锂电池风口「锂盐lifsi龙头股」

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文章首发-公众号：钻石研报。来源：中信证券。

【核心观点】：

LiFSI作为电解液溶质锂盐具有高导电率、高化学稳定性、高热稳定性的优点，更契合未来高性能、宽温度和高安全的锂电池发展方向，是最有可能部分替代LiPF6的下一代锂电池锂盐。经过近10年的工艺探索，目前全球头部供应商对LiFSI的工艺路线选择已渐进尾声，我们预计未来5年LiFSI有望逐步进入产业导入、需求爆发阶段，2025年全球LiFSI需求有望达到12.91万吨，市场空间可达300-400亿元，发展前景广阔。建议关注两条投资主线：1）LiFSI合成主赛道上，在专利技术布局、当前合成成本和未来产能规划方面具备优势的公司，建议关注天赐材料、新宙邦、多氟多、永太科技等。2）LiFS需求爆发将驱动核心原料氯化亚砜、成膜添加剂、集流体保护添加剂需求高速扩张，关注氯化亚砜相关供应商凯盛新材，成膜添加剂相关永太科技、奥克股份。

一、新一代溶质锂盐LiFSI性能优异，未来可期

1、LiFSI性能优越，有望成为下一代电解液用溶质锂盐。

锂电池是目前商用电池中的主要电池类型，其重要组成部分包括电解质、正极、负极和隔膜。锂电池的充放电过程是由锂离子经电解质在正负极之间往返的嵌入和脱嵌来实现。

目前主流商用电解质为液体电解质（俗称电解液），主要由溶质锂盐、有机溶剂和添加剂构成。电解质从物理形态上可分为固体电解质和液体电解质（俗称电解液），其中电解液基于溶剂种类还可分为水系电解液和有机（溶剂）电解液。目前商业化使用的电解质主要为有机电解液，由溶质（锂盐）、溶剂（有机溶剂）以及添加剂构成。LiFSI作为下一代溶质锂盐是未来趋势。

溶质锂盐的选择很大程度上也决定着锂电池的容量、工作温度、循环性能、功率密度、能量密度及安全性等性能。溶质锂盐不仅在锂电池中负责提供自由穿梭的离子和承担电池内部传输离子的作用，还需与电极材料作用形成固体电解液膜（SEI），所以锂电池的锂盐选择通常考虑：离子电导率、溶解度、稳定性、SEI形成能力、铝钝化能力和抗水解性。

目前电解液溶质锂盐主要采用相对低成本的六氟磷酸锂（LiPF6）。溶质锂盐作为电解液的核心组分，其电解液质量占比仅约13%，但在电解液制造成本占比约62%，因此锂盐的成本会很大程度限制其在电解液中的应用。溶质锂盐主要分为无机锂盐和有机锂盐，无机锂盐相较于有机锂盐制造环节少、提纯难度低，具有价格低、工艺壁垒低的优势，因此综合性能满足当下市场要求的六氟磷酸锂（LiPF6，以下简写为6F），凭借其低成本的优势成为目前主流的溶质锂盐。

以双氟磺酰亚胺锂（LiFSI）为代表的下一代新型有机锂盐备受市场关注。LiPF6化学性质不稳定，即使与添加剂组合，该锂盐构成的电解液对水分和温度变化依然高度敏感，分解时可能会产生强挥发性的危险化学品HF，存在一定的安全风险。LiPF6在0℃环境中离子导电率仅为常温下的50%，导致锂电池在低温环境中电池效率严重不足。未来的电池发展需要更宽的工作温度和更高的能量密度（更高的电压或容量），而LiPF6难以满足更久续航以及更多元应用场景对电池性能提出的要求，因此新型锂盐的研发和市场化正在加速。截至目前，新型锂盐主要为有机锂盐，具体包括有机硼酸锂盐和亚胺锂盐。

