一文了解LiFSI工艺路线及市场未来!
新型电解液溶质锂盐双氟磺酰亚胺锂具有远好于六氟磷酸锂的物化性能,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;就目前的溶质发展来看,双氟可成为改善六氟磷酸锂缺陷的最佳替代品。
一、双氟与六氟的性能异同
数据来源:隆众资讯 双氟与六氟都作为锂电池的溶质,从基本性能而言,双氟优于六氟,但相对于六氟磷酸锂已经经历了产能的释放,目前市场较为成熟来看,双氟市场显然仍在发展中;一方面,尽管双氟磺酰亚胺锂性能优于六氟磷酸锂,但由于其制备工艺复杂,而且价格较高,当前主要作为添加剂添加到电解液中,利用双氟的高电导率、高热稳性和低黏度特征,制成一种双盐混合的电解液应用在电池中,克服了一些受到高低温限制的瓶颈;另一方面,事实上双氟对铝箔的产生的腐蚀较高,但此问题可通过添加剂来解决;综上所述,市场仍然给予双氟一定的期待。 二、合成路线 LiFSI因其良好结构稳定性和电化学性能等优异性能,由于其提纯、合成难度较大、排污处理难,导致其成本较高。 目前主要有四种工艺路线,其中最常用的路线是以氟磺酸、氯化亚砜和氨基磺酸为起始原料合成双氟磺酰亚胺(HFSI),再与锂盐反应制得LiFSI。该法通过改变原材料的选择,优化了第一步合成HClSI的过程,减少了反应步骤与反应产物种类,目前天赐材料、新宙邦、多氟多等企业均使用此方法。 此外,还有通过硫酰氟和氨气反应生成双氟磺酰亚胺(HFSI),再加入锂盐(Li2CO3、LiOH)制得LiFSI等工艺方法。其中采用氟磺酸和尿素为原材料的工艺方法中氟磺酸价格昂贵且对设备具有较强的腐蚀性,因此该方法较少被企业采用。 还有一种是异氰酸酯路线,目前还没有产业化消息。 三、用于电解液作用 相较于LiPF6而言具有更好的电化学性、抗水解性、热稳定性、导电性,目前主要作为电解液中的添加剂使用,也可单独作为电解质使用,被作为LiPF6的替代品,未来发展前景较好。 1. 高离子导电性能:LiFSI具有较高的离子导电率,能够提供更快的离子传输速度,从而提高电池的充放电性能和功率密度。 2. 宽电化学窗口:LiFSI具有较宽的电化学窗口,能够在较高的电压范围内工作,提高电池的能量密度和循环稳定性。 3. 良好的溶解性:LiFSI在常见的有机溶剂中具有良好的溶解性,能够与电解液中的溶剂和其他成分充分混合,提高电池的电解液的均匀性和稳定性。LiFSI电解液与SEI膜的两种主要成分有很好的相容性,只会在160°C时与其部分成分发生置换反应,LiFSI能够很好地弥补LiPF6的不足,是一种更加优质的电解液溶质锂盐。 4. 良好的热稳定性:LiFSI具有较高的热稳定性,能够在高温条件下保持电池的稳定性和安全性,LiFSI熔点为145°C,分解温度高于200°C。 四、企业产能一览 目前,从产能分布来看,时代思康、天赐两家企业占据整体双氟市场供给的大部分份额,并且如新宙邦、康鹏科技等企业也在逐渐突破双氟生产的难点,部分企业还实现了专利保护,尽管目前的双氟产能相较于六氟而言较少,但正在布局双氟产品的企业也不在少数,如立中能源、三美股份、石大胜华等企业。 五、市场发展趋势 虽然当前应用受限于技术门槛和生产成本高,但是从长期角度看,随着技术突破,双氟磺酰亚胺锂的生产成本和应用成本都将大幅降低,LiFSI有望逐步替代LiPF6,成为新一代锂电池电解质。而在电解液中,电解质占比达40%,而电解液添加剂只有不到5%,因此双氟磺酰亚胺锂未来拥有作为电解质的巨大的应用空间。 未来,随着锂电池产业的继续发展,下游电解液出货量持续增长,从而带动六氟磷酸锂(LiPF6)出货量进一步增加,预计到2030年,六氟磷酸锂出货量将分别达到84万吨。而双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)等新型锂盐也在持续研发推进中,当前双氟磺酰亚胺锂主要作为电解液中的添加剂与六氟磷酸锂配比使用,也可单独作为电解质,随着其工艺成熟度、技术难度、生产成本等方面不断改进,未来使用率将的大进一步提升,预计到2025年和2030年,双氟磺酰亚胺锂出货量将分别达到1.2万吨和37.5万吨。 根据业内访谈结果,目前LiFSI在总体锂盐中添加比例不超过10%,主要是主流路径三步法制备LifSI的成本较高,价格仍是6F的1.5倍多,限制了下游用量。国内2021年LiFSI需求3000吨,2022年9000吨,2023年2万吨左右,客户主要是宁德时代、比亚迪以及其他一些二线电池厂商。24年预计总需求在3万吨左右。市场一致性预测显示,到2025年,LiFSI的市场需求量预计将达到16万吨以上。与此同时,各厂商预计到2025年投产的产能约为13万吨,其他潜在在建产能约为10万吨。
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