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氟化工产业升级方案——六氟磷酸锂及电池级氟化锂皇甫根利焦作皇甫化学技术有限公司煌烳氟化学技术研究所一、产业现状•目前，氟化工产业再次进入低谷，萤石、氟化氢、氟化盐、制冷剂等产品需求疲软，传统氟化工产品价格下滑，利润微薄，普遍存在产能过剩、产品技术同质化严重的问题，氟化工企业普遍限产停产举步维艰。•六氟磷酸锂作为高端精细氟化物产品，由于其技术含量高、发展前景广阔、产品利润丰厚，成为氟化工产品结构调整，产业技术升级的重要项目之一。二、产品介绍•六氟磷酸锂，分子式LiPF6，主要用作锂离子电池电解质材料。六氟磷酸锂电解液主要用于锂离子电池制造。•电池的历史可以追溯到公元前100年，当时已经产生了电池原型；但电池的真正发展是在1800年之后，伏特在这一年发明电池，人们对电池的原理才有了合理的解释；1959年，可充电的铅酸电池最先得到应用；1990年，锂离子电池诞生。•六氟磷酸锂，分子式LiPF6，主要用作锂离子电池电解质材料。六氟磷酸锂电解液主要用于锂离子电池制造。•1992年，日本索尼第一个实现锂离子电池商业化。作为一种绿色环保可充电电池，锂离子电池具有能量密度高、使用寿命长、自放电率低、无记忆效应等优点，因此，锂离子电池已经在便携式设备（手机、笔记本电脑、数码相机和摄像机等）、电动工具和电动车领域得到广泛应用。•电动汽车：未来锂电池需求增长的主要推动力。电动汽车主要有HEV（混合动力汽车）、PHEV（充电式混合动力电动汽车）和BEV（纯电动车）。其中HEV的主要动力来源于内燃机，电池动力系统作为辅助动力；PHEV则主要依赖于电池动力系统；BEV则完全取消了传统的内燃机作为动力源，而全部采用自身携带的储能电池作为动力源。目前，电动汽车已经得到美国、日本和欧盟等主要国家政府的政策支持。•在主要国家政府政策支持下，世界主要汽车厂商已经制定电动汽车（主要是锂电池电动车）推广计划并付诸实施。从2009年下半年开始，日本丰田和日产汽车公司都加大了在动力锂电池上的投入，丰田汽车公司在2009年9月推出了首款锂电池驱动的PHEV，并表示在2010年形成量产；日产雷诺联盟在2009年底宣布将新建一家车用锂电池生产工厂。此外，2010年全球知名的汽车厂商戴姆勒奔驰汽车公司、通用汽车公司、大众汽车公司、宝马汽车公司都将陆续推出锂电池HEV、PHEV或者BEV。•IIT的报告显示，在2009年之前锂电池电动汽车的份额较小，电动汽车主要采用镍氢电池作为动力源；从2010年开始，汽车制造商开始大幅提高锂电池作为动力源的比例，2010－2013年为锂电池电动汽车的快速成长期，并于2013年达到226万辆，年均复合增长率为124.78%，2013－2018年将进入稳步发展阶段，2018年达到近600万辆，年均复合增长率为20.90%。•我国也已经大力推广采用锂离子动力电池的新能源汽车。目前，比亚迪双模电动汽车F3DM及纯电动车E6、福田汽车混合动力客车、安凯客车纯电动客车、万向纯电动汽车、海马并联纯电动轿车Mpe、长城欧拉纯电动轻型车、中通客车纯电动客车、北京京华客车的纯电动客车、天津清源的幸福使者纯电动轿车及哈飞赛豹纯电动轿车等，全部采用锂离子动力电池。•其中，多款车型已经投入实际运营，如比亚迪双模电动汽车F3DM于2008年12月上市；福田汽车2009年1月获得北京公交集团800辆混合动力客车整车及底盘的采购协议；京华客车、中通客车、安凯客车均提供纯电动客车为2008北京奥运会服务；万向纯电动车已在杭州投入运营达四年，2009年4月“万向纯电动汽车·锂电池生产基地”动工，建成后将达到年产1000辆纯电动商用车、10万台套锂离子动力电池的产业规模。•为了满足电动汽车对锂离子电池的需求，国内外汽车厂商都加大了对锂离子电池的投入。