锂电池 emc 维远股份去年净利大增200%，切入锂电池电解液领域能分到一杯羹吗？

维远股份去年净利大增200%，切入锂电池电解液领域能分到一杯羹吗？

记者 | 牛其昌

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作为新晋锂电池概念股，维远股份（600955.SH）公布了上市以来的首份年度成绩单：在净利润同比大涨200%的同时，公司宣布将加快10万吨/年高纯碳酸二甲酯项目建设，意图进一步“分羹”锂电池电解液市场。

3月3日，维远股份回应界面新闻称，2021年全国碳酸二甲酯产能120万吨左右。以目前产能来看，项目达产后，公司碳酸二甲酯将占国内产能8%左右。

进军锂电池电解液领域

3月2日，维远股份发布2021年年度报告称，2021年，维远股份实现销售收入96.35亿元，同比增加119.65%；归属于上市公司股东的净利润21.5亿元，同比增加200.61%，每股收益4.72元。

公司称，本期营业收入和利润总额增长，主要系公司35万吨/年苯酚、丙酮、异丙醇项目于2020年10月底投产，本期产能释放和部分产品价格上涨幅度大于部分原材料上涨幅度。与此同时，维远股份表示，将以实施权益分派股权登记日登记的总股本为基数，用可供股东分配的利润向全体股东每10股派现金股利3.91元，共计派发现金股利2.15亿元，现金分红比例为10%。

公开资料显示，利华益维远化学股份有限公司（维远股份）成立于2010年12月23日，总部位于山东东营，2021年9月15日在上交所主板上市。截止本报告期末，公司一直专注于化工新材料业务，为国内最大的苯酚、丙酮生产企业。

其中在苯酚领域，2017-2021年伴随下游行业的不断发展，国内苯酚消费量呈现逐年增长趋势。维远股份称，近年来受下游聚碳酸酯行业迅猛发展，以及下游液体环氧树脂在风电需求中的增量的影响，下游双酚A行业对苯酚消费量大幅增长，成为苯酚最大的消费领域。另外，下游酚醛树脂行业向集中化、规模化发展，年内多家厂家新上酚醛树脂装置，进一步刺激苯酚需求增加，2022年预期消费量将进一步提升。

不过界面新闻记者注意到，作为上游的基础化工产品，尽管苯酚、丙酮两大主营产品的营业收入比上年大增，其中苯酚营业收入比上年大增453%，但成本也大涨了546%。年报中进一步指出，本报告期主要原材料纯苯价格同比变动83.03%，导致营业成本增加明显。这进而导致苯酚的毛利率比上年大幅减少12.56%，仅为12.81%。对比其他分产品的毛利率，苯酚、丙酮12%-14%的毛利率明显有些“拉胯”。

在此背景下，维远股份将未来的利润增长点瞄准了“高纯度碳酸二甲酯”项目。

据了解，碳酸二甲酯（CH3OCOOCH3，简称DMC），是一种无毒、用途广泛的化工原料，被誉为当今有机合成的“新基石”。在锂电池电解液领域（锂电池电解液主要由溶剂、添加剂和电解质组成，其中溶剂占电解液质量的80%左右，是电解液的主要原材料），对比其他溶剂，高纯度碳酸二甲酯具有粘度低，电化学稳定性好，可以提升电解液的低温性能等特点。业内数据显示，2021年中国电解液出货50万吨，同比增长100%。随着下游需求的不断扩张，未来有望进一步增长。

维远股份曾在招股书中提到，“10万吨/年高纯碳酸二甲酯项目”建成后，其中5.2万吨/年可满足公司现有的聚碳酸酯项目，解决原材料瓶颈，加强原材料的自我保障能力；剩余4.8万吨/年可对外销售，建成后公司将成为国内最大的碳酸二甲酯生产企业之一。

对此，维远股份回应界面新闻称，2021年全国碳酸二甲酯产能120万吨左右。以目前产能来看，项目达产后，公司碳酸二甲酯将占国内产能8%左右。

在年报经营计划中，维远股份再次强调“加快10万吨/年高纯碳酸二甲酯项目建设，进一步推进产业化结构优化”。可以预见的是，该项目若能顺利投产，既能够解决公司自身原材料的瓶颈，又能使其进军锂电池电解液市场。

