六氟磷酸锂单耗为0.12计算,预计2025年六氟磷酸锂需求达15.3万吨,需求量将达到2020年的4倍,其中国内需求7.5万吨,海外需求7.8万吨。
LiFSI拉升电解液附加值,国产化替代机遇将至随着电动车对续航里程等指标要求的提升,动力电池电解液在保障良好的安全性与高低温性能的同时,必须迎合电池高能量密度的趋势,LiFSI蓝海市场有望充分打开。
对企业来讲,LiFSI通过大幅提升电解液性能而增加电解液附加值,其布局极具前瞻性和战略性,国内电解液和氟化工龙头已经开始大规模进行LiFSI产能布局,国产化替代机遇即将来临。
1)LiFSI需求测算:
25年全球近5万吨,CAGR达79%基本假设:
根据行业经验,对于高电压/高倍率等LiFSI添加量最高的电解液,LiFSI添加比例一般为5%-6%。
就2020年市场应用情况来看,行业平均添加量约为1%,整体看海外客户添加量略高,国内CATL在尝试3%-5%的添加量,海外客户如LG承包的特斯拉供应链添加量业内领先。
根据LiFSI行业历史添加量和目前变化趋势,并结合LiFSI添加量的技术要求的临界值,我们假设21-25年国内平均添加比例分别为1.5%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%,海外添加量略高于国内,平均添加比例假设分别为1.6%、2.8%、3.3%、3.9%、4.5%。
LiFSI需求测算:
预计2025年全球LiFSI需求从2020年的0.3万吨增加至5.2万吨,CAGR高达79%。
目前,通过加入其他添加剂、改变溶剂组成、适量增加浓度、修饰亚胺阴离子结构的方式可以有效解决LiFSI腐蚀铜箔的问题,LiFSI是当前最有应用前景的新型添加剂,但成本过高一直是制约因素。
预计随着对锂电池高镍等趋势发展、氟化工企业新建产能逐步投产和工艺的持续优化、和大规模生产成本下降,LiFSI将成为电解液的下一个制高点。
2)高技术壁垒增加电解液附加值工艺限制下LiFSI技术壁垒高于六氟磷酸锂,较高的技术壁垒一方面使得能够量产LiFSI的企业屈指可数,其毛利率维持高位。
与六氟磷酸锂生产条件中需要严格把控纯度相似,LiFSI对水分、金属离子、游离酸的控制同样有极高的要求,目前尚无有效的方法去除杂质,只能通过工艺控制避免水、酸和其他金属离子引入。
LiFSI的生产与销售本质上是工艺(纯度控制和成本管理)的竞争,较高的技术壁垒为LiFSI企业赢得高毛利率水平,以工艺全球领先的LiFSI企业康鹏科技为例,LiFSI毛利率高达50%左右,单吨售价在40万元/吨左右,远高于六氟磷酸锂10万/吨左右的售价(当前涨至近20万元/吨)。
3)LiFSI全面国产化替代浪潮将至在日韩全球领先的电解液企业布局LiFSI的同时,国内电解液、氟化工企业瞄准LiFSI蓝海市场,竞相加码布局。
海外方面,日本触媒在建产能3000吨,预计23年左右投产,韩国天宝20年已有440吨新增产能释放。
国内方面,国内天赐材料和新宙邦等电解液龙头产能和扩产进度领先,其中,天赐材料在建产能已达4000吨,规划总产能(含在建和已规划但未开始建设)超过10000吨。
六氟磷酸锂领先企业如多氟多也在建800吨LiFSI产能。
随国内LiFSI产能逐步释放与其成本、价格双降,国产化替代机遇将来临。
电解液行业洗牌加速,马太效应逐渐显著电解液是典型寡头竞争市场,一二梯队差距逐渐拉开。
2020年国内电解液出货量前五企业出货市占率升至78%,天赐材料(市占率29.3%)、新宙邦(市占率17.6%)、国泰华荣(市占率14.7%)位列前三,其中天赐材料市占率上升最快,从17年的18.3%升至20年的29.3%,新宙邦和国泰华荣市场份额较为稳定。
行业竞争格局持续优化,一方面龙头客户绑定海内外电池大客户而持续获得大规模订单,充分享受下游需求爆发红利,另一方面电解液行业是个走量的行业,龙头持续扩产才能站稳第一梯队,赢得大客户资源。
1)客户结构领先:
一线电解液厂商客户覆盖国内CATL、国轩高科、亿纬锂能等领先动力电池企业、ATL等消费电子龙头、比亚迪等拥有电池厂的整车厂,以及国外知名电池企业如LG化学、三星SDI、松下、索尼等。
二线电解液厂商海外业务相对较少,主要国内客户多数为区域内领先的锂离子电池厂商。
