石油化工产业链锂电材料概述

　　锂电池在充放电过程中，锂离子会在电池正负极之间反复移动。根据这一特点，锂 电池又被称为摇椅式电池。具体来说，在电池充电时，电子从正极转移到负极，同时正 极中的锂失去电子后成为锂离子进入电解液。锂离子穿过锂离子可导的隔膜后进入负 极，在负极接受电子还原成为锂，充电反应完成。放电过程则相反，锂在负极失去电子 后，穿过隔膜回到正极，并在正极接受电子被还原，完成放电。

　　锂电池主要用于新能源汽车和储能领域。锂电池上游为正极、负极、电解液和隔 膜四大主材，再往上可追溯至锂、钻等有色金属和碳酸二甲酯等石化产品。下游最终应 用于新能源汽车、储能、3C等领域。近年来，由于新能源汽车产业的爆发，动力锂电 池的应用比例呈现快速增长，超越3C成为锂电池的主要消费终端。我们认为随着5G 时代的逐步来临和电网建设逐步发展，以通信基站储能、电网储能为代表的储能领域预 计将在未来几年带来显著的需求增量。

　　新能源汽车产业已进入快速增长阶段。根据长远锂科募集说明书援引彭博新能源 财经(BloombergNEF)发布的《2021年电动车展望》数据，到2025年，全球新能 源乘用车销量将超过2500万辆，占全球乘用车销量比例超过28%；到2030年全球新 能源乘用车年销量有望突破5000万辆，占比超过50%；2040年有望突破8000万

　　储能产业未来将迎爆发式增长。可再生能源渗透率日益上升，增加了削峰填谷的 储能需求。根据中国储能网援引彭博新能源财经数据，全球2030年新增储能装机容量 将达到 58GW/178GWh，是 2021 年(10GW/22GWh)的五倍多，2022-2030 CAGR 达到30%。美国和中国仍然是全球最大的两个市场，到2030年在预期储能装机容量中 占比将达54%。

　　锂电池由正极、负极、电解液和隔膜四部分构成。其中常见的负极包括石墨、软 碳、硬碳、钛酸锂等。常见的正极包括钻酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等。常见的隔膜为单 层或多层的聚乙烯或聚丙烯，表面也可能有一些类似于Al2O3的涂覆层。常见的电解 液一般是将LiPF6溶解在碳酸酯类的溶剂中，如碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯 酯等。

　　正极、负极、电解液和隔膜在电池中成本占比分别为40%、15%、10%和20%。根据《中国锂电行业发展德勤观察》，电池在新能源车成本结构中成本占比为40%- 50%。电池中正极材料成本占比40%，隔膜占比20%，负极材料占比15%，其他（包 装材料）占比15%，电解液占比10%。

　　电解液是锂离子传导的媒介。在电池中，正极和负极均浸泡在电极液中。在电池 充放电过程中，电解液作为锂离子传输的媒介，一方面能提供部分活性锂离子，作为充 放电过程中的导电离子使用。另一方面也会提供离子通道，使得锂离子在其中自由移 动。电解液传导锂离子的功能是锂电池获得高电压、高比能等优点的保障。

　　电解液由溶剂、溶质、添加剂三种组分构成。在溶剂方面，电解液采用混合溶剂 体系，目前溶剂以DMC、EC、EMC等碳酸酯类为主，需要满足高介电常熟、低粘 度、低熔点、高沸点、低成本等要求；在溶质方面，电解液采用各种含锂化合物，在溶 剂中溶解后可释放出大量活跃锂离子。LiPF6是目前最成熟的商用锂盐，LiFSI在未来 有望替代LiPF6；在添加剂方面，碳酸亚乙烯酯（VC）和氟代碳酸乙烯酯（FEC）是目前 最常用的电解液添加剂，可在电极表面形成SEI/CEI膜，使得锂离子可自由进出，而溶剂分子难以通过，从而实现维护电极材料性能稳定，提高电池容量与循环性能效果。

　　溶剂、溶质、添加剂在电解液中质量占比依次下降，成本占比依次提升。锂盐和 添加剂在电解液中质量占比较小，但由于单位成本高，在电解液成本结构中也占有较大 比例。根据DONEWS，在质量占比方面，电解液中溶剂占80%~85%、锂盐占 10%~12%、添加剂占3%~5%；在成本占比方面，电解液中溶剂占比约30%、锂盐占 比约40%~50%、添加剂占比约10%~30%。

