人造石墨行业报告：工艺迭代及一体化布局重塑负极格局

1、行业研究正文目录1 总论 .52 格局：人造石墨是主流，三大四小竞争激烈.82.1 人造石墨性能更优，份额逐年提升.82.2 负极三大四小，产品市场分层导致相对分散稳定，人造石墨竞争激烈.93 工艺：流程复杂，石墨化成本高，箱式炉主流化，连续石墨化或是革新方向.123.1 人造石墨工艺复杂，石墨化成本占比高 .123.2 箱式炉逐步替代坩埚炉，连续石墨化或是未来革新方向 .144 供需：石墨化供给缺口仍在，一体化路线提升竞争优势.184.1 石墨化供需敏感性分析.184.2 一体化布局自供率提升 25PCT 毛利率提升 8PCT .205 重点公司.225.1 璞泰来：石墨化自供率高，单吨盈利

2、能力强.225.2 中科电气：强势扩产，一体化布局迈向一线.235.3 贝特瑞：人造石墨加速上量，硅基负极技术领先.235.4 杉杉股份：老牌厂商，自供率+技术优势稳固市场地位.235.5 翔丰华：人造/天然石墨双轮驱动，产能稳步提升 .23风险提示.24敬请参阅末页重要声明及评级说明2 / 25证券研究报告行业研究图表目录图表 1 2021 年人造石墨市场份额.5图表 2 2021 年天然石墨市场份额.5图表 3 人造石墨负极制造成本.5图表 4 石墨化产能地区分布.5图表 5 不同石墨化方式的性能对比.6图表 6 石墨化环节供需缺口测算 单位：万吨 .6图表 7 石墨化自供率每提高 25P

3、CT，单吨毛利率提升 8PCT .7图表 8 锂电负极材料重点公司.7图表 9 锂电池工作原理.8图表 10 锂电池成本构成 .8图表 11 负极材料的分类.8图表 12 不同类型负极材料性能对比 .9图表 13 国内负极材料产品结构(万吨).9图表 14 国内不同类型负极材料占比.9图表 15 2021 年负极材料市场份额.10图表 16 2020 年负极材料市场份额.10图表 17 负极行业集中度相对稳定 .10图表 18 不同负极企业对比.11图表 19 2021 年人造石墨市场份额.11图表 20 2021 年天然石墨市场份额.11图表 21 负极企业部分产能规划.11图表 22 人造

4、石墨生制造流程图.12图表 23 各负极企业人造石墨制备工艺存在差异.13图表 24 针状焦石墨化示意图.13图表 25 石墨化晶格转变示意图.13图表 26 石墨化环节的生产工艺流程图 .14图表 27 人造石墨负极制造成本.14图表 28 石墨化产能地区分布.14图表 29 艾奇逊、内热串接和连续式石墨化炉结构示意图 .15图表 30 市场上广泛应用的石墨化加工设备 .15图表 31 负极企业石墨化加工的工艺选择 .16图表 32 坩埚炉结构示意图 .16图表 33 箱式炉结构示意图 .16图表 34 坩埚炉和箱式炉装炉方式对比（璞泰来为例） .16图表 35 璞泰来山东兴丰及内蒙古兴丰工

5、艺改造测算 .17图表 36 不同石墨化方式的性能对比 .17图表 37 去年以来人造石墨价格持续提升.18图表 38 石墨化价格走势（万元/吨）.18图表 39 2021 年各地限产限电政策梳理.18图表 40 人造石墨出货量测算.19图表 41 石墨化环节供需缺口测算 单位：万吨.20敬请参阅末页重要声明及评级说明3 / 25证券研究报告行业研究图表 42 主要负极企业石墨化自供率估算（万吨）.20图表 43 石墨化价格上涨对企业盈利能力影响 单位：万元/吨 .21图表 44 石墨化自供比例对毛利率的敏感性分析 单位：万元/吨 .22图表 45 石墨化自供率每提高 25PCT，单吨毛利率提

6、升 8PCT .22敬请参阅末页重要声明及评级说明4 / 25证券研究报告行业研究1 总论负极材料是锂电池四大关键材料之一，约占整个锂电池制造成本 8%左右，关键功用在于可逆地脱/嵌锂离子，是由活性物质、粘结剂和添加剂制成糊状胶合剂后，涂抹在铜箔两侧，经过干燥、压制而成。天然石墨虽然具备成本和比容量的优势，但是人造石墨在循环性能、安全性能、充放电倍率表现更为优秀，市占率目前稳定在 80%以上。天然石墨市场份额高度集中，人造石墨市场仍较分散。主要由各负极厂商产品定位带来价格以及市场的分层，从而造成格局相对分散且稳定的局面。目前来看负极材料市场已形成三大四小格局，尚未走出绝对龙头，“三大”企业间无

7、绝对差距，“四小”市占相近，追赶“三大”意愿强烈。图表 1 2021 年人造石墨市场份额图表 2 2021 年天然石墨市场份额其他江西正 16%其他 12%翔丰华 4%江西紫宸20%拓 2%星城石墨 2%星城石墨10%上海杉杉17%翔丰华17%东莞凯金11%贝特瑞63%尚太科技12%贝特瑞14%资料来源：真锂研究、华安证券研究所资料来源：真锂研究、华安证券研究所人造石墨负极工艺复杂，石墨化生产经验极其关键。人造石墨生产流程分为预处理、造粒、石墨化、筛分等步骤。其中造粒和石墨化环节体现企业竞争力。石墨化环节没有标准工艺，由于炉型、原料、产品不同，导致升降温工艺曲线不同，且上下层材料没法实时监控，