双氟磺酰亚胺（LiFSI）性能优异，符合未来电池电解液发展趋势。从材料特性来看，LiFSI与LiPF6相比，拥有更好的导电性、更高的电化学和热稳定性以及抗水解性，可以在高温环境下保持良好的电池性能。LiFSI在电池中还可以形成更薄、更均匀的SEI，可以有效减小枝晶对电池结构的破坏从而提升稳定性。虽然LiFSI对铝制集流板有腐蚀作用，但目前可以通过加入少量添加剂如LiODFB使铝提前钝化来克服。

LiFSI与LiPF6混合使用也能一定程度较单独使用LiPF6提升电池性能。LiFSI以及衍生物NaFSI还十分适合用于未来电池体系如锂硫电池（Li-S）、金属锂电池（LMB）、钠离子电池（SIB）以及硅负极锂电池，符合未来电池电解液的发展趋势。因此我们判断LiFSI在电解液中的地位有望从目前的添加剂（占比0.5%以下）逐步过渡到单独使用的锂盐（占比1%~15%），实现电解液溶质锂盐环节的技术更迭。

2、LiFSI经济性逐渐显现，2025年市场空间有望超300亿元。

6F价格大幅上涨，LiFSI制造工艺进步优化成本，新型锂盐经济性逐渐显现。随着我国电动智能车和储能设备的高速发展，锂电池的市场需求快速增长致使LiPF6供需平衡偏紧，价格步入上升通道，LiPF6已由2021年年初的10.7万/吨上涨至52.5万/吨，增长390.6%。LiFSI由于工艺成熟度有限、产物收率低导致价格偏高，限制了其在市场中的应用，但随着持续的技术突破和工艺优化，叠加产品规模化带来的边际效应，近年来LiFSI的成本及售价逐步下降，2020年市场价格约为40万元/吨，不到2016年价格的一半，LiFSI和LiPF6之间价差逐渐缩小。

预计2025年LiFSI市场空间有望超300亿元。随着新能源产业发展，预计全球锂电池需求将继续增长，电解液需求同时也会进一步增长。根据天赐材料、新宙邦环评信息，每吨电解液对溶质锂盐的需求基本维持在0.126吨，但随着电池能量密度要求的不断提升，电解液中有机溶剂占比会减少，溶质锂盐比例会变相增大。根据中信证券研究部新能源车组对全球锂电装机量的预测，我们测算2025年全球溶质锂盐的总需求约为25.83万吨。我们认为LiFSI作为锂盐将替代部分LiPF6，2025年市场渗透率有望达到50%。基于50%渗透率，我们预测2025年其全球市场需求将达到12.91万吨，按照25~30万/吨价格计算，市场空间约为323-387亿元。

二、LiFSI合成工艺多样化，原料单耗持续优化推动降本

1、LiFSI合成工艺多样化，基于氯化亚砜的氯磺酸法有望成主流工艺。

LiFSI产业进入快速发展阶段。1995年，Michel Armand博士首次提出将LiFSI作为新型锂电池溶质锂盐，但由于该工艺中原料氟磺酸价格昂贵，且对生产设备的腐蚀非常厉害，阻碍了其商业化进程。2012年，日本触媒宣布已确立了溶质锂盐用LiFSI的工业制造方法，次年，全球首个产业化级别的LiFSI生产线由日本触媒实现。中国企业对LiFSI的产业化合成的研究始于2015年前后，并在2017年逐步落实产能，目前全球各大企业已开始陆续投资布局规模化的LiFSI产能。

海外企业LiFSI合成工艺发展较早，而中国企业近年相继攻克LiFSI合成工艺。日本触媒在2009年就开始研发LiFSI工业合成方法，不仅在专利上布局最早，也仍在不断优化合成工艺。其后，欧美企业如法国阿科马也陆续攻克LiFSI合成工艺。根据现有可查阅的资料，江苏华盛是我国LiFSI工艺研发的开拓者，与欧美企业大致相当，在2012年已经成功掌握了LiFSI的合成技术。随着市场对新型锂盐关注度的提升，2015年后大量企业加码布局，韩国天宝和我国多家企业如天赐材料、新宙邦、多氟多、康鹏科技、氟特电池等纷纷突破LiFSI合成工艺的技术壁垒。