值得注意的是，就在发布年报的前一天，维远股份还公布了一则关于进军锂电池电解液市场的消息。公告称，公司近日与日本宇部兴产株式会社签署了《2万吨/年高纯碳酸二甲酯技术许可协议》，宇部将其拥有的通过碳酸二甲酯生产高纯碳酸二甲酯的技术许可给公司。许可费共计3亿日元整（即1639.89万元人民币，以当前汇率估算）。

若协议履行到位，公司将增加高纯碳酸二甲酯产品，进一步丰富公司的产品结构，标志着公司向锂电池电解液领域迈出了重要一步，对公司年产2万吨高纯碳酸二甲酯装置的达产有长远、积极的影响。

界面新闻注意到，此次2万吨/年高纯碳酸二甲酯产能，正是公司募投项目“10万吨/年高纯碳酸二甲酯项目”的一部分。

与“大佬”分羹

不过，维远股份很快就上述签约发布了一份补充风险提示，称目前碳酸二甲酯装置尚在建设中，而且在碳酸二甲酯10万吨/年的产能中，只有2万吨用于生产电池级碳酸二甲酯。电池级碳酸二甲酯为新建装置，尚未开始建设，未来达产时间、产能品质存在不确定性。

此外，根据协议，维远股份装置中生产的产品只在中国销售，未来生产的电池级产品存在销售受限制的风险。高端客户对新装置投产的产品也需要一定的认证周期，对新装置产品的认可存在不确定性。由于本协议履约时间较长，在协议执行过程中，可能存在技术更迭、市场环境变化带来的不确定性风险。

电池级碳酸二甲酯装置尚未开始建设，是否存在技术性难题？为何项目只有20%的产能用来生产电池级碳酸二甲酯？

对此，维远股份回应界面新闻称，公司已经与宇部签署了相关技术协议，不存在技术难题。“10万吨/年DMC项目”主要为解决公司原料采购的问题，建成后，每年将有6万吨左右作为原料用于现有聚碳酸酯装置，2万吨左右用于工业级DMC生产，2万吨用于电池级DMC生产，通过差异化的生产安排，可以进一步丰富产品类型，拓宽销售范围，扩大公司在化工领域的影响力。

对于维远股份来说，即使项目能够顺利达产，尚需与业内大佬分羹。作为维远股份的“邻居”，同样总部位于山东东营的石大胜华（603026.SH）无疑是业内的“大佬”。

公开资料显示，石大胜华是全球最大的锂电池溶剂供应商，占国内锂电池溶剂产能70%以上，是国内唯一能够同时提供5种电解液溶剂、锂盐六氟磷酸锂及多品类添加剂产品的企业。石大胜华2020年年度报告显示，2020年全国DMC（碳酸二甲酯）产量在52万吨左右，而出自石大胜华的产量约为46万吨，88%的市场占有率稳居行业首位。且DMC的毛利率高达32.59%，远超公司生产的其他化学品。

石大胜华在2021年年度业绩预增公告中称，预计2021年度实现归属于上市公司股东的净利润为11.70亿元到12.50亿元，与上期相比，将增加9.10亿元到9.90亿元，同比增加350.36%到381.15%。

业绩大增的原因在于，随着新能源汽车市场快速增长，带动上游电池材料需求快速增加，碳酸酯系列产品销量和销售收入比上年同期有较大增加，盈利水平同比有较大增长。此外，公司持续产品结构优化，在S级碳酸酯系列产品基础上开发了SS级系列产品，进一步提升了公司盈利能力。

随着国内新能源汽车需求充分释放，动力电池装机数据环比持续回升，锂电池溶剂供不应求。2021年，锂电池电解液主要溶剂DMC、EMC、DEC、EC和PC均价分别为1.27、2.37、2.27、1.39和1.50万元/吨，同比分别上涨32%、58%、51%、40%、42%。

