锂离子电池电解液产业化进展

锂离子电池电解液产业化进展

刘超

河南华瑞高新材料有限公司 河南省新乡市 453000

摘 要：电解液是锂离子电池的“血液”， 它在电池中正负极之间起到传导电子的作用，电解液能使锂电池获得高电压、高比能等优点。我国电解液产业从2002年左右开始进入市场并逐步取代进口产品，经过十多年的快速发展，部分产品已达国际领先水平，完全具备国际竞争力。本文以锂离子电池电解液产业国产化进程为切入点，梳理了该产业的发展脉络，简述了锂离子电池电解液产业的发展脉络和市场格局，通过国内外主要企业的专利布局情况分析了我国电解液产业存在的共性问题，并展望了电解液产业发展的前景。

关键词：锂离子电池；电解液；产业化；进展

锂离子电池是现代电化学发展的成功范例，影响甚至决定电池的比能量、寿命、安全性能、倍率、充放电性能及高低温性能等多种宏观电化学性能，自20 世纪90年代由日本索尼公司实现产业化以来，被成功应用于多种便携式电子设备。为应对环境污染和能源危机，大力发展太阳能、风能、潮汐等绿色能源，同时加大储能和能源转换体系的研发。锂离子电池作为一种绿色高能化学电源，其应用逐渐向动力和储能等领域延伸。锂离子电池主要由正极材料（嵌锂的过渡金属氧化物）、负极材料（高度石墨化的碳）、隔膜（聚烯烃微孔膜）和电解质材料组成。电解质作为电池中锂离子传输的媒介，连接着电池的正负极， 具有较高的离子电导率和极好的电子绝缘性。电解质的选择对锂离子电池各项性能（如能量密度、循 环性能、倍率性能、储存性能等）的发挥至关重要作用，同时对其安全性也有很大影响。目前已商业化和在研的锂离子电池电解质主要有固体和液体电解质两种（按电解质存在状态分类），相对于液体电解质，尽管固体电解质更加安全可靠，但其面临离子电导率低、力学性能差和生产成本高等诸多问题，短时间内难以解决。目前在各种商用锂离子电池系统（3C电池、动力电池和储能电池）中，电解质材料仍以有机液体电解质为主。智能手机、平板电脑、可穿戴电子产品及电动 汽车等的推广和产品升级，推动了锂离子电池产业迅猛发展，电解液需求量随之迅速增长。我国电解液产业起步晚于日本，但发展势头强劲，历经十多年的成长，已经具备了国际竞争能力。

1 锂离子电池电解液产业发展历史及市场状况

锂离子电池自上世纪 90 年代实现产业化，以其高能量密度的突出优势快速蚕食镍氢电池和铅酸电池的市场，产业迅速膨胀。电解液作为锂离子电池四大材料之一，是由锂盐、有机溶剂和添加剂按一定比例调配而成，早期仅有宇部兴产、三菱化学、富山药品、德国默克等少数国外企业能够生产。20 世纪 90 年代后期我国锂离子电池企业（如比亚迪、力神、ATL、邦凯等），初期完全依赖于进口电解液，价格昂贵、交货周期长等弊病非常不利于新兴锂电产业的发展。从 2001年开始，国产电解液进入市场，电解液售价迅速下降，开始逐步取代进口电解液；2003 年前后，随着金牛、新宙 邦和天赐等公司的电解液产品进入市场，加速了我国电解液发展的脚步，时至今日中国部分电解液已经进入国际先进水平，并出口到高端外企。 六氟磷酸锂（LiPF6）是锂离子电池电解液的关键原料，其生产技术长期以来被外企垄断，市场供应比较紧张， 制约了我国电解液产业的发展。2011 年后多氟多、 九九久、金牛、天赐生产的 LiPF6 进入市场，打破了多年以来 LiPF6 市场被外企垄断的局面。LiPF6 生产技术难度大，投产周期长，因此其国产化在我国电解液产业发展进程中具有里程碑意义。伴随着我国电解液企业的发展，溶剂、添加剂等原料的国产化程度也在提高。目前五大碳酸酯溶剂及主要添加剂的国产化率均达到了90%以上。

2 锂离子电池电解液专利情况，中国已经成为全球最大的锂离子电池电解液生产国，随着我国电解液企业在全球市场份额的不断扩大，与国外企业的专利冲突势必加剧。添加剂的研究是电解液企业技术开发的重中之重， 目前电解液常用的添加剂（如 VC、VEC、PS 等），其应用专利基本掌握在日本企业手中，中国企业申请的专利大部分是配方型和合成型专利。在专利申请数量方面，日韩企业大幅领先于中国企业 。不难看出，中国尽管是电解液制造大国， 但在核心技术开发方面，仍然落后于日韩。究其原因，一方面是因为我国电解液生产企业起步晚于日韩企业；另一方面，在技术积累、研发投入及知识 产权保护意识方面，我国企业与日韩企业相比仍有差距，但近年来，以新宙邦、天赐材料为代表电解液企业以及多氟多、天赐材料代表队锂盐龙头，在技术、产品、成本、专利等多面取得重大突破，并实现向LG、三星、松下、索尼等海外电池巨头的成功供货。

3结 语

电解液作为电池的关键材料，其发展方向即不断满足用户对电池的更高期望。高能量密度、宽应用范围、高安全性是锂离子电池发展的三大主线。 我国电解液企业应注重具有自主知识产权的产品或技术的研发，可以关注以下几个方面。 （1）高电压电解液开发，以满足高能量高功率锂离子电池的需要。常规锂离子电池电解液采用碳酸酯溶剂体系，其耐压极限是 4.5 V。开发 4.5 V 以 上的高电压电解液已成为电解液企业研发的重点，以满足电池高电压充电的需要。高电压电解液的设计思路是提高电解液组分的抗氧化性及电极/电解液界面的稳定性，主要途径是开发氟代溶剂、砜类 溶剂、腈类溶剂以及发展新型成膜添加剂。 （2）新型锂盐的开发，以解决 LiPF6 热稳定差、 遇水敏感和无法回收的问题。 （3）新型溶剂体系的开发，以提高锂离子电池 的高低温性能和安全性。

（4）新体系电解质（如离子液体电解质、凝胶 聚合物电解质等）的开发，以消除有机液体电解质 高温下易挥发、易燃烧的安全隐患。

（5）未来市场，随着新能源汽车市场的爆发，电解液市场需求旺盛，未来几年电解液产业将保持高速增长。动力 电池电解液和高电压、高安全性电解液将成为企业新的增长点，竞争趋势来看，电解液产量及需求量直线上升价格却持续低迷，很多中小型企业在低利润下无法生存濒临破产，老牌企业为抢占市场份额打起价格战，这也加速了行业内部的自我淘汰，电解液行业或将面临一次全面洗牌。随着行业洗牌及去产能过后，市场需求将会增加，电解液价格也将回归合理。

参考文献;

[1] Mo ke（墨柯）. 锂离子电池电解液产业分析[J]. Advanced Materials Industry（新材料产业），2013（5）：18-26.