目前LiFSI的工艺路线主要包括氯磺酸法和硫酰氟法，合成过程可分为三个环节。LiFSI合成环节依次为双氯磺酸亚胺（HClSI）/双氟磺酸亚胺（HFSI）合成、氟化和锂化。根据合成关键前驱体HClSI/HFSI过程中使用的核心原料，LiFSI生产工艺路线可分为氯磺酸法和硫酰氟法。具体到三大合成环节，又可根据原料、催化剂的差异具体区分。

氯磺酸法工艺控制难度较低，市场采用比例大。氯磺酸法中三个环节相对独立，而硫酰胺法则可以缩短环节至两步甚至一步完成，在效率上优势明显。硫酰氟法在进料时温度通常要求低于室温，反应过程中的温度一般维持在25℃左右。但是，它的反应会释放大量热量，且形成固体盐，难以迅速将热量传递出来，这无疑增加了工艺控制难度。氯磺酸法要求的反应温度在100℃左右，且产物溶于溶剂中，因此合成时温度控制容易。相较而言，氯磺酸法具有安全易控等优点，所以目前大部分企业主要采用氯磺酸法，硫酰氟法仅有少部分欧美企业使用。

氯磺酸法中，HCISI合成采用氯化亚砜路线的成本优势明显，但能耗略高。氯磺酸法中双氯磺酸亚胺合成环节原料可进一步细分为两类：以氯磺酸、氨基磺酸和氯化亚砜为原料，或以氯磺酸和氯磺酰异氰酸酯为原料。从原料成本看，虽然它们的价格周期性波动较大，但以氯化亚砜的原料成本较以氯磺酰异氰酸酯为原料的成本平均每吨HCISI低2万元以上。从反应条件看，两种路线的反应温度差异不显著，但氯化亚砜路线（反应需要20-30h）较氯磺酰异氰酸酯路线（反应需要10-25h）需要的反应时间略长，对于能源的需求更多。

氟化环节中，海内外企业对氟化剂的选择不同，国内企业主要采用的氟化氢路线。氟化环节的核心在于如何更便捷地氟代双氯磺酸亚胺中的氯原子，目前国内外采用的氟化剂主要为氢氟酸（氟化氢）和氟化铵，两种氟化剂工艺特点也较为鲜明。氟化氢和双氯磺酸亚胺的反应为气-液两相反应，通常会加入催化剂，反应耗时也较长，但优点在于不会引入杂离子，有助于双氟磺酸亚胺的提纯。氟化铵和双氯磺酸亚胺的反应为液相反应，相对于气-液两相反应更容易进行，通常可不添加催化剂，反应耗时短，但会引入杂离子在体系中，需要额外的提纯步骤。目前我国企业多采用氟化氢，而海外企业则在氟化剂路线选择上更为丰富，日本触媒和法国阿科玛在氟化氢、氟化铵和其他氟化盐上均有专利布局。

锂化环节多数企业选择使用碱性锂或卤化锂。LiFSI合成中可选择锂源较多，除羧酸锂对反应条件较为苛刻，其余锂源的锂化工艺难度均不大。目前锂源的选择主要在于成本，其中碱性锂类如氢氧化锂和碳酸锂，以及卤化锂类的氯化锂，锂化成本较其他锂盐更低，因此目前企业主要采用该两类锂源。当选用碱性锂尤其是氢氧化锂时，与HFSI反应会产生少量水分，LiFSI的高水溶性会降低最终产物的萃取效率，此外，LiFSI在40℃以上的水系中会分解，因此有时在使用氢氧化锂作为锂源时会加入额外的氯化亚砜作为干燥剂（吸收水分），从而提升产物收率。

不同工艺选择下收率具有差异。收率通常是除反应条件和反应原料以外在工艺选择中需要考量的点。LiFSI合成具有3个环节，每个环节的原料选择较多，不同原料搭配的收率具有一定差异，收率差异跨度在15%左右。目前国内企业多采用氯磺酸法-直接氟化法（配套提纯工艺，收率在90%以上）-碱性锂（碳酸锂）法工艺路线，合成反应后收率在80%以上（合成环节后再进一步提纯）。