　　电解液需求快速增长。受益于新能源车渗透率的持续提升，国内外电解液需求量 未来有望保持高速增长。根据中国能源网援引《中国锂离子电池电解液行业发展 (2021年)》，2021年全球电解液需求量为61万吨，国内电解液需求量为51万吨。预 计2025年，中国电解液需求量将达184万吨，全球电解液需求量将达216万吨， 2021-2025年CAGR分别为37%、40%。至2030年，全球电解液需求将达549万 吨，国内需求量将达466万吨。

　　资料来源：中国能源网援引《中国锂离子电池电解液行业发展(2021 年)〉,，EVTank、伊维经济研究院，前瞻产业研究院，海通证券研究所

　　资料来源：中国能源网援引《中国锂离子电池电解液行业发展(2021 年),EVTank、伊维经济研究院，前瞻产业研究院，海通证券研究所

　　2030年电解液市场规模将达3000亿元。根据wind, 2016/1/1-2022/8/4电解液均 价为64778元/吨，以此为依据进行计算，预计2025年国内电解液市场规模约为1192 亿元，全球规模约为1399亿元；2030年国内市场规模将达3019亿元，全球规模将达 3556亿元。

　　电解液大宗品趋势下降低成本是重点。随着电解液成长为百万吨级别的以上的化 工品类，大宗化已是必然的趋势，如何降低成本将成为电解液企业思考的主要问题。由 于电解液成本中原材料占比最大，通过一体化降低原料单位成本和通过改进工艺降低 原料单耗是目前电解液企业降本的主要手段。

　　降本手段之一：一体化。根据天赐材料、新宙邦等发布的年报及募集说明书，天 赐材料、新宙邦等电解液龙头企业已通过布局上游锂盐、溶剂、添加剂等原材料推进降 本，其中天赐材料一体化布局最完善，已覆盖锂盐、溶剂、添加剂三个领域，未来将向 更上游的锂矿延伸，新宙邦、江苏国泰、石大胜华等企业也开始进入溶剂、添加剂等领 域。

　　资料来源：天赐材料、新宙邦、江苏国泰等2021年年报，新宙邦:向不特定对象发行可转换公司债券募集说明书（上会 稿），江苏国泰:公开发行A股可转换公司债券募集说明书，石大胜华:2022年度非公开发行A股股票募集资金使用可行 性分析报告，海通证券研究所

　　降本手段之二：改进工艺。如在六氟磷酸锂生产中，天赐材料从美国引进独家许 可的有机溶剂法技术，在自行吸收创新的基础上独立完成工程放大。与传统HF溶剂法 相比省去了反复干燥、结晶等过程，有效降低了制造成本，且反应不在强腐蚀性的HF 中进行，对设备抗腐蚀性要求明显降低。

　　80%,成本占比约30%。溶剂与电解液性能密切相关，需满足高介电常数和低粘度等 要求。由于环状碳酸酯介电常数较高，而链式碳酸酯粘度较低，往往将其混合使用，常 用溶剂包括碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸甲乙酯（EMC）等。

　　纯度是溶剂质量控制的关键。溶剂纯度与稳定电压之间关系密切，纯度达标的有 机溶剂氧化电位在5V左右，对防止电池过充等安全性问题有很大意义，对配制合格锂 电池电解液也有决定性影响。一般要求纯度在99.9%以上，水分含量必须达到IO*。6 以下。根据碳酸二甲酯国家标准（GB/T 33107-2016），电子级碳酸二甲酯纯度必须达 到99.99%，甲醇含量必须小于0.002%,水分含量必须小于0.03%,同时对钠、铁、 铬等其他元素的含量具备明确要求。

　　根据《CN103107358B:—种锂离子电解液》，目前国内锂电池采用最多的电解液体系是LiPF6/EC+DMC+EMC，其中EC、DMC、EMC的质量比为1 : 1 : 1,根据前文对电解 液市场规模的假设以及电解液中80%的溶剂质量占比，可估算得到2025年全球溶剂市 场需求将超过170万吨，国内将接近150万吨；2030年全球将接近440万吨，国内将接近380万吨。