8、时间周期长导致返工难，所以生产经验极其重要。石墨化是人造石墨生产制备的关键环节，同时又是高能耗环节。石墨化本质是使用高温热处理（HTT）对原子重排及结构转变提供能量的过程，需要消耗大量能量，电费在石墨化成本中占比高达 60%，而石墨化成本在人造石墨负极制造成本中占 55%，降 低石墨化电耗是降本关键，因此国内石墨化产能多分布于低电价地区内蒙、四川等。图表 3 人造石墨负极制造成本图表 4 石墨化产能地区分布粉碎5%混料筛分1%造粒10%湖南6%青海6%内蒙古47%石墨化55%原料29%山西13%四川14%资料来源：隆众咨询，华安证券研究所资料来源：隆众咨询，华安证券研究所工艺选择是降本关键所在

9、，箱式炉逐步应用，连续化可能是未来革新方向。从装炉方式角度来看，目前的主流是坩埚法，工艺成熟但有耗电量大、环保不友好等缺点，各敬请参阅末页重要声明及评级说明5 / 25证券研究报告行业研究负极企业逐步改用箱式炉，箱式炉较坩埚减少了 40%-50%耗电量，环保友好，但工艺较难，所以目前仅少数头部企业具备稳定生产能力。从工艺运行方式来看，可分为间歇式和连续式，连续式并无特定的装炉方式，是指在生产过程中无断电环节，产品经过一系列温区，实现连续石墨化，其优势是产品一致性高且大幅度降低耗电量，缩短生产周期，缺点在于石墨化程度低，目前主要应用于低端动力领域，量产技术还需突破。图表 5 不同石墨化方式的性能

10、对比类型单位耗电量（kWh）石墨化程度坩埚炉180000.9638353箱式炉120000.9582353连续式80000.9373345容量（mAh/g）比表面积-较高50较低60加工速率（折算/kg/h）一致性41.7中较低低高成本高低资料来源：石墨化方式对锂离子电池人造石墨负极材料性能的影响，华安证券研究所供给端，由于 2021 年各地限产限电导致石墨化产能开工率低，供给紧缺，石墨化价格攀升。2020 年石墨化产能有 70 万吨，2021 年石墨化产能 88 万吨左右，全年石墨化产能仅增加 18 万吨左右。我们预计 22 年/23 年石墨化产能为 111/153 万吨。需求端，我们预测

11、22 年/23 年人造石墨出货量在 79/104 万吨，石墨化需求为 87.8/115.6 万吨。在中性假设下，22 年/23 年存在石墨化供需缺口，为-6.5/-8.4 万吨；在保守假设下，石墨化缺口进一步拉大，供需缺口为-18.1/-23.7 万吨。图表 6 石墨化环节供需缺口测算 单位：万吨2021A542022E792023E104人造石墨出货量石墨化需求 （90%收率）贝特瑞60.0287.85115.610璞泰来91222杉杉股份4.29.419.413东莞凯金66中科电气5.79.514.54.5翔丰华1.51.5尚太科技9.79.79.7其他505860石墨化产能8811160

12、%70%80%69.6681.2792.9(18.1)(6.5)5.1153保守中性乐观保守中性乐观保守中性乐观60%70%80%52.8661.6770.48(7.1)1.760%70%80%91.86107.17122.48(23.7)(8.4)6.9开工率石墨化供给石墨化供需缺口10.5资料来源：各公司公告，华安证券研究所敬请参阅末页重要声明及评级说明6 / 25证券研究报告行业研究为应对下游高增的需求以及原材料、石墨化价格上涨的压力，负极企业都在加快打造负极一体化项目，加速石墨化自供比例的提升。石墨化价格攀升及原材料价格上涨带来的负面影响被企业不断提升的自供率抵消反转，单吨利润不降反升

13、，从 21 年的单吨毛利率 25%有望升至 23 年的 36%以上，提升 11pct 左右。石墨化自供率提升对企业毛利率提升效果显著。以 21 年为例，石墨化自加工成本0.66 万元/吨，委外加工成本 1.97 万元/吨，用敏感性分析预测自供率的变化对石墨化加工费的影响。我们可得随着自供率上升带来人造石墨成本的下降使得毛利率逐渐上升，当自供率每提高 25pct，单吨毛利率将提升 8pct 左右。图表 7 石墨化自供率每提高 25pct，单吨毛利率提升 8pct资料来源：华安证券研究所测算在下游需求高增的背景下，能耗双控政策导致供给端产能释放速度放缓。我们预计2022 年、2023 年石墨化供需

14、缺口仍在，石墨化价格将维持高位。对于负极企业，我们建议关注石墨化自供率高的璞泰来，扩产迅速，有望迈向一线厂商的中科电气，地位稳固，技术领先的贝特瑞、杉杉股份，人造石墨、天然石墨双驱动的翔丰华。图表 8 锂电负极材料重点公司市值（亿）852归母净利润（亿元）利润增速2022EPE2021E50公司20202021E16.93.62022E2021E154%2020842022E33璞泰来中科电气贝特瑞6.71.64.91.40.525.97.3523%103%57%3%183125%48522552414.232.3122.333.31.8190%-5124杉杉股份翔丰华5682240%100%