基于氯化亚砜的氯磺酸法或成为未来主流LiFSI合成工艺。不同企业的专利布局具有一定区别。多氟多和天赐材料不仅掌握氯磺酸法还布局了硫酰氟法，更注重全面进行LiFSI合成领域专利布局。日本触媒和康鹏科技专利布局倾向以氯磺酸法为基础，进一步优化氟化或锂化的原料选择，专精氯磺酸法LiFSI合成。虽然不同企业在LiFSI合成专利布局方面各有侧重，但大部分企业都以氯化亚砜氯磺酸法为导向做了不同层次、不同细分环节的专利布局，表明企业对该方法有极高的认可度。

2、工艺进步效果显著，2019年以来新工艺、新装置引领降本。

LiFSI旧工艺目前制造成本约为27万/吨。由于硫酰氟法较为小众，该工艺实际生产中的具体信息披露较少，成本难以统计，我们主要测算对比了氯磺酸法工艺的成本。康鹏科技披露的招股说明书揭示其氯磺酸法LiFSI的制造成本约为27万/吨，2016年制造成本较高在于该年LiFSI生产线属于产能爬坡阶段。但根据康鹏科技的环评，该生产线建设时间较早，工艺成熟度有限，三个核心环节原料转化效率均未超过55%，原料单耗较高导致成本较高。此外，该工艺中选用氢氧化锂为锂化过程中的锂源，导致需要加入额外的氯化亚砜作为脱水剂，产生了额外的制造成本。

LiFSI新工艺目前制造成本已降至12万/吨左右。目前LiFSI工艺属于快速发展阶段，更新较快，LiFSI收率也在快速攀升。根据2019-2020年环评，我们以天赐材料的LiFSI项目的折旧费（房屋及建筑物和设备的折旧年限分别是20年和3年，年折旧率分别是5%和33.3%）作为参考，按照环评定员人数估算人工费用，对当前新技术背景下的LiFSI制造成本进行测算，结果显示，氯磺酸法LiFSI的制造成本目前已可控制在12万元/吨左右，其中原料成本和能源成本为主要生产成本，分别约占总生产成本的56%和21%。考虑到2019年以来工艺的进步，我们认为当前LiFSI的制造成本有可能会进一步降低。

3、对比理论物料单耗，预计LiFSI仍有降本和工艺优化空间。

目前LiFSI制造工艺中，部分核心原料使用效率偏低，后续仍有较大提升空间。比对环评的物料实际消耗和基于化学方程式测算的理论物料消耗水平，我们发现，LiFSI合成第一环节（HCISI/HFSI合成环节）除氯化亚砜外的所有原料，如氯磺酸异氰酸酯、氨基磺酸、氯磺酸等，第二环节氟化环节的氟化剂，如氢氟酸（氟化氢）、氟化钾等核心原料的使用效率都较低，均在50%左右。

通过优化原料单耗、提升原料回收率、提纯工艺等措施提高LiFSI收率，LiFSI制造成本仍有下降空间。LiFSI的合成主线已经基本确立为氯磺酸法，但LiFSI合成工艺仍存在产物提纯难度大、产物收率低等问题。由最近几年企业申报的专利来看，目前企业正积极地从提纯方法和原料回收再利用两方面进一步优化制造工艺，降低成本。

未来氯磺酸法每吨LiFSI成本预计可以降至10万左右。从前面分析中已知基于氯化亚砜和基于氯磺酸异氰酸酯的制造工艺中多个核心原料都存在使用率较低的问题。依据LiPF6工艺成熟度（原料使用效率在90%左右），我们对两种细分氯磺酸工艺路线的LiFSI成本进行了预测，考虑到人工成本和折旧成本的进一步优化，我们认为未来LiFSI制造成本有望降至10万元/吨左右。

LiFSI项目所需投资建设费用及建设周期均较LiPF6更多，工艺成熟后仍有优化空间。新型锂盐LiFSI工艺环节多，大多原料具有强腐蚀性，废弃废液处理难度大，因此LiFSI项目所需投资以及建设周期分别为项目规模相似LiPF6项目的2倍和1.5倍，我们认为随着工艺进步和产业规模化效应的推动，LiFSI投资强度和产能建设周期仍有优化空间。