2009年1月，通用汽车宣布将通过在美国设立第一家由大型汽车生产商运营的锂电池堆生产工厂，来负责生产雪佛兰Volt所用电池堆系统（雪佛兰Volt计划于2010年实现量产）；德国从2009年起启动了一项3.6亿欧元的车用锂电池开发计划，几乎所有德国汽车和能源巨头均携资加入；日本经济产业省积极推动其汽车锂电池标准化，日本丰田、日产、本田等汽车厂商以及三洋电机、日立、松下电池等相关企业将合力开发统一规格的新一代汽车锂电池；日本企业还力争在安全标准和充电方式等方面获得国际标准化机构(ISO)的认证，以期在该领域抢夺先机。•锂离子电池电动车产量增加必将带动电解质（主要是六氟磷酸锂）的需求。仅从国内市场来看，根据《汽车产业调整和振兴规划》,我国将在2011年之前形成50万辆新能源汽车产能,新能源汽车销量占乘用车销售总量的5%左右，则到2012年销量至少将超过50万辆；按锂离子电池占有率80%及每辆混合动力汽车平均用40公斤电解液计算，电解液的需求将增加16000吨，按照1吨电解质可生成10吨电解液来算，国内电解质的新增需求增加1600吨。•电动自行车：锂离子电池需求增加的又一亮点。我国电动自行车占了全球电动自行车总量的90%以上。由于价格因素，国内电动自行车90%采用铅酸电池，8%采用镍氢电池，锂离子及其它电池只有2%左右。综合考虑电池重量（在电动自行车上采用的铅酸电池本身重达10kg以上，如果采用锂离子电池，则电池的重量可以降到3kg左右）、使用寿命、行驶距离和美观性等因素，以及规模化应用导致成本不断下降，锂电池在电动自行车领域的用量将会大幅度增长。•储能领域：锂电池在能源储备领域也有重要应用。首先，采用锂电的能源储备装置，可以在用电低谷时充电，在用电高峰时使用储能装备中所存储的电能。其次，清洁能源中如风能、太阳能、潮汐能等都是间断性的能源，锂电储能设备配合上述清洁能源的使用，在发电时储能，在间断期间释放能量，能有效地缓解我国能源紧缺的现状。•便携式电子产品：目前锂电池应用的重要领域。锂电池在便携式电子产品领域，如笔记本电脑、手机、数码相机和数码摄像机等产品中得到广泛应用，其中在笔记本电脑和手机中的使用量最大。2003-2018年全球锂离子电池产值预测2008-2014年锂电池的市场份额及动力用途比例2008-2020年世界电动汽车增长预测（单位：万台）•六氟磷酸锂：受益锂电需求增加，未来有望呈现爆发式增长。我们预计，便携式电子产品对六氟磷酸锂的需求将稳中有增，电动汽车和电动自行车将是未来六氟磷酸锂应用最主要的领域，电动汽车和电动自行车的推广将带动六氟磷酸锂需求量爆发式增长。三、市场分析•2009年，中国的六氟磷酸锂产量仅有320吨左右，到了2011年，该产量已经达到了1500吨左右，比2009年增长了近4倍。预计到2015年，中国的六氟磷酸锂产量将达到6000吨，年复合年均增长率约在60%左右。•2009年，国内仅有天津金牛和森田化学（张家港）有限公司在生产六氟磷酸锂，天津金牛年产量仅有80吨，森田化学（张家港）有限公司的产量则为240吨。•2010年，天津金牛的产能增加到500吨/年，当年产量估计在300吨左右。森田化学（张家港）有限公司二期产能扩张于2010年7月份完成，共计有720吨的年产能，2010年的产量大约在400吨左右。•2011年，森田化学（张家港）有限公司在10月份增加了900吨的年产能，其六氟磷酸锂产能已达到1620吨/年，2010年产量估计在800吨左右。此外，多氟多化工股份有限公司的年产200吨六氟磷酸锂项目也与4月份开始建成并销售。加上天津金牛，2011年全年国内六氟磷酸锂产量在1500吨左右。•就全球来看，2011年全球六氟磷酸锂产量在4800-5000吨左右，其中，日本森田化学、关东电化和SUTERAKEMIFA三家公司是六氟磷酸锂的主要供应商，2011年这三家公司的总产量合计达到3600吨左右，占全球总产量的约75%。（森田化学的六氟磷酸锂主要供给给三菱化学，关东电化的产品则主要供应给宇部公司，SUTERAKEMIFA的主要客户则为韩国ECOPEO。）企业名称产能（吨/年）森田化学1800关东电化1000SUTERAKEMIFA800韩国尉山300台塑200天津金牛500河南多氟多200合计4800•随着国内加大力度推广电动车，对锂电池等动力电池的需求将进一步加大，电解质等电池材料也会迎来爆发式增长。