15、21311718175280%6228资料来源：wind一致预期，华安证券研究所敬请参阅末页重要声明及评级说明7 / 25证券研究报告行业研究2 格局：人造石墨是主流，三大四小竞争激烈2.1 人造石墨性能更优，份额逐年提升负极材料是锂电池四大关键材料之一，约占整个锂电池制造成本 8%左右，关键功用在于可逆地脱/嵌锂离子，是由活性物质、粘结剂和添加剂制成糊状胶合剂后，涂抹在铜箔两侧，经过干燥、压制而成。其中，最重要的活性物质可分为碳材料和非碳材料，碳材料可分为天然石墨和人造石墨两种，是锂离子电池主要负极材料， 其中人造石墨又可分为中间相炭微球和石墨碳纤维两类；非碳材料则有钛基材料、锡基材料、氮化

16、物、硅基材料等四类。图表 9 锂电池工作原理图表 10 锂电池成本构成资料来源：CNKI，华安证券研究所资料来源：GGII，wind，华安证券研究所图表 11 负极材料的分类负极材料非碳材料碳材料石墨化碳无定形碳碳纳米材料锡基材料钛基材料硅基材料氮化物天然石墨人造石墨碳硅复合材料MCMB钛酸锂资料来源：凯金能源招股说明书，华安证券研究所人造石墨性能优于天然石墨，多用于动力电池。天然石墨虽然具备成本和比容量的优势，但是人造石墨在循环性能、安全性能、充放电倍率表现更为优秀，因此人造石墨广泛应用于大容量的车用动力电池和中高端消费锂电，天然石墨主要用于小型锂离子电池和一般用途的消费锂电。新兴的硅碳负极

17、虽然理论容量较高，达 400-4000mAh/g，充放电倍率也较高，但其安全性和循环使用寿命不高，且成本很高，在市场上还没能大规模供应。目前人造石墨占比 79%，虽较去年有所下调，但仍保持高位，2021 年人造石墨出敬请参阅末页重要声明及评级说明8 / 25证券研究报告行业研究货量 55.7 万吨，同比增长 82.9%，略低于负极材料增速 86.6%，主要原因系石墨化产能紧缺，价格高企，天然石墨混配人造石墨或成为负极厂商应对供货及成本压力短期内较好的解决方案。图表 12 不同类型负极材料性能对比类型原材料理论容量首次效率循环寿命安全性倍率性成本天然石墨人造石墨硅碳负极/鳞片石墨石油焦、沥青焦、

18、针状焦340-370mAh/g310-360mAh/g400-4000mAh/g77%93%93%一般较好较差较好较好一般一般较低一般较好较低膨胀低、循环性能好能量密度较低、加工性能差较高优点能量密度较高、加工性能好能量密度高缺点电解液相容性较差、膨胀较大膨胀大、首次效率低、循环性能差资料来源：贝特瑞公告，华安证券研究所人造石墨为市场主流，占比不断提升。受益于下游新能源车高景气，负极材料出货量不断攀升，各种类型的负极材料占比也在动态调整中，人造石墨占比呈逐渐上升趋势，目前稳定占据市场份额 80%以上，天然石墨占比从 2017 年的 25%下降至 2021 年的 18%。图表 13 国内负极材料

19、产品结构(万吨)图表 14 国内不同类型负极材料占比80706050403020100人造石墨天然石墨其他负极100%80%60%40%20%0%2019年2020年2021年人造石墨天然石墨其他负极2017年2018年2019年2020年2021年资料来源：GGII，华安证券研究所资料来源：GGII，华安证券研究所2.2 负极三大四小，产品市场分层导致相对分散稳定，人造石墨竞争激烈负极材料市场已形成三大四小格局。2021 年我国负极材料出货量 70.5 万吨，同比增长 86.6%，头部公司凭借产品、客户、产能和成本等优势在行业发展中占据优势地位，其中“三大”贝特瑞占比 24%、璞泰来占比 1

20、5%，杉杉股份占比 15%，加上“四小”尚太科技、中科电气、东莞凯金、翔丰华，CR7 达 88%。目前来看，负极环节尚未走出绝对龙头，“三大”企业间无绝对差距，“四小”市占相近，追赶“三大”意愿强烈。敬请参阅末页重要声明及评级说明9 / 25证券研究报告行业研究图表 15 2021 年负极材料市场份额图表 16 2020 年负极材料市场份额其他14%其他12%贝特瑞贝特瑞22%24%翔丰华6%翔丰华5%尚太科技6%东莞凯金9%中科电气7%中科电气璞泰来璞泰来9%15%18%东莞凯金12%尚太科技10%杉杉科技15%杉杉股份16%资料来源：GGII，华安证券研究所资料来源：GGII，华安证券研究

21、所近年来行业集中度相对稳定。在 2019 年至 2021 年之间，CR3 由 56.2%降至 54%，CR5 由 80.3%下降至 72.4%，CR10 保持在 92%的水平。我们认为其主要原因是各负极厂商产品定位带来价格以及市场的分层，从而格局相对分散且稳定的局面。图表 17 负极行业集中度相对稳定100%2019年2020年2021年90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%CR3CR5CR10资料来源：真锂研究，GGII，华安证券研究所市场分层明显，高端市场负极价格有优势。从石墨类型看，璞泰来、中科电气、尚太科技专注人造石墨，贝特瑞和翔丰华主攻天然石墨，同时贝特瑞的人造石