三、LiFSI及相关材料需求有望爆发，龙头公司强者恒强

1、LiFSI有望迅速放量，关注具备工艺、成本优势的头部供应商。

LiFSI需求有望呈现快速增长态势。受限于价格因素以及有限的工艺成熟度，目前LiFSI在市场极少作为锂盐，而普遍用作添加剂改善电解液导电性，在电解液中的添加量不足1%，市场需求约为数百至千吨级。LiFSI出色的高导电率和宽工作温度将更能满足更高能量密度的动力电池以及不同地区储能电池的应用要求。目前LiFSI制造成本已成功降至12万/吨左右，而LiPF6的制造成本则在8-10万/吨左右，成本的下降将加速LiFSI在锂盐领域的渗透。再结合锂电池需求高扩张拉动电解液锂盐刚性增长，因此我们认为LiFSI的需求在未来几年会以逐年倍增的速度增长，预计2025年需求为12.91万吨，约相当于2020年的65倍。

企业加码布局，产业链积极应对LiFSI需求爆发。根据目前已公开披露的企业规划统计，LiFSI产能有望在2023-2024年迅速增长，以匹配LiFSI需求爆发式增长。我们预计2023年以及2024年，产能将分别同比扩大约3.7万吨和6.5万吨；预计2025年LiFSI规划产能将达到13.7万吨，较2020年增长2135%，2020-2025年表观产能CAGR为86.1%。未来5年全球LiFSI规划新增产能中98%来自我国企业，其中天赐材料、永太科技和新宙邦位列规划产能前三位，未来3-5年新增产能分别约为6万、2万以及1万吨。

市占率趋势两级分化，龙头公司凭借技术及成本优势有望强者恒强。2020年LiFSI的主要生产企业数量为8家，主要产能来自天赐材料、康鹏科技以及多氟多，其中天赐材料市占率为36%，LiFSI产能CR3集中度为73%。我们预测到2025年，LiFSI的主要生产企业数量增至12家，产能CR3集中度有望持平，但尾部的竞争将更为激烈。结合目前披露的产能规划和专利储备情况，我们认为天赐材料进一步巩固市占率优势，其产能占比将扩大到40%以上，新宙邦、多氟多、康鹏科技和永太科技均有望成为LiFSI行业的重要供应商。我们认为若LiFSI需求爆发趋势被进一步确立，具备技术和成本优势的头部供应商如天赐材料、新宙邦、多氟多等有望加速、加大规模扩产以提升市占率。

预计高工艺壁垒将使LiFSI有望保持可观的盈利能力。LiFSI制造中涉及大量有毒、腐蚀性、挥发性原料及危险化学品，且中间产物对水、空气以及温度敏感易分解，制造技术壁垒高，我们预计能够产业化LiFSI的企业数量将十分有限。未来高度集中化的市场格局有望使LiFSI毛利始终保持在30%以上，而LiPF6产业发展多年，成熟的产业化使得LiPF6毛利率逐年下降，自2019年后，除天赐材料以外的供应商毛利率基本维持在15%~20%附近。

LiFSI技术差异导致各供应商成本存在较大差异。目前已有的LiFSI项目大多包含大量其他材料的制造，因此制造费用和人工成本较难通过环评直接获得。我们通过类比法，假定同类LiFSI技术路线的制造费用和人工成本相等，再结合各家环评披露的原材料成本测算了目前部分LiFSI企业的制造成本，结果显示LiFSI制造成本两级分化明显，天赐材料、多氟多以及氟特电池等新LiFSI技术（2019年后规划设计）下每吨制造成本相比老工艺技术（2017-2021年规划设计）低近50%。

根据现有公开资料测算，天赐材料和多氟多LiFSI成本优势明显。若每吨LiFSI市场价格为45万元，则LiFSI的毛利率普遍在40%以上，其中天赐材料和多氟多目前披露的工艺路线多个环节转化效率可超过95%，凭借自身原料高转化利用率的工艺优势可以实现超70%毛利率。此外，由于新宙邦自2021年下半年起加速LiFSI产能规划，结合专利布局情况，我们认为新宙邦的LiFSI成本可能也具备一定比较优势。

