锂电的发展历程（锂电材料行业专题研究）

（报告出品方/作者：天风证券，孙潇雅）

1 行业趋势：长续航、循环次数要求提升，DTD成新趋势

行业痛点：循环次数低、电池衰减，影响使用体验感

目前许多车型三元电池充放电次数约800次，磷酸铁锂电池在2500次左右。以特斯拉Model 3为例，标准版续航里程468km，假设电池充循环次数800次，电池使用寿命37.4万公里；若采用磷酸铁锂电池，假设循环次数2500次，电池寿命117万公里。

但多数电池无法实现800/2500次循环后仍保持初始状态下的续航里程，原因为电池会衰减，续航里程随循环次数增加而下降。特斯拉在2020年更新了Model S/X 车型的电池损耗数据，称在行驶20万英里后（32万km)，两款车的电池容量仍能保持约90%。

在《上海市2021年6月新能源车型里程可信度分析》中，累计驾驶6-9万公里的A级车车型里程可信度(实际可驾驶的总里程与标称续航里程的比值)前三分别是荣威Ei5（420km）、荣威Ei5（301km）以及北汽EU5,可信度分别为0.82、0.8、0.78。多数车经过9万公里里程后，电池包额定容量下降至初始值的80%以下。

特斯拉、宁德等企业并不止步于8年或16万公里，纷纷布局长寿命电池

以目前的质保情况看，特斯拉Model 3 的高压电池与驱动总成质保期为8年或16万公里（以先到者为准），且质保期内保有最低 70%电池容量。国内比亚迪汉、智己、广汽埃安等品牌对电池也分别有终身、8年内24万公里、终身（每年≤3万公里）的质保服务。但车企、电池企业并不止步于此，特斯拉、宁德时代等纷纷布局超长寿命电池。

2020年5月，特斯拉提交一项关于“镍钴铝（NCA）电极合成方法”的专利，该项专利将支持电动汽车电池的使用寿命延长到160 万公里，并且实现4000次充放电循环。2020年6月，宁德时代董事长曾毓群也表示：公司准备生产寿命达16年或行驶里程超200万公里的超长寿命动力电池，新电池的成本将高出约10%。（报告来源：未来智库）

160万公里续航远超燃油车报废里程，提升全生命周期经济性

在美国，一辆燃油车在使用约20万英里（32万公里）后报废；在欧洲，燃油车使用约15万英里（24万公里）后报废；在中国，根据商务部发布的《机动车强制报废标准规定》规定：小、微型非营运载客汽车和大型非营运轿车行驶60万公里强制报废。特斯拉车身已为160万公里准备，等待电池寿命提升。2019年，Tesla 的 CEO Elon Musk在推特上宣称 Model 3的驱动和车身是为100万英里（160万公里）的续航寿命设计的，但当时电池续航寿命为30万英里（48万公里）到50万英里（80万公里），未来替换能支持100万英里的电池模块需要5000-7000美元。若电动车使用寿命达到160万公里，将远超目前燃油车寿命，提升电动车全生命周期经济性。

2 DTD:改善高低温、循环性能的新型添加剂

减少高温放置后电池膨胀，改善低温放电、循环性能的新型添加剂

DTD（硫酸乙烯酯）是一种SEI成膜添加剂，平均添加比例约在1%，其作用在于抑制电池初始容量下降、减少高温放置后电池膨胀、提高电池充放电性能及循环次数等。此外DTD还可用于医药中间体，可用于合成抗高血压药品、新型双表面活性剂的原料等。

作为电解液添加剂，DTD有主要有以下作用： 1）提高电池高温循环、高温储存和低温放电性能； 2）减少高温放置后电池膨胀，降低容量衰减及内阻； 2）抑制电池初始容量下降，增大初始放电容量； 3）提升石墨负极的稳定性，并提升电池循环性能。

3 DTD工艺流程&降本空间

工艺流程：氧化法为目前主流路径，成本、产品指标、废料情况等均存在难点

DTD有多种合成方法，包括酰化法、取代法、加成法、二氧六环合成法、氧化法等。各种反应方法都有优缺点，如酰化法的优点是原料廉价易得，缺点是反应收得率低，原料硫酰氯或硫酰氟是危化品，腐蚀性强。