22、墨市场份额也位于前列。从销售价格看，璞泰来、贝特瑞主要定位中高端市场，价格较高，尚太科技、东莞凯金、中科电气、翔丰华则偏中低端市场，价格相对较低。从客户来看，璞泰来主要占据高端消费电子和动力电池市场，海外占比高，客户包括 LG、ATL、三星、宁德时代；贝特瑞主要方向在海外高端动力电池市场，客户包括松下、三星、LG、SKI等；中科电气客户在国内动力以及少量海外动力电池，比亚迪是其主要客户；尚太科技、东莞凯金主要客户来自宁德时代，翔丰华客户主要来自 LG。敬请参阅末页重要声明及评级说明10 / 25证券研究报告行业研究图表 18 不同负极企业对比负极公司璞泰来下游应用客户LG、三星、ATL、宁德松

23、下、三星、LG、SKI宁德时代价格区间5-6 万4-5 万2-3 万3 万产品毛利率31%消费消费/国内、海外动力国内、海外动力国内动力36%贝特瑞36%尚太科技东莞凯金中科电气翔丰华27%/国内动力宁德、孚能、国轩比亚迪、中航、宁德、SKILG3-4 万3-4 万33%/国内、海外动力海外动力26%消费资料来源：公司公告，华安证券研究所天然石墨市场份额高度集中，人造石墨市场仍较分散。2021 年天然石墨的龙头企业贝特瑞的市场份额超过一半，高达 63%，行业第二翔丰华市场份额 17%，二者之和 80%，属于高度集中的行业；人造石墨市场份额较为分散，龙头企业江西紫宸（璞泰来）占比20%、杉杉股份

24、 17%、贝特瑞 14%，后续 3 家企业尚太科技、东莞凯金、星城石墨（中科电气）等的市场份额较为接近，在 10%-12%区间，竞争激烈。图表 19 2021 年人造石墨市场份额图表 20 2021 年天然石墨市场份额其他 16%其他 12%翔丰华 4%江西正拓2%江西紫宸20%星城石墨2%星城石墨10%上海杉杉17%翔丰华17%东莞凯金11%贝特瑞63%尚太科技12%贝特瑞14%资料来源：真锂研究、华安证券研究所资料来源：真锂研究、华安证券研究所下游需求持续提升，负极厂商加速扩产。根据中汽协数据，2021 年国内新能源车销量突破 350 万辆，渗透率达 13%，我们预计 2022 年国内新能

25、源车销量将超过 500 万辆，全球有望突破 1000 万辆。面对下游高增的市场需求，自 2021 年以来，各负极厂商相继发布扩产公告，积极布局一体化建设。图表 21 负极企业部分产能规划公司时间扩产项目2021.1 投资建设 5 万吨高端人造石墨负极材料项目与山东京阳科技合作规划建设年产 12 万吨负极针状焦生产线、2021.3贝特瑞年产 8 万吨高端人造石墨负极一体化生产线天津贝特瑞投资年产 4 万吨锂电负极材料建设项目，拟与 SKI、2021.5亿纬锂能共同投资建设年产 5 万吨锂电池高镍三元正极材料项目2021.10 山西瑞君建设年产 7 万吨人造石墨负极材料一体化生产2020.7 内蒙

26、古紫宸年产 5 万吨高性能锂离子电池负极材料建设项目璞泰来敬请参阅末页重要声明及评级说明11 / 25证券研究报告行业研究2021.3 内蒙古兴丰年产 5 万吨锂电池负极材料石墨化项目2021.7 子公司四川紫宸年产 20 万吨负极材料和石墨化一体化项目内蒙古包头锂离子电池负极材料一体化基地项目（二期），规划产-杉杉股份能为负极材料成品产能 6 万吨，配套石墨化产能 5.2 万吨。2021.3 四川眉山年产 20 万吨锂离子电池负极材料一体化基地项目2021.5 贵州生产基地 3 万吨的负极材料和 4.5 万吨的石墨化建设项目2021.5 长沙工厂 5 万吨负极材料建设项目中科电气翔丰华公司向

27、参股子公司集能新材料增加投资 2625 万元参与其新增 1.52021.5万吨/年负极材料石墨化加工项目建设2021.12 贵安新区建设 10 万吨一体化项目2020.6 3 万吨高端石墨负极材料生产基地建设项目2021.6 6 万吨高端人造石墨负极材料一体化生产基地建设项目资料来源：GGII，公司公告，华安证券研究所3 工艺：流程复杂，石墨化成本高，箱式炉主流化，连续石墨化或是革新方向3.1 人造石墨工艺复杂，石墨化成本占比高人造石墨工艺复杂，各家工艺路径选择不同。在人造石墨的加工制造过程中，从原料到最终成品，包含了十余个工序，整体流程较为复杂。归纳来说，整个制备流程可以大致可以分为四个步骤

28、：预处理、造粒、石墨化、筛分包装。图表 22 人造石墨生制造流程图资料来源：CNKI，华安证券研究所造粒和石墨化是人造石墨制备的核心环节。预处理（破碎）和筛分环节工艺较为简单，各厂商间无明显差异，负极的壁垒环节在造粒和石墨化。在造粒环节，颗粒越小，倍率性能和循环寿命越好，但首次效率和压实密度越差，反之亦然，而合理的粒度分布可以提高负极的比容量。石墨化环节没有标准工艺，由于炉型、原料、产品不同，导致升降温工艺曲线不同，且上下层材料没法实时监控，时间周期长导致返工难，所以生产经验极其重要。敬请参阅末页重要声明及评级说明12 / 25证券研究报告行业研究图表 23 各负极企业人造石墨制备工艺存在差异