　　溶剂市场规模2025年将达到200亿。根据百川盈孚及 Wind数据，2018年-2022 年，电池级碳酸二甲酯（DMC）价格均值为8843元/吨，碳酸乙烯酯（EC）价格均值 为11098元/吨，碳酸甲乙酯（DEC）价格均值为16467元/吨。以此为依据进行测 算，预计2025年国内碳酸二甲酯（DMC）、碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲乙酯（DEC ）市 场规模将达到42、51、89亿元，全球碳酸二甲酯（DMC）、碳酸乙烯酯（EC）、碳酸甲 乙酯（DEC）市场规模将达到49、60、105亿元。

　　溶剂为石化产品，碳酸二甲酯处于产业链核心。溶剂上游原料包括环氧丙烷、环 氧乙烷、尿素、甲醇等，主要来源于石油化工和煤化工。碳酸二甲酯在溶剂产业链中处 于核心地位，可由碳酸乙烯酯（EC）和碳酸丙烯酯（PC）加工得到，并在后续流程中 作为碳酸二乙酯（DEC ）和碳酸甲乙酯（EMC ）的原料。

　　1、 PO交换法：反应分两步进行，首先以环氧丙烷为原材料，得到碳酸丙烯酯 （PC），再与甲醇反应得到碳酸二甲酯（DMC）并副产丙二醇。

　　2、 EO交换法：反应分两步进行，首先以环氧乙烷为原材料，得到碳酸乙烯酯 （EC），再与甲醇反应得到碳酸二甲酯（DMC）并副产乙二醇。

　　3、尿素醇解间接法：反应分两步进行，首先以尿素和丙二醇发生醇解反应，生成 中间体碳酸丙烯酯（PC）和氨气，再用碳酸丙烯酯（PC）与甲醇酯交换反应生成碳 酸二甲酯（DMC）,副产丙二醇经分离后循环回第一步反应

　　4、甲醇氧化羟基化法（气相法间接法）：反应分两步进行，首先以甲醇、NO和 氧气反应生成亚硝酸甲酯，亚硝酸甲酯再与CO反应生成碳酸二甲酯（DMC）。

　　甲醇氧化羟基化法和EO交换法未来将成为主流。PO交换法是生产碳酸二甲酯的 传统工艺，但由于其副产品丙二醇市场空间较小难以消化，2017年产能无增长。甲醇 氧化羟基化法和EO交换法逐渐成为主流。2017-2022年，甲醇氧化羟基化法和EO 交换法产能分别从0增加至59万吨和32.6万吨。

　　PO交换法受制于丙二醇消纳问题，产能增长有限。丙二醇是PO交换法生产碳酸 二甲酯的主要副产品。根据百川盈孚统计，2021年国内丙二醇产量为33万吨，表观消 费量为26万吨，行业内产能较多（产能利用率71%）,企业无扩产计划，这约束了 PO 交换法项目的建设。

　　EO交换法副产乙二醇，产能消纳问题有所缓解。EO交换法采用环氧乙烷替代 PO交换法中使用的环氧丙烷生产碳酸二甲酯，副产物从丙二醇变为乙二醇。乙二醇的 市场规模远大于丙二醇，2021年国内表观消费量超过2000万吨，产能消纳压力相对 较小，但同样存在产能过剩问题，根据百川盈孚统计，2020年以来乙二醇行业持续亏 损，我们认为一定程度上影响了 EO交换法项目的盈利能力。考虑到EO交换法是四种 碳酸二甲酯生产方法中唯一能产出另一重要溶剂材料碳酸乙烯酯（EC）的工艺，具有 一定不可替代性，近年仍有较多产能投放，2017-2022年产能从0增长至32.6万吨。

　　甲醇氧化羟基化法灵活性强，2017年以来产能投放较多。与EO交换法和PO交换法相比，甲醇氧化羟基化法副产物量较少，不存在副产消纳问题。同时该方法的单位 投资成本较低，根据石大胜华招股说明书及华鲁恒升项目投产公告等文件，甲醇羟基氧 化法的单位投资成本仅为1000-1500元/吨，远低于PO交换法和EO交换法。由于灵 活性强的特点，甲醇氧化羟基化法已成为目前企业切入碳酸二甲酯行业采用的首。