氧化法是目前电解液添加剂企业主要的合成方法，起始原料为乙二醇，与二氯亚砜反应生成中间体亚硫酸乙烯酯，再经过氧化形成 DTD。氧化法主要有五条反应路线，其中以次氯酸钠为氧化剂，在三氯化钌水溶液催化下得到硫酸乙烯酯（线路1）为目前较常用的方法。根据浙江天硕2020年6月环评书，我们认为天赐1000吨DTD的制备方法与线路1较为接近。

由于DTD发展时间较短，工艺还未成熟。从成本方面看，线路1使用的贵金属催化剂三氯化钌价格昂贵，难以回收利用；从产品指标看，产品种钠、氯离子指标易超出标准，影响产品应用效果；从废料情况看，使用过量次氯酸钠强氧化剂三废量大，产生大量含盐废水，对环境产生较大影响。

降本空间：制造成本与工艺改进是添加剂降本的重要途径

对比溶质6F、添加剂LiFSI，LiFSI成本结构中有更高的制造费用。6F工艺较为成熟，且添加量较大（添加比例约13%），而LiFSI 是一种新型添加剂LiFSI，预计目前平均添加比例2-3%，目前LiFSI有更高的制造费用。天际股份2020年6F成本中直接材料占比 74.8%，制造费用占比20.6%。康鹏科技2019年LiFSI成本结构中制造费用占比46.6%。

DTD是一种新型添加剂，工艺仍未成熟，由于产量较少，预计有较高制造费用。随着头部企业扩产，单个装置生产效率提升，预计有较强的规模效应。从工艺上看，产品纯度、连续化生产能力、污染物处理能力等都有望不断改进，提高生产效率并降低成本。

通过工艺改进，DTD环境污染、收率等问题也有望改善。2018年10月，苏州华一发布专利《一种硫酸乙烯酯制备方法》，使乙二醇和硫酸二乙酯在碱性催化剂下反应，生成DTD。此方法能够降低环境污染，更环保，且具有操作简单、安全、收率较理想等优点。（报告来源：未来智库）

降本空间：DTD头部企业向上游原材料布局，降低生产成本

2021年氯化亚砜需求旺盛，随着DTD、LiFSI需求提升，价格或继续提升。氯化亚砜整体行业格局较为集中，中国、印度、欧洲是核心生产区域，也是主要消费区域。根据QY Research预测，中国、印度、欧洲氯化亚砜市占率分别为55%、24%、18%。目前全国有氯化亚砜产能48万吨，凯盛新材氯化亚砜产能为15万吨/年，是全球最大的氯化亚砜生产基地。其他国内企业有：理文化工8万吨、世龙实业5万吨、金禾实业4万吨、和合化工5万吨。天赐正在布局部分氯化亚砜产能，可降低生产成本。天赐目前布局LiFSI项目，会同步布局部分氯化亚砜产能。

4 行业空间&竞争格局

DTD2021年均价约在24万/吨，长期看预计价格高于6F

从江苏国泰采购添加剂单价看，2018-2020年DTD采购均价分别为34.8、36、27万/吨，2021H1均价23.8万/吨。2021年上半年， 6F、DTD、LiFSI采购均价分别为13、23.8、34.7万元/吨，DTD价格低于LiFSI但高于6F。随着DTD行业供给增多，平均采购单价下降，但在添加剂中价格仍处于较高水平。由于6F周期性较强，目前价格超50万/吨，但长期看，预计DTD价格高于6F。

行业空间：预计2022、2025年DTD市场空间20、66亿元，CAGR48%

三元电池能量密度更高，但缺点是热稳定性较差，而DTD可提升电池高温循环、高温储存性能，以及减少高温放置后电池膨胀等，因此我们认为在三元电池中需要添加更高比例DTD。假设2022年铁锂电池添加比例0.5%、三元电池添加比例1.2%，预计2022年DTD 需求量0.94万吨，平均添加比例0.9%。随着电池性能要求提升，预计DTD添加比例提升。假设2025年铁锂电池添加比例0.8%，三元电池添加比例2%，预计2025年DTD需求4.2万吨，22-25年CAGR65%。我们预计2021年DTD价格约24万/吨，假设年降10%，2022、2025年价格分别为21.6、15.7万/吨，DTD需求分别为0.94、4.2万吨，市场空间分别为20、66亿元，22-25年CAGR48%。

