提高新能源汽车安全性就靠它：双氟磺酰亚胺锂

新能源汽车的高速发展，带动了新材料产业的蓬勃发展，也驱动了对新材料的研发和应用的力度。目前来看，新能源汽车的短板是里程瓶颈和充电问题，而对于里程瓶颈的解决方向，很大程度上集中在锂电池的溶质和溶剂的研究，其中新型溶质的双氟磺酰亚胺锂（双氟磺酰亚胺锂），被称为锂电池工业的下一代。

根据平头哥调研发现，双氟磺酰亚胺锂（LiFSI）是目前锂电池行业中炒作的热点，也是新材料行业中关注的方向。双氟磺酰亚胺锂是由氨基磺酸、二氯亚砜、氯磺酸和液氨等原料加工生产，主要作为锂电池的电解液中的溶质存在，目前中国被全部应用于锂电池行业中。

图1：双氟磺酰亚胺锂产业链流程图

目前，双氟磺酰亚胺锂行业下游客户主要为动力电池及新能源动力汽车企业，包括韩国LG、韩国三星、日本松下、美国SolidEnergySystemsCorp.等知名新能源电池生产商以及德国大众汽车公司、日本丰田汽车公司等。

图2：氟特电池双氟磺酰亚胺锂项目反应步骤

双氟磺酰亚胺锂在有水的环境下在受热或者高温条件下易分解，且生产过程中若引入其他金属离子会给双氟磺酰亚胺锂的性能带来不良影响，因此为满足电解液的使用要求，双氟磺酰亚胺锂对于水分、金属离子等指标有严格限定。由于目前尚无有效的纯化方法去除双氟磺酰亚胺锂中的杂质，只能通过采用合适的生产工艺避免水、酸和其他金属离子引入。

根据对光大证券相关分析报告显示，传统的双氟磺酰亚胺锂合成工艺由于其副反应多、收率低、能耗高、成本高等缺点，且合成出双氟磺酰亚胺锂纯度难以达到电池级的标准，不利于双氟磺酰亚胺锂大规模商业化生产。现阶段国内外真正实现产业化生产的厂商屈指可数，仅有日本触媒、韩国天宝、康鹏科技等公司能实现稳定量产。

图3：氟特电池双氟磺酰亚胺锂项目工艺流程

随着国内各公司加大投入研发，不断努力改进双氟磺酰亚胺锂生产工艺，最终成功解决了双氟磺酰亚胺锂生产路线中的现有技术问题，实现了产业化技术突破。目前国内公司双氟磺酰亚胺锂的制备方法主要有三种，基本均是以双氯磺酰亚胺为原料或中间原料，再与锂盐反应实现工业化生产。这些工艺具有原材料易得、流程简单、成本较低、反应彻底（副反应少）、产品纯度高等特点，为我国双氟磺酰亚胺锂的工业化生产提供了强有力的技术支撑。

图4：国内双氟磺酰亚胺锂主流合成工艺

图5：氟特电池LiFSI项目物料平衡表

根据对光大证券相关分析报告显示，锂离子电池中，电解液是锂离子迁移和电荷传递的介质，其指标直接决定了锂离子电池的能量密度、充放电倍率、循环寿命、安全性等性能，是锂离子电池体系的重要组成部分。电解液由溶剂、溶质锂盐、添加剂在一定的条件下按照一定的比例配置而成。其中，溶质锂盐决定了电解液的基本理化性能，是电解液成分中对锂离子电池特性影响最重要的成分。

图6：锂离子电池电解液的构成

考虑到电池成本、安全性能等因素，六氟磷酸锂(LiPF6)是商业化应用最为广泛的锂电池溶质锂盐，然而在使用过程中，LiPF6也存在热稳定性较差、易水解等问题，造成电池容量快速衰减并带来安全隐患。

图7：双氟磺酰亚胺锂（LiFSI）与六氟磷酸锂(LiPF6)性能对比

新型电解液溶质锂盐LiFSI具有远好于LiPF6的物化性能：1、更高的热稳定性——LiFSI熔点为145℃，分解温度高于200℃；2、更好的电导率；3、更优的热力学稳定性——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℃时与其部分成分发生置换反应。因此，LiFSI可成为改善LiPF6缺陷的最佳替代品，符合未来电解液的发展趋势。

根据相关机构的检测数据显示，LiFSI加入LiPF6电解液中能够提高电解液的电导率和锂离子迁移数，能够很明显提高锂电池的性能。另外，LiFSI有助于降低电极表面膜阻抗，形成稳定的、导离子性较好的钝化膜，相对于纯LiPF6电解液，LiFSI的加入明显降低了电解液/电极界面的阻抗，这说明LiFSI的加入使LiFePO4表面形成更有利于锂离子通过的钝化膜。

未来，随着三元锂电池市场占有率逐渐提升，其相对较差的高温安全性（相对于磷酸铁锂）将成为亟待解决的问题。换而言之，这将推动电解液往高压、高安全性的方向发展。而传统的六氟磷酸锂盐在高温高压电领域应用有限，而LiFSI能大幅提高电解液耐高温和高压性能，在实现电池高温循环稳定性方面，包括延长循环寿命、提高倍率性能和安全性上均会有极大的提升。

图8：2019年全球LiFSI产能（吨/年）

2013年，日本触媒开始对LiFSI进行量产，前期由于LiFSI制备工艺复杂、提纯难度大、生产成本高，导致国内相关企业不具备量产能力，部分高端领域公司主要依靠进口小范围使用LiFSI。

近年来，诸如康鹏科技、新宙邦、氟特电池等国内的一批公司相继突破了LiFSI生产技术难点，实现了相关专利保护，还建设投产了工业化产线，成功打破了日本触媒对LiFSI市场的垄断格局。截至2019年，全球共有LiFSI产能1400吨，其中我国拥有产能800吨，已超过日韩产能总和，成为全球最大的LiFSI生产国。

根据对光大证券相关分析报告显示，预计到 2023 年，全球将新增 LiFSI 14080 吨产能，使全球 LiFSI 总产能达到 15480 吨。届时国内将总共拥有 11400 吨 LiFSI 生产能力，全球占比将近 75%，国内 LiFSI 的国产化进程将进一步加快。

最后，平头哥建议，作为锂电池工业的下一代，双氯磺酰亚胺锂将成为锂电池行业发展的新的明星，建议有实力的企业可以重点关注。