在此背景下，石大胜华也在不断增资扩产。2021年11月，石大胜华披露称，公司全资子公司胜华新能源科技（东营）有限公司拟投资16亿元建设30万吨/年电解液项目，据预测，项目稳产后，年可实现95.58亿元营业收入，净利润为4.28亿元。与此同时，石大胜华控股子公司东营石大胜华新能源拟投资5.6亿元建设10万吨/年液态锂盐项目，据预测，项目稳产后年可实现营业收入34.78亿元，净利润8.97亿元。

石大胜华表示，目前公司没有电解液、液态锂盐的生产和销售业务。基于电解液、液态锂盐行业发展需求，公司进行上述两个项目的建设，有助于强化公司的核心竞争优势，提升公司盈利能力，为公司长远发展奠定基础。

2021年12月，石大胜华还宣布，公司全资子公司拟投资12.83亿元，在武汉建设22万吨/年锂电材料生产研发一体化项目（12万吨/年碳酸乙烯酯、5万吨/年碳酸二甲酯、4.5万吨/年碳酸甲乙酯、0.5万吨/年碳酸二乙酯），据预测，项目稳产后年可实现营业收入30.88亿元，净利润5.14亿元。

石大胜华随后又发布公告称，全资子公司胜华新能源科技（东营）有限公司拟投资2.8亿元建设1.1万吨/年添加剂项目、拟投资7.33亿元建设2万吨/年硅基负极项目、拟投资4.87亿元建设10万吨/年碳酸甲乙酯装置项目。

尽管公司所在地的均在东营，但据知情人士透露，维远股份与石大胜华在业务的细分领域有所不同，尤其在锂电池电解液的技术领域并不存在交集。

锂离子电池热失控模拟研究

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锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命等优势，被广泛应用于消费类电子设备和电动汽车等领域。近年来，随着这些可移动电能源设备性能的不断增长，对锂离子电池能量密度的要求越来越高。然而，高能量密度电极材料的使用给锂离子电池带来了更大的安全隐患，其较低的热稳定性增加了电池的热失控风险。因此，需要对锂离子电池的热失控机理和发生过程进行深入研究，以改进电池的安全设计，防止电池热失控的发生。

仿真模拟是研究锂离子电池理化性质的重要手段[1-2]。对锂离子电池的热失控过程进行模拟可以获得实验难以表征的电池内部温度和反应等参数，有助于揭示电池产热机理，分析电池热失控原因，并预测电池热行为[3-4]。例如，An等将电化学-热耦合模型集成于热失控模型中，通过分析电化学产热与材料分解产热研究了柱状和软包锂离子电池在外短路和超快速放电时的热失控性质和机理[5]。Ren等基于电-热耦合模型研究了过充电导致的电池热失控，通过分析焦耳热、热失控反应和内短路揭示了电解液氧化以及电解液与沉积的金属锂之间的反应是过充电过程中热量的主要来源[6]。Feng等通过电化学-热耦合的失效模型预测了锂离子电池的热失控行为，并分析了电池在极端温度下的容量衰减、SEI膜分解与再生对热失控行为的影响以及电池热失控过程中的内短路[7]。Lee等通过模拟研究了电池结构、电极负载量和电池内阻对电池热失控的影响[8]。我们过去的工作也利用电-热耦合模型研究了隔膜熔断温度对LiFePO4/C电池热失控行为的影响[3]。

锂离子电池的热失控过程可以归纳为电池组成材料的链式分解反应：电池的非正常升温诱发内部某种材料发生分解反应并释放热量，使电池温度进一步升高并诱发新的分解放热反应，如此循环使电池温度急剧上升并最终引起热失控[9]。可以看出，锂离子电池的热失控行为是由其组成材料的热反应性质决定的。因此，本工作基于电池组成材料的热反应参数建立了锂离子电池热模型，对常见的LiCoO2/石墨和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2/石墨电池的热失控行为进行了模拟研究。模拟得到了电池热失控过程中的温度变化情况，并基于电池组成材料的热反应情况揭示了电池的热失控机理。该模拟方法具有很高的准确度，模拟结果与电池热失控实验结果吻合良好。