竞争格局：天赐、石大胜华、研一DTD扩产较多，预计2023年天赐DTD产能达7000吨

2018年以来，DTD市场供给有所增加，逐步实现国产替代。目前扩产DTD的企业有天赐材料、石大胜华、新宙邦、研一、浙江福纬等。其中天赐、石大胜华、研一扩产幅度较大。

天赐材料：子公司天硕有1000吨DTD产能；2023年南通6000吨DTD预计投产。

石大胜华：在2019年8月公告的5000吨动力电池添加剂项目、2021年12月公告的1.1万吨添加剂项目中都有扩产DTD。1）5000 吨动力电池添加剂项目中：第一期20吨DTD，第二期400吨DTD；2）1.1万吨添加剂项目：含DTD 2000吨。

研一：DTD已于2021年12月底正式连续化量产，预计2022年6月产线产能完全释放后，产能可达到3000吨/年。

5 DTD VS LiFSI

DTD改善高低温性能、提升循环次数；LiFSI热稳定性好、电导率高，主要用于高镍电池

LiFSI与DTD都为新型添加剂，且合成路径中都有氯化亚砜，因此我们从作用、添加比例、市场空间、工艺难度等角度对两种添加剂进行比较。 DTD、LiFSI在作用上有一定相似性。例如，两种添加剂都能改善电解液高低温性能、增强充放电效率、提升循环性能。但DTD是一种成膜添加剂，LiFSI可作为添加剂使用，也可代替一部分6F，在作用上也有不同之处：

DTD：1）改善高低温性能 2）抑制电池初始容量下降。主要用于改善循环次数。

LiFSI：1）热稳定性强，循环性能好 2）电导率高，充放电效率提升。随着镍含量提高，材料热稳定性降低，因此在高压、高镍趋势下，LiFSI添加量提升明显。

LiFSI远期看可替代部分6F，添加比例更高，预计2025年市场空间253亿元，系 DTD的4倍

从添加量看，LiFSI可用作一部分主盐，添加比例更高。目前LiFSI作为电解液锂盐有两种应用方式：1）可作为添加剂使用；2）作为新型电解质替代 LiPF6。而DTD是一种成膜添加剂，与VC、FEC类似。我们预计铁锂添加比例不到1%。三元添加比例在3%以下。 Li

FSI主要用于三元电池，我们预计2022、2025年在三元的添加比例分别为3.5%、7%，平均添加比例分别为2.1%、3.3%，需求量分别为2.1、10.1万吨。假设2022、2025年单价分别为34.4、25.1万/吨，对应市场空间分别为73、253亿元，CAGR51%。2025年 LiFSI的行业规模是DTD的4倍。

从工艺难度看：LiFSI反应步骤更多，且合成难度更高

从反应步骤看，LiFSI的合成过程较为复杂，反应步骤更多，收率预计更低。LiFSI 一般要经过双氯磺酰亚胺（HClSI）、双氟磺酰亚胺（HFSI）、成盐三个步骤。而DTD总体分为2步：1）乙二醇和氯化亚砜为原料合成亚硫酸乙烯酯；2）亚硫酸乙烯酯经过催化氧化得到DTD。LiFSI反应步骤更多，预计收率更低。（报告来源：未来智库）

从反应过程看，LiFSI纯度要求较高，控制杂质含量为技术难点，DTD主要是三废量大、产品中钠离子等超标影响产品应用效果。 LiFSI 反应流程中将会产生水、HCl、HF、K 、Li 等副产物，前两个合成步骤所得中间物的纯度和收率对最终LiFSI性能的影响很大，控制酸、水、金属离子等杂质的含量是目前的技术难点。DTD的难点主要在于三废量大，产生大量含盐废水，对环境产生较大影响，且产品中钠、氯等离子指标易超出标准，影响产品应用效果。

报告节选：

锂电的发展历程（锂电材料行业专题研究）(1)