2)扩产节奏领先:
一线厂商就近配套大客户开展产能布局,天赐材料、新宙邦、国泰华荣均在欧洲加码生产基地建设,如天赐材料计划在捷克扩产10万吨,新宙邦计划在波兰扩产4万吨,国泰华荣波兰已有4万吨产能在建。
另外前三甲企业配套CATL倍量增长的产能扩张进度,均计划在宁德基地加速布局产能。
主流企业覆盖大部分需求,加速劣质供给出清我们对全球电解液年底产能、供需格局和行业产能利用率以及主流厂商产量占比进行了梳理与预测,发现主流企业扩产进度明显加速,其供给对需求的覆盖率提升明显。
主流企业覆盖率的深化将加速行业洗牌,促进劣质供给出清。
1)头部电解液产能高速扩张。
参考海内外电解液厂商的扩产节奏,我们预计2021年底国内电解液合计产能达62万吨,同比增幅明显,海外电解液合计产能16万吨,保持较为稳定的增长态势。
其中国内的新宙邦、天赐材料以及海外的三菱化学贡献了较多的新增产能,预计25年新宙邦年产能将达到25-30万吨,天赐年产能有望达到50-60万吨。
2)电解液行业存在显著过剩产能,劣质产能有望加速出清。
供给相对过剩将逆向选择出产品性价比高、技术优势明显且能规模化量产的企业,加速劣质供给出清。
3)主流企业覆盖市场大部分需求,竞争格局将得到优化。
综上所述,在头部企业绑定大客户持续获得需求端增量订单并利用资金优势加速扩产进程&
行业过剩供给逐年增加,仅国内前三企业天赐、新宙邦和国泰2020年底电解液产能合计就达到35万吨,与2020年全球电解液出货量基本持平,相当于21年全球电解液需求的75%。
主流厂商产量占比大幅增长的逻辑下,行业洗牌将加速,主流企业凭借自身研发实力、产品性能、成本和规模化优势有望占据更大的市场份额,行业劣质供给将逐步出清,三四线企业承压甚至在行业洗牌中被淘汰,竞争格局将呈现在优化局面。
二、产业链价格传导顺畅,电解液全年看涨
六氟拉动电解液价格上涨,涨价行情预计持续全年2020年以来伴随新能源汽车销量逐月快速增长,电池需求带动电解液和六氟磷酸锂消费出口均大幅增加。
2020年国内六氟磷酸锂产量2.83万吨,其中出口7780吨,同比增长71%,国内表观消费量2.1万吨,受疫情影响与19年基本持平,但从20年下半年开始国内消费持续高速增长,2021年1月份国内六氟消费量达到2839吨,同比增速升至134%。
当前国内六氟开工率大幅上涨至80%左右,龙头企业基本满产满销,行业库存快速下降。
截止2021年3月份底六氟工厂库存已经降至70吨左右,处于历史较低位置。
4月份以来下游电解液受制于VC产能不足,短期开工率不佳,预计5-6月份随着VC产能释放,电解液六氟需求将持续上涨。
六氟磷酸锂及原材料价格高位维持,推高电解液价格。
自20年9月六氟磷酸锂涨势启动开始,其价格始终处于高位,电解液及六氟磷酸锂主要原材料氢氟酸和电池级碳酸锂均保持涨势。
截至2021年4月初,六氟磷酸锂价格升至20万元/吨左右,氢氟酸和电池级碳酸锂均价分别为0.96万元/吨和8.55万元/吨。
涨价持续时间判断:
预计六氟高价有望持续到21年四季度。
我们在此定义行业有效供给如下:
有效供给=行业总产能*有效产能占比*行业平均产销率。
行业有效供给基本假设如下:
1)韩国厚成、森田张家港、关东电化等海外厂商以及天赐材料、多氟多等一线六氟磷酸锂供应商有效产能为总产能的95%;
九九久、东莞杉杉等供应商有效产能为总产能的70%;
石大胜华、永太科技、湖北宏源、滨化股份等供应商有效产能为总产能的50%;
2)六氟行业平均产销率为80%;
考虑新增产能释放需要时间,当年产能新增过多的企业在大幅新增产能当年有效产能占比略有下调。
回顾16-20年行情,六氟供需关系和价格变动显著相关,21年六氟涨价有望延续。
16年底国内六氟有效供给略低于需求,六氟价格处于高位,17年开始行业供大于求,行业价格开启了长达3年的下降与低位维持过程;
需求端,当期订单往往超前反映0.5-1年后的高需求,供给端六氟扩产周期在1-2年时间,21年全年新增产能有限,全年仍将保持产能紧张局面,预计随着这波产能落地,22-23年行业六氟将再次出现一定的过剩局面,六氟降价有望显著下滑。
六氟:
需求驱动成本充分传导,盈利弹性巨大从涨价来看:
本轮六氟涨价为需求驱动,先于原料涨价,盈利弹性巨大。
六氟磷酸锂的制备需要用到氟化锂、无水氟化氢、五氯化磷、液氮,成本占比分别约为67%、19%、13%、1%。
18-20H1由于六氟产能过剩,行业一直处于每吨5000-7000元的薄利状态,对应行业毛利率在5-8%之间。
20年下半年伴随电解液高需求增速,六氟磷酸锂率先涨价,但原材料价格基本稳定,六氟磷酸锂单吨毛利从最低4000元上涨至20年底的3万元/吨,毛利率升至29%;
21年Q1碳酸锂等原料大幅上涨,六氟磷酸锂价格也保持上涨趋势,毛利率最高达到35%左右。
从成本传导来看:
按照氢氟酸和电池级碳酸锂单耗分别为0.7和0.35计算,分别用2020年9月和2021年3月的行业均价表示原材料及六氟磷酸锂涨价前后的价格,测算得到六氟磷酸锂超额涨幅为5.56万元/吨,超额涨幅占比高达79%。
因此,氢氟酸、碳酸锂(电池级)的涨价已经充分传导至六氟磷酸锂。
六氟盈利测算:
截止4月12日,国内六氟终端售价为20-21万元/吨左右,单吨利润经测算在5万元/吨左右,我们测算如果六氟价格涨至30万元/吨,单吨毛利率保持25%的条件下,六氟单吨盈利将达到约7.5万元/吨。
VC:
供给受限需求爆发,VC短缺成为电解液瓶颈当前市场VC短缺成为限制电解液乃至电池产量的瓶颈因素。
VC(碳酸亚乙烯酯)与FEC(氟化碳酸乙烯酯)和PS(亚硫酸丙烯酯)为三大类主要的电解液添加剂,在电解液中质量占比5%左右。
根据GGII数据,目前电解液添加剂VC持续供不应求,价格涨至20万元/吨,相比于2020年全年均价15万元/吨已经上涨了33%-60%,且涨价势头持续。
1)供给端:
VC在环保督查严格的生产管控下,2020年一批VC企业停产且后期难以复产,20年供给显著减少。
国内VC生产企业较少,产能主要集中在江苏华盛、苏州华一、淮安瀚康、南通新宙邦、青木高新、浙江天硕、福建创鑫、福建博鸿等几家,普遍产能为1000-2000吨左右,目前国内总产能不足1.5万吨。
根据下游锂离子电池需求预测,2021年起成膜添加剂需求增速均在30%以上,而产量增速较低,电解液添加剂由于往往需要与电解液配套定制且项目建设周期较长,企业扩产较为谨慎。
2)需求端:
2020年下半年起动力电池市场高景气度延续,叠加小型动力、3C电子和储能电池市场需求旺盛,大幅增加VC行业需求。
根据GGII预测,若按照添加剂质量占比5%计算,2020年国内电解液添加剂出货量约为1.46万吨,按照25年125万吨电解液需求计算,添加剂需求量将达到6.2万吨。
同时VC作为一种重要的成膜添加剂尤其在LFP电池中应用广泛,20-21年LFP电池回暖成为VC需求激增的又一诱因。
电解液:
成本完全传导但有滞后性,铁锂电解液涨势迅猛2020年国内电解液产量29.3万吨,近三年同比增速都在40%左右,20年下半年国内电解液行业开工率上升至最高72%,21年一季度电解液产量有所回落,一方面是因为2月春节部分厂商放假检修,另外节后VC/FEC等原料短缺导致行业开工率受限,整体维持在60%左右,行业库存快速下降,截止21年4月初国内电解液工厂库存降至1000吨以下,预计随着2季度原料产能投产和三四季度电解液新能产能投产,电解液行业产量和开工率有望持续双增。
电解液行业成本传导具有20天左右的滞后性,但充分传导成本上涨。
电解液成本中,六氟磷酸锂成本占比最高,约为50%,溶剂占比在30-40%,添加剂成本占比在10%左右。
六氟磷酸锂、溶剂DMC等都从20年Q4开始明显上涨,21年开始价格持续回落,常规添加剂VC/FEC持续吃紧,总体看电解液成本涨幅主要受制于六氟上涨,电解液售价端上涨要滞后于成本上涨,表现为国内电解液毛利率由于成本上涨在9月初和2月份降至10%左右,随后伴随终端涨价,电解液毛利率快速恢复,截止21年4月初,国内电解液单吨毛利1.1万元左右,毛利率约为18%,市场单吨净利润在0.65万元左右。
从绝对值来看,电解液企业成本传导顺畅,具有超额涨幅。
选取行业20年9月电解液均价作为未涨价前价格,21年3月均价为涨价后价格,假设
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