29、资料来源：公司公告，华安证券研究所石墨化是人造石墨生产制备的关键环节，同时又是高能耗环节。石墨化是指是指非石墨质炭经高温热处理，转变成具有石墨三维规则有序结构的石墨质炭，高温需要 2000以上的。最初起源于碳素制品行业，是生产石墨电极的必备工序。石墨化作用是为了提高炭材料的热、电传导性，提高炭材料的抗热震性和化学稳定性，使炭材料具有润滑性和抗磨性，提高炭材料纯度。石墨化能耗高：使用高温热处理（HTT）对原子重排及结构转变提供能量，这一过程需要消耗大量能量，电费在石墨化成本中占比高达 60%，而石墨化成本在人造石墨负极制造成本中占 55%，降低石墨化电耗是降本关键。另外，由于石墨化工艺相对独立、

30、设备投资大、生产时间长，过去大部分厂商选择外协生产，但是目前一体化是提升成本竞争力的手段，多数负极厂商均加大在低电价地区布局一体化产能投放，提升自供比率。图表 24 针状焦石墨化示意图图表 25 石墨化晶格转变示意图资料来源：CNKI，华安证券研究所资料来源：CNKI，华安证券研究所石墨化工艺流程主要包括铺炉底、砌炉芯、负极材料前驱体及保温料体的装炉、送电、冷却、副产品石墨化焦的出炉、包装。一个周期一般要 20-30 天。但送电时间仅仅40100 小时。为了充分利用变压器，一台变压器会与几台炉子结合起，循环进行生产，一台通电、另外几台装炉冷却，以保证供电装置连续运行。敬请参阅末页重要声明及评级

31、说明13 / 25证券研究报告行业研究图表 26 石墨化环节的生产工艺流程图资料来源：璞泰来回复函，华安证券研究所石墨化成本占比高，产能多分布于内蒙。石墨化生产周期和建设周期都较长，一般生产周期需要一个月左右，建设周期则至少需要一年至两年的时间，因此石墨化产能的释放周期较长。石墨化加工费用约占整个人造石墨负极制造总成本的 55%，而电费又在石墨化成本中占比高达 60%，因此降低石墨化电耗是降本关键。内蒙古地区由于单位电价相对低廉，是我国石墨化产能的重要集聚地，约占全国总产能的 47%，剩余产能分布在四川、山西、云南等地区。各地政府能耗控制政策、环评压力、频繁限电及电费上涨等原因，使得石墨化产能

32、释放及扩张均不及预期，企业开工率也受到一定限制，导致石墨化出现供需缺口，石墨化价格屡创新高。图表 27 人造石墨负极制造成本图表 28 石墨化产能地区分布粉碎5%混料筛分造粒10%1%湖南6%青海6%内蒙古47%石墨化55%原料山西29%13%四川14%资料来源：隆众咨询，华安证券研究所资料来源：隆众咨询，华安证券研究所3.2 箱式炉逐步替代坩埚炉，连续石墨化或是未来革新方向石墨化工序按生产的连续性区分，可分为间歇式生产与连续式生产两种。间歇石墨化是指石墨化过程中物料装炉后不移动，经过升温、石墨化、降温等过程后断电出炉，坩埚法和箱式法都是间歇式工艺。连续石墨化一般是指生产中没有断电的过程，石墨

33、化的产品需要经过一系列的温区，从而实现连续石墨化。目前工业石墨化炉都是电热炉，市场上广泛应用的石墨化加工设备主要包括艾奇逊石墨化炉、内热串接石墨化炉、箱体式石墨化炉这三种间歇式石墨化炉。敬请参阅末页重要声明及评级说明14 / 25证券研究报告行业研究图表 29 艾奇逊、内热串接和连续式石墨化炉结构示意图资料来源：连续石墨化技术陈文仲，华安证券研究所图表 30 市场上广泛应用的石墨化加工设备类型工艺性能优点缺点生产周期长；通电时间长，热损失大；能量利用率偏艾奇逊石墨化炉制品本身为导电体，通过电阻加热使制品完成石墨化生产。电耗约为 4000 4800kwh/t间歇式结构简单、坚固耐用、容易维修；

34、低；炉芯各处温差太大，产产量大，石墨化规模不限；升温快 品易出现裂纹；装卸炉时粉尘大，空气污染严重，劳动条件差电流密度较高,为一般艾奇逊炉的内热串接石墨化炉利用制品本身的电阻使电能转化为热能，产品直接加热时电阻均匀，产品的成品率高。电耗 3300-4000kwh/t1.5-2.5倍；热效率高、送电时间短、升温快，高温阶段仅需 1-2h；产品温度比较均匀；石墨化程度高适用于石墨化大规格产品，要求电流密度高，比艾奇逊石墨化炉高 15-25倍间歇式箱体式石墨化炉不需要坩埚可直接在箱体内进行石墨化处理。石墨化最高温度 3050，物料单耗 12000kWh升温、保温和降温时间长（一般大于 30天）；物料

35、易氧化；温度分布不均；物料均匀性差间歇式单炉加工量大，成本较低连续式石墨化炉自动化程度高，能耗较低；产品质量均匀；改善劳动条件，操作者不与保温料直接接触；减少保温料的消耗，一次加入可以密封石墨化最高温度 2 800 ，物料单耗 8000kWh，产能60kg/h连续式工艺石墨化度约为93.54%，低于箱体式石墨化95.90%连续式资料来源：CNKI，华安证券研究所各家石墨化方式有差异，目前坩埚炉应用最多。不同负极材料企业产品有性能、价格、原材料等方面的差异，因此设备选用也不尽相同。尚太科技、凯金能源主要采用坩埚炉，璞泰来、杉杉股份、中科电气则在坩埚炉和箱式炉都有应用，山河智能主攻连续式，贝特瑞则