实 验

1.1 扣式电池制备

分别以LiCoO2(LCO)和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(NCM111)为活性材料，将活性材料，SuperP和PVDF按质量比8∶1∶1混合，加入适量NMP搅拌均匀，将电极浆料均匀涂覆于Al箔上，烘干后进行辊压、切片，120 ℃真空干燥24 h。以金属锂箔为对电极，在Ar气氛手套箱内组装扣式电池，电解液为1 mol/L LiPF6的EC+DEC+EMC(体积比1∶1∶1)溶液。

1.2 热性质测试

使用差示扫描量热仪(Netzsch DSC 204 F1)测试LCO与NCM111正极的热反应性质。材料的荷电状态为满电态。将扣式电池以0.1 C充电至4.2 V并恒压 30 min，在手套箱内拆卸扣式电池并将正极片上的材料转移至不锈钢高压坩埚内。DSC测试的升温速率分别为5、10和15 ℃/min。使用Netzsch Kinetics热动力学软件拟合DSC曲线得到反应动力学参数。

结果与讨论

2.1 LCO 与 NCM111 的热反应性质

为了获得电池材料的热反应参数，对满电态LCO与NCM111正极进行了不同升温速率下的DSC测试，测试结果如图1所示。LCO与NCM111均表现出了明显的放热峰，说明了材料热分解放热反应的发生。脱锂态正极材料的热分解反应以及正极材料与粘合剂、电解液之间的反应导致了多个放热峰的出现。LCO放热峰的起始温度在190 ℃，低于NCM111的238 ℃，说明NCM111热稳定性优于LCO。随着升温速率增加，放热峰的峰值温度和峰高逐渐增加。

对不同升温速率下的DSC曲线进行拟合可以得到材料放热反应的动力学参数，拟合使用化学反应速率方程：

式中：r为材料热反应的反应速率，s−1；x为反应物的归一化质量；A为指前因子；Ea为反应活化能，kJ/mol；n和a为反应级数。LCO第一个放热峰是其主要放热反应峰，对电池热失控行为影响较大，因此对该放热峰进行拟合。对于NCM111，则对两个放热峰分别进行拟合。动力学拟合得到的反应速率参数见表1。拟合的DSC曲线如图1所示，拟合曲线与DSC测试曲线吻合良好，说明了该拟合方法的准确性。另外，通过计算放热峰的峰面积可以得到放热反应的放热量H，放热量取不同升温速率下放热峰面积的平均值，结果见表1。

图1 (a) LCO和(b) NCM111的DSC曲线及其动力学拟合曲线

表1 锂离子电池热模型参数

2.2 电池热失控模拟

使用COMSOL Multiphysics仿真软件建立LCO/石墨和NCM111/石墨电池的热模型。该模型基于电池材料的热物性参数和热反应参数建立(表1)，使用的方程包括电池材料反应速率方程[方程(1)]，反应产热方程[方程(2)]和传热方程[方程(3)]：

式中：Q为电池各组成材料的热反应产热速率的累加，W/m3；r和H分别为材料热反应的反应速率(s−1)和反应放热量(J/g)；ρ、Cp和k分别为电池材料的密度(kg/m3)、比热容[J/(kg·K)]和导热系数[W/(m·K)]；T为温度，K；t为时间，s。模型中石墨负极和电解液的参数使用了我们过去工作中报道的参数[3-4]。模型边界条件为绝热条件。

对模型进行求解以模拟LCO/石墨和NCM111/石墨电池的热失控过程，得到了电池的温度-时间曲线和升温速率-时间曲线，如图2所示。两种电池首先经历了一个温度缓慢上升的阶段，随着时间推移，升温速率逐渐降低。此后，随着电池温度继续上升，升温速率开始增加。当LCO/石墨和NCM111/石墨电池温度分别达到144和166 ℃时，电池的升温速率达到0.01 ℃/s。此后电池升温速率的增长速度加快，电池出现了较为明显的温度增长。当LCO/石墨和NCM111/石墨电池的温度分别达到159和191 ℃时，电池的升温速率达到0.04 ℃/s。此后电池的温度和升温速率出现了不可逆转的急速上升，电池发生热失控。