在良好的市场前景与巨大的利润空间的诱惑下，国内具备独立生产六氟磷酸锂能力的多家企业都在积极扩大产能，据悉，目前国内六氟磷酸锂领先企业多氟多已于今年投产2000吨电解质生产线。而九九久也已建成投产400吨的电解质生产线，其增加的1600吨产能生产线也在建设中。此外，天赐高新新增的1700吨生产线也将于今年投产。•据台湾工研院（IEK）预测，2014年世界六氟磷酸锂的用量将达到8000吨，2008年到2014年六氟磷酸锂的平均增长率约15.3%，2009年的金融危机明显抑制了其增长速度，随着世界经济的逐渐恢复，对其需求也不断增加。•新能源电动汽车时代的到来，将极大促进六氟磷酸锂的需求量，据台湾工研院（IEK）预测，2012年5800吨，2013年6750吨，到2014年世界六氟磷酸锂的用量将达到8050吨，2015年达到10000吨，在动力电池领域中的应用也将会占总量的72.5%左右。•今年7月9日，国务院发布《节能与新能源汽车产业发展规划（２０１２—２０２０年）》，规划提出，到２０１５年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量力争达到５０万辆；到２０２０年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力达２００万辆、累计产销量超过５００万辆。包括日本、德国、美国等传统汽车工业强国也都拟大规模的实现电动汽车保有量的发展规划。预计到2020年全球的电动汽车保有量将超1000万辆。•而据测算,每100万辆电动汽车需要4000吨六氟磷酸锂。如此则意味着到2020年单就电动汽车对六氟磷酸锂的消费需求就将达到4万吨,而目前全球的总产能4000多吨,这也就意味着未来10年六氟磷酸锂的产能增速将超过10倍。如果按照目前每吨28万元的售价计算,那么到2020年六氟磷酸锂的市场规模或将达112亿元,如果加上应市场供不应求到来的涨价效应,这个市场规模恐怕还要更大。而目前全球能掌握六氟磷酸锂的生产商却并不多。人少蛋糕大,也就意味着每个生产商能够获得的市场份额将会更为可观。四、技术分析•锂离子电池是指用可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池，与其他充电电池相比，具有工作电压高、能量密度大（重量轻）、无记忆效应、循环寿命长和无污染等优点而被广泛用于手机、笔记本电脑、数码相机、电动工具等便捷式电子设备。近年来随着世界各国对新能源的关注和新能源汽车扶持政策的出台，将为动力锂离子电池带来更大的发展空间。•六氟磷酸锂是锂离子电池电解液中的重要组成物质之一，与LiBF4、LiAsF6、LiClO4等电解质相比，在有机溶剂中的溶解度、电导率、安全性和环保性方面最具优势，成为目前应用范围最广的锂盐电解质。•由于六氟磷酸锂合成难度较高，整个生产过程涉及高低温、无水无氧操作、高纯精制、强腐蚀，对设备和操作人员要求高、工艺难度极大，我国在六氟磷酸锂产业化方面落后于日本等发达国家。但巨大的市场前景吸引越来越多的相关企业介入六氟磷酸锂的研究与产业化开发中，逐渐实现工业化合成工艺的技术突破，使我国摆脱只能生产低端六氟磷酸锂电解质的现状。•六氟磷酸锂技术起源于国外，之后逐步被我国部分研究机构和公司突破，并申请了多项六氟磷酸锂专利。在我国，最早递交六氟磷酸锂专利申请并获得专利许可的前2家公司都是国外公司。截至2010年，国内关于六氟磷酸锂的制备和纯化专利已经有18项。其中，国外公司2项，国内公司16项；天津化工研究设计院4项，多氟多化工股份有限公司3项，比亚迪股份有限公司3项。具体见下表：•六氟磷酸锂主要合成方法有气-固反应法、HF溶剂法、络合法和溶液法，目前最成熟的工业化生产方法为HF溶剂法，其优点是PF5与LiF都易溶于氟化氢中，因此可以在液相中发生均相反应，使整个反应易于进行和控制，缺点是残留在产品中的HF以配合物LiPF6·HF的形式存在，一