36、对坩埚炉和连续式都有采用。敬请参阅末页重要声明及评级说明15 / 25证券研究报告行业研究图表 31 负极企业石墨化加工的工艺选择坩埚炉公司箱式炉连续式（艾奇逊、内热串接）璞泰来贝特瑞杉杉股份尚太科技东莞凯金中科电气翔丰华山河智能资料来源：公司公告，华安证券研究所箱式炉较坩埚炉性能更优。坩埚炉工艺是将待加工的负极材料装填进一个个圆柱形坩埚中，再放入窖炉，在炉中间的空隙添加石油焦，坩埚法工艺难度较低，技术路线较为成熟，但缺点是能耗高，环保不友好；箱式炉是在坩埚炉的基础上进行的改造，是将整个炉芯空间分成若干个等容积腔室，负极材料直接放置于石墨板材所围成的箱体空间中，对箱板的拼接精度要求比较高，装料

37、难度也随之加大，但在单位装炉量、单位耗电量和环保等方面有较大优势。图表 32 坩埚炉结构示意图图表 33 箱式炉结构示意图资料来源：璞泰来定增回复函，华安证券研究所资料来源：璞泰来定增回复函，华安证券研究所图表 34 坩埚炉和箱式炉装炉方式对比（璞泰来为例）类型单炉装炉量单位耗电量辅料更优炉型箱式坩埚炉少箱式炉多较坩埚炉降低 40%-50%无需辅料箱式较高箱式石油焦环保因素产品稳定性和一致性箱式有害气体排放环境友好坩埚坩埚较高较低较低较高工艺难度资料来源：璞泰来定增回复函，华安证券研究所敬请参阅末页重要声明及评级说明16 / 25证券研究报告行业研究箱式炉逐步替代坩埚炉。由于箱式炉工艺的技术壁

38、垒较高，行业内仅有少数企业掌握并规模化地应用。在头部企业的布局和引领下，箱式炉装炉方式正不断替代传统坩埚炉，渗透率不断提升。璞泰来是更迭炉型最快的企业，目前 70%采用的是厢式炉，仅 30%选用坩埚炉，其两大生产基地山东兴丰和内蒙古兴丰在改为箱式炉和坩埚炉混用方式之后，山东兴丰单体最大产能可达约 19800 吨/年，内蒙兴丰最大产能将达约 61600 吨/年，石墨化产能分别较技改前提升了 37.5%和 25%，生产效率得到进一步提升。图表 35 璞泰来山东兴丰及内蒙古兴丰工艺改造测算炉数（个）36年循环次数 单炉装炉量产能（吨/年）总产能（吨/年）基地装炉方式（次）16（吨）25山东兴丰技改前

39、山东兴丰技改后内蒙古兴丰技改前内蒙古兴丰技改后坩埚炉箱式炉坩埚炉坩埚炉箱式炉坩埚炉1440016200360014400271250198004928061600916255616554928036960246402812110552816资料来源：璞泰来定增回复函，华安证券研究所连续石墨化具有能耗、效率、成本等优势，或是未来革新方向。连续石墨化采用电阻或感应加热，可实现高温下连续式进料和出料。主要优势在于，第一，工序简单、生产周期短。将装炉、通电、冷却、卸出等多道工序一体化，实现连续生产，自动化程度高，缩短生产周期，人工减少；第二，热量利用率高，降低能耗。采用新的炉型结构和快速冷却装置，加快

40、排料和冷却速度，在连续生产的状态下不存在间歇式的炉体蓄热损失，热量利用率提高。第三，污染物少，环境友好。简化了生产工序，且设置了排硫孔和排烟孔，避免污染物直接排放。但是，连续石墨化的问题在于，加热温度要低于坩埚炉和厢式炉，导致石墨化程度低，目前主要应用于低端动力领域，量产技术还需突破。图表 36 不同石墨化方式的性能对比类型单位耗电量（kWh）石墨化程度坩埚炉180000.9638353箱式炉120000.9582353连续式80000.9373345容量（mAh/g）比表面积-较高50较低60加工速率（折算/kg/h）一致性41.7中较低低高成本高低资料来源：石墨化方式对锂离子电池人造石墨负

41、极材料性能的影响，华安证券研究所敬请参阅末页重要声明及评级说明17 / 25证券研究报告行业研究4 供需：石墨化供给缺口仍在，一体化路线提升竞争优势4.1 石墨化供需敏感性分析石墨化供给紧张价格攀升，人造石墨同步涨价。从石墨化价格看，21 年因各地限产限电及能耗双控政策导致石墨化供给不足，加工费用攀升，2020 年石墨化价格在 1.3-1.5万元/吨，2021 年 8 月份则达到 2 万元/吨，2021 年末，进一步提升至 2.5 万元/吨。同时终端负极价格，从 21 年初的 4.2 万元/吨攀升至 12 月 5 万元/吨。图表 37 去年以来人造石墨价格持续提升图表 38 石墨化价格走势（万