图2 (a) LCO/石墨和(b) NCM111/石墨电池的温度和升温速率模拟曲线

为了验证该模拟方法的准确性，制备了LCO/石墨和NCM111/石墨的18650电池，将电池充电至满电态(4.2 V)后进行加速量热(ARC)测试。将ARC测试的热失控实验结果与热失控模拟结果进行对比，如图3所示。模拟曲线与实验曲线表现出了高度一致，特别是在较低的升温速率下。对比升温速率为0.01和0.04 ℃/s时的模拟温度与实验温度(表2)，同一样品在相同升温速率下的两个温度差距很小，最高误差仅为5.7%。这些结果表明本工作的热失控模拟方法具有很高的准确度。值得说明的是，升温速率较高时，相同温度下模拟的升温速率均高于实验测试的升温速率，这是由于ARC测试无法完全实现模拟中使用的绝热条件。当电池处于自加热状态时，环境的温度变化落后于电池的温度变化，尤其是在电池热失控后温度急速上升时，环境的加热速率难以迅速达到电池的升温速率，导致了电池的热量损失。这是造成模拟结果与实验结果偏离的主要原因。

图3 LCO/石墨和NCM111/石墨电池热失控模拟结果与ARC测试结果对比

表2 相同升温速率下LCO/石墨和NCM111/石墨

电池的模拟温度与实验温度对比

通过分析热失控过程中电池各组成材料的热反应状态来研究电池的热失控机理。图4给出了LCO/石墨和NCM111/石墨电池组成材料在热失控过程中的热反应速率随温度变化的曲线。将这些曲线与电池升温速率曲线进行对比，可以明确不同电池材料的热反应在不同升温阶段对电池温度变化的贡献。可以看出，两种电池首先发生了负极SEI膜的分解反应，引起了电池的温度上升。随着SEI膜分解反应速率的降低，电池的升温速率降低。SEI膜分解反应结束后，LCO/石墨电池中电解液开始分解，该反应的放热使得电池温度继续上升。该反应较低的反应速率以及同时发生的电解液汽化的吸热反应使得这一阶段温度上升较为缓慢。随着电池温度的继续上升，LCO正极分解的放热反应开始发生。该反应的反应速率迅速增加，使得电池的升温速率迅速增加，最终导致了电池的热失控。NCM111/石墨电池在SEI膜分解反应结束后，发生了NCM111正极分解反应、电解液分解反应和电解液汽化反应。随着这些反应速率的增加，电池的升温速率逐渐增加，最终进入热失控状态。NCM111正极和电解液的分解反应放热是导致电池热失控的原因。

图4 (a) LCO/石墨和(b)NCM111/石墨电池组成材料反应速率模拟结果

结 论

基于电池组成材料的热反应参数建立了锂离子电池热模型，对LCO/石墨和NCM111/石墨电池的热失控行为进行了模拟研究。模拟得到了电池热失控过程的温度变化情况，LCO/石墨和NCM111/石墨电池的热失控温度分别为159和191 ℃。对LCO/石墨和NCM111/石墨电池进行了热失控实验测试，实验结果与模拟结果高度吻合。此外，通过分析热失控过程中电池组成材料的反应速率情况研究了电池的热失控机理，LCO正极的热分解反应以及NCM111正极和电解液的热分解反应分别导致了LCO/石墨和NCM111/石墨电池的热失控。本工作的模拟方法具有很高的准确度，有望应用于其他锂离子电池体系。

参考文献：

[1] BOTTE G G,SUBRAMANIAN V R, WHITE R E. Mathematical modeling of secondary lithiumbatteries[J]. Electrochimica Acta, 2000, 45(15/16): 2595-2609.

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[9] FENG X, OUYANGM, LIU X, et al. Thermal runaway mechanism of lithium ion battery for electricvehicles: A review[J]. Energy Storage Materials, 2018, 10: 246-267.

作者： 宁凡雨，刘逸骏，谭立志，王松蕊，刘兴江

单位： 中国电子科技集团公司 第十八研究所 化学与物理电源重点实验室

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