投资强度呈现逐年下降趋势，各企业投资强度相似。随着LiFSI工艺不断进步，投资强度有明显改观。2020年及以前投资强度较大，每吨LiFSI的投资需要20亿元以上。而2021年单吨LiFSI投资强度降至约5亿元，较2020年前下降幅度超过80%。投资强度的下降一方面体现了头部企业的工艺进步，另一方面也与近年来LiFSI产能规模不断加大、摊薄折旧及人工成本有关。同期，各企业间投资强度未发现明显差异性。

2、LiFSI有望拉动成膜添加剂、集流体保护剂需求扩张。

行业相关下游企业普遍已布局LiFSI电解液。从专利布局角度看，电池以及电解液企业多数已拥有LiFSI相关电解液配方。相对而言，电解液企业在LiFSI电解液配方上的专利布局更为全面，且电解液配方的研究时间更早，基本在2015年及以前已经布局了相关专利。电池企业紧随其后，目前电池企业中也有多家掌握了LiFSI作为锂盐的电解液配方。

LiFSI电解液中添加剂VC含量更高。LiFSI相对于LiPF6的SEI形成能力更弱，需要更多成膜添加剂（VC、FEC、VEC等）辅助其与负极形成SEI。天赐材料专利中给出的电解液配方揭示LiFSI作锂盐时的VC、VEC、FEC、PST等成膜添加剂的需求占电解质总质量的2.5-8%左右，高于目前LiPF6电解液体系中约1.4%的VC质量分数。

LiFSI发展加速VC需求增长。LiFSI体系对VC的需求量较LiPF6高65%，所以LiFSI锂盐在市场的逐渐渗透将加速VC的需求，我们预计2025年VC需求将达到3.7万吨，较2020年增长736.7%，5年CAGR为53.0%。VC产业链现有产能规划较大的永太科技、天赐材料、新宙邦、苏州华一（奥克股份参股35%）等均值得关注。

LiFSI材料特性驱动草酸硼酸盐LiBOB和LiODFB需求扩张。LiFSI除SEI形成能力较弱外，还存在对铝集流体的腐蚀问题，目前针对该问题解决方法是添加草酸硼酸盐，如LiBOB和LiODFB等，作为铝集流体保护剂。根据专利CN109994775A以及CN105745780B结果，我们推测LiFSI体系电解液中使用LiODFB作添加剂时的用量约为3%，而使用LiBOB作添加剂时的用量将大于3%。在LiPF6中草酸硼酸盐添加剂的用量基本可以忽略，因此LiFSI电解液将作为LiBOB或LiODFB需求扩张的主要驱动力，我们预计2025年该类添加剂市场需求为3.0万吨，较当前不足2000吨的全球产能有较大增长空间，有望带来相关产业链的投资机会。

3、主流工艺核心原料氯化亚砜未来可能供需偏紧。

核心原料氯化亚砜未来可能供需偏紧。我国氯化亚砜目前产能约为34万吨，氯化亚砜作为性能优良的氯化剂，主要应用于农药、医药及染料等传统领域，2020年需求量为25万吨左右（百川资讯数据）。根据凯盛新材招股书，2017-2019年氯化亚砜需求CAGR约为8.7%，考虑到氯化亚砜下游传统领域增速较慢，我们认为未来五年氯化亚砜下游传统领域用量将以2万吨/年的新增量继续增长（对应2021、2025年同比增速分别为8%、6%）。LiFSI作为新兴领域，其快速发展会带动氯化亚砜的需求。基于新LiFSI的合成工艺——每吨LiFSI消耗吨耗1.4吨氯化亚砜，我们预测至2025年氯化亚砜的需求将达到53万吨，未来氯化亚砜可能出现供需偏紧情况，建议关注国内主要供应商凯盛新材、理文化工（H）、世龙实业、金禾实业。