42、元/吨）5.14.94.74.54.34.13.93.73.532.521.512021年1月2021年4月2021年7月2021年10月2021年1月2021年4月2021年7月2021年10月人造石墨（中端）:万元/吨天然石墨（中端）:万元/吨资料来源：鑫椤锂电，华安证券研究所资料来源：鑫椤资讯，华安证券研究所石墨化供给端：2021 年 8 月 12 日，国家发展改革委印发了2021 年上半年各地区能耗双控目标完成情况晴雨表，在能源消费总量控制方面，仍有 8 个省（区）为一级预警（形势十分严峻），5 个省（区）为二级预警（形势比较严峻），地方开始出现限电限产导向。9 月 16 日，国家发展

43、改革委印发了完善能源消费强度和总量双控制度方案，提出严格制定各省能源双控指标，国家层面预留一定指标；推行用能指标市场化交易；以及完善管理考核制度等，各地高能耗产能收到的影响加剧。图表 39 2021 年各地限产限电政策梳理时间地区政策/事件内容山西省积极推进“两高”项目问题整改组织开展重点行业节能改造行动以煤电、焦化、钢铁、有色、建材、化工等六大高耗能行业为重点，研究制定重点行业能耗双控行动方案，以提高能效水平、降低单位产品综合能耗为目标，2024年底前节能改造任务全部完成，单位产品综合能耗达到能耗限额标准先进值；到 2025年力争节能 750万吨标准煤以上。2021.12山西内蒙古自治区能源

44、局关于印发蒙西电网有重点限制电力用户范围。（1）违规“两高”项目；（2）产业结构调整目录2021.112021.09内蒙内蒙序用电方案蒙东电网 中淘汰类、限制类企业；（3）配备燃煤自备电厂企业的用网负荷；（4）非有序用电方案的通知产业链“两高”项目；（5）其他“两高”项目。以煤电、石化、化工、煤化工、钢铁、焦化、建材、有色等行业设计能耗（等价值）1万吨标准煤及以上的在建和已建违规项目为重点，兼顾其他领域和行业，全面推进“两高”违规项目整改“清零”任务，做到整改对“两高”违规项目整改“清零”行动方案敬请参阅末页重要声明及评级说明18 / 25证券研究报告行业研究象全面覆盖、不留死角。“两高”行业

45、范围为国家统计局国民经济和社会发展统计公报确定的“六大高耗能行业”，并将其中的钢铁、铁合金、电解铝、水泥、石灰、建筑陶瓷、平板玻璃、煤电、炼化、焦化、甲醇、氮肥、醋酸、氯碱、电石、沥青防水材料等 16个高耗能高排放环节投资项目，界定为“两高”项目，结合国家规定和我省实际，动态调整，并采取相关管理措施，严控“两高”项目建设实施。山东省人民政府办公厅关于加强“两高”项目管理的通知2021.09山东江苏省工信厅会议指示要对年综合能耗 5万吨标煤以上企业开展专项节能监察，涵盖全省 323家年综合能耗 5万吨以上企业和 29家“两高”项目企业的专项节能监察行动全面展开。印染集聚区发布停产通知，超 100

46、0家企业“开二停二”。2021.092021.09江苏四川江苏省工信厅会议暂停非必要性生产、照明、办公负荷。积极配合属地政府和供电公司，调整生产、经营安排，尽量避开高峰时段。要求 9-12月，新建成“两高”项目不得投入生产，本年度新建已投产的“两高”项目在上月产量基础上限产 60%，其他“两高”企业实施降低生产线运行负荷、停运矿热炉限产等措施，确保 9月份减产 50%。高耗能企业停限产一个月。2021.092021.09陕西宁夏资料来源：各地方政府公告，华安证券研究所全球范围，2020 年石墨化产能 70 万吨，2021 年石墨化产能 88 万吨左右，全年石墨化产能增加 18 万吨左右。我们预

47、计 22 年和 23 年石墨化产能分别为 111 万吨、153 万吨。我们用保守、中性、乐观情况下的不同开工率进行场景分析测算。石墨化供给端：保守情况下今后两年石墨化开工率在 60%；中性假设下开工率在 70%，乐观情况下开工率在 80%，得出 22 年、23 年石墨化有效产能在保守假设下为 70/92 万吨；在中性假设下为 81/107 万吨；在乐观假设下为 93/122 万吨。石墨化需求端：动力、储能和消费电池需求的快速增长带来负极及石墨化需求高增，根据负极材料需求与出货量对比，我们得到其存在 1.3-1.5 系数关系，人造石墨出货量占比在 80%左右，由此我们测算出 22 年/23 年人

48、造石墨出货量在 79/104 万吨。目前石墨化收率在 90%左右，22 年/23 年石墨化需求在 87.8/115.6 万吨左右。图表 40 人造石墨出货量测算2021A350502022E570852023E780动力电池需求（GWh）储能电池需求（GWh）消费类电池需求（GWh）全球锂电池总需求（GWh）负极材料单耗（万吨/GWh）负极材料需求（万吨）系数1058085854800.0948.01.47400.0966.61.49700.0987.31.4负极出货量（万吨）人造石墨占比679312280%5485%7985%104人造石墨出货量（万吨）石墨化需求（90%收率）6087.81

49、15.6资料来源：GGII，真锂研究，公司公告，华安证券研究所敬请参阅末页重要声明及评级说明19 / 25证券研究报告行业研究由此，在中性假设下，22 年、23 年存在石墨化缺口，分别为-6.5/-8.4 万吨，在保守假设下，石墨化缺口进一步拉大，供需缺口分别为-18.1/-23.7 万吨。石墨化产能多集中在内蒙四川等低电价地区，而能耗双控政策导致开工率短时间内难以提升，另一方面，为应对下游高增的需求，各企业加快石墨化产能建设，但能评审批难度加大影响新项目的建设和投产进度，我们认为未来两年石墨化产能仍然存在硬性缺口可能性。图表 41 石墨化环节供需缺口测算 单位：万吨2021A542022E7

50、92023E104人造石墨出货量石墨化需求 （90%收率）贝特瑞60.0287.85115.610璞泰来91222杉杉股份4.29.419.413东莞凯金66中科电气5.79.514.54.5翔丰华1.51.5尚太科技9.79.79.7其他505860石墨化产能8811160%70%80%69.6681.2792.9(18.1)(6.5)5.1153保守中性乐观保守中性乐观保守中性乐观60%70%80%52.8661.6770.48(7.1)1.760%70%80%91.86107.17122.48(23.7)(8.4)6.9开工率石墨化供给石墨化供需缺口10.5资料来源：GGII，各公司公告

51、，鑫椤资讯、华安证券研究所4.2 一体化布局自供率提升 25pct 毛利率提升 8pct在人造石墨负极材料生产过程中，由于石墨化与前后端工序相较独立，且石墨化工序固定资产投资大、耗时长，因此行业内较多采用委外加工的方式。伴随能耗双控政策的出台，电费上涨，石墨化加工费不断上涨导致石墨化委外加工成本逐步攀升。为应对下游高增的需求以及原材料、石墨化价格上涨的压力，负极企业都在加快打造负极一体化项目，加速石墨化自供比例的提升。图表 42 主要负极企业石墨化自供率估算（万吨）项目2021A132022E152023E25人造石墨负极产能石墨化产能璞泰来91222自供率69%780%1188%13人造石墨

52、负极产能敬请参阅末页重要声明及评级说明20 / 25证券研究报告行业研究贝特瑞杉杉股份中科电气翔丰华石墨化产能自供率228%12545%201077%30人造石墨负极产能石墨化产能自供率4.29.419.465%19.214.576%935%9.247%14.29.5人造石墨负极产能石墨化产能自供率5.738%3.567%6人造石墨负极产能石墨化产能自供率1.51.54.543%925%950%9人造石墨负极产能石墨化产能自供率尚太科技9.79.79.7108%108%108%资料来源：GGII，公司公告，华安证券研究所石墨化价格攀升及原材料价格上涨带来的负面影响被企业不断提升的自供率抵消反转

53、，单吨利润不降反升，2023 年行业毛利率预计或将达到 36%。假设 21 年/22 年/23年石墨化委外加工价格分别为 1.97/2.5/2.65 万元/吨（21 年为全年行业委外加工均价）；自加工成本为 0.66/0.64/0.6 万元/吨，直接材料为 1.15/1.35/1.35 万元/吨，中端人造石墨价格 4.42/5/5.3 万元/吨；自供率我们选取头部企业平均石墨化自供率：2021 年 55%、2022 年/2023 年预测 65%/75%。根据测算，随着负极企业自供率的不断提升，委外加工成本带来的负面影响被抵消反转，单吨利润不降反升，从 21 年的单吨毛利率 25%有望升至 23

54、 年的 36%以上，提升 11pct 左右。如若在价格及管理方面进行精细化运营，负极企业单吨利润将会有更大的提升空间。因此，人造石墨负极材料厂商建立石墨化加工配套产能，完善人造石墨负极材料产业链将成为趋势。图表 43 石墨化价格上涨对企业盈利能力影响 单位：万元/吨2021E4.423.321.150.150.62022E52023E5.3中端人造石墨价格中端人造石墨成本直接材料3.561.350.150.63.371.350.150.6直接人工制造费用石墨化运费0.031.390.661.9755%0.90.031.430.642.50.031.240.6石墨化加工费（自供+委外）石墨化自加

55、工成本石墨化委外加工成本自供率2.6575%0.965%0.9收率单吨毛利润1.1024.92%1.4428.71%1.9336.49%单吨毛利率资料来源：GGII，公司公告，华安证券研究所敬请参阅末页重要声明及评级说明21 / 25证券研究报告行业研究石墨化自供率提升对企业毛利率提升效果显著。以 21 年为例，石墨化自加工成本0.66 万元/吨，委外加工成本 1.97 万元/吨，用敏感性分析预测自供率的变化对石墨化加工费的影响。我们可得随着自供率上升带来人造石墨成本的下降使得毛利率逐渐上升，当自供率每提高 25pct，单吨毛利率将提升 8pct 左右。图表 44 石墨化自供比例对毛利率的敏感

56、性分析 单位：万元/吨自供率0%自供25%自供50%自供75%自供100%自供单吨石墨化加工费中端人造石墨成本中端人造石墨价格单吨毛利率1.973.91.643.571.323.250.992.920.662.594.424.424.424.424.4211.76%19.23%26.47%33.94%41.4%资料来源：GGII，公司公告，华安证券研究所图表 45 石墨化自供率每提高 25pct，单吨毛利率提升 8pct资料来源：华安证券研究所测算5 重点公司5.1 璞泰来：石墨化自供率高，单吨盈利能力强产能持续扩张，高自供率增加盈利空间。随着公司内蒙兴丰年产 5 万吨石墨化项目投产，公司石墨化产能将达到 12 万吨，预计 2022