锂电池负极材料行业壁垒分析

锂电池负极材料行业壁垒分析锂电池负极材料行业壁垒（一）锂电池负极材料行业规模和资金壁垒锂电池负极材料行业具有规模经济的特点。生产规模较大、资金雄厚的企业在上下游议价、生产运营方面具有更好的规模效益，成本控制能力更强，市场战略的灵活性更高，更容易受到下游大客户的青睐，从而建立长期稳定的合作关系。为了提升规模效益，负极材料厂商需要投入大量资金，进行厂房建设和设备购置、培养专业化人才，以在激烈的市场竞争中占有一席之地。因此，庞大的资金需求限制了很多新进入者的发展。行业头部企业为了抢占市场份额、提高成本控制能力、增强规模效益，纷纷投资建设一体化生产基地，以贝特瑞、璞泰来和杉杉股份正在建设的3个一体化项目为例，项目总投资额均在80亿元以上。因此，规模效益、资金实力是负极材料建立、巩固和提高市场地位，取得长期持续发展的关键要素，行业具有较高的规模与资金壁垒。（二）锂电池负极材料行业技术壁垒石墨负极材料的技术壁垒主要体现在工艺控制能力、定制化产品开发能力两个方面。人造石墨负极材料的工艺十分复杂，个别工序具有较高的工艺壁垒。在工艺程序中较为关键的步骤有原料甄选检验、精碎分级、二次造粒、石墨化以及表面包覆改性等，生产厂家除了必须具有丰富的技术应用积累外，对原材料选择、生产工艺的细节设置、成品的质量把控也必须有深入的研究。同时，由于下游应用领域的多样化，生产厂家还必须满足下游不同应用场景的定制化需求，进行特定性能的针对性开发。因此，石墨负极材料行业存在较高的技术壁垒。负极材料短期供给偏紧，长期有产能过剩风险（一）三大多小向四大多小演变负极行业高度聚集，国内竞争格局逐步走向四大多小。从全球竞争格局来看，2021年贝特瑞、璞泰来、杉杉股份市场占比分别为14．3%/11．9%/11．7%，且市场份额相对较为稳定。2021年中国占全球负极材料市场的比重为86．10%，远高于其他国家。从国内竞争格局来看，国内竞争格局略微有所变化，四大多小趋势逐步明显。2021年贝特瑞、璞泰来、杉杉股份、凯金能源占比分别为21%/12%/12%/11%。凯金能源占比逐步向第一梯队靠近。（二）短期负极材料供需紧平衡，长期或将供过于求负极材料产能急速扩张，长远来看存在产能过剩风险。根据华经研究院统计，2021年全球负极厂商名义总产能110万吨，其中中国负极厂商总产能达94万吨，占比85%，韩国、日本总产能16万吨，占比15%。根据各公司公告，2021年主流负极材料上市公司璞泰来、贝特瑞、杉杉股份、中科电气、翔丰华产能分别为15．00/14．47/12．00/6．64/3．50万吨。根据百川盈孚大数据统计，2021年和2022年国内各厂商规划总产能为652万吨。石墨化+一体化企业优势凸显，硅基负极为未来发展方向（一）受双控+限电影响，石墨化供给短期或仍将不足石墨化是人造石墨的必经之路。石墨化是将物料按一定的升温曲线进行加热处理直至物料转化为石墨制品的过程，该过程以热能引起的运动为基础，使碳进一步富集，碳原子实现由乱层结构向石墨晶体结构的有序转化。石墨化过程为将主材料均匀放入石墨坩埚内，再通过天车吊起平放入石墨化炉中，将电阻料放入炉芯处石墨坩埚外围，外边包覆保温料，将炉体填满，即完成装炉。将炉体装满后，即进入电加热过程。通过石墨化炉两侧的电极进行通电加热，时间通常不超过48小时，在炉内达到一定温度后加盖炉顶并设置集气罩，炉内温度将继续升至2800℃-3000℃，最终将坩埚内含碳物质在高温热处理下，使其具备石墨晶体结构特征。通电加热结束后，将炉顶打开，静置冷却至材料恢复常温，即结束该生产过程。通常情况下，石墨化工序或提纯工序一个周期将达到15-22天。高温高耗电量+产能扩张较缓或将导致我国石墨化供需错配。从供需情况上看，2023年我国石墨化或将呈现供给不足的情况。根据头豹研究院测算，2022年我国石墨化供给和需求分别为72万吨和64万吨；2023年我国石墨化供给和需求分别为85．3万吨和91．4万吨。从能耗上来看，石墨化企业属于高能耗企业。石墨化炉种类多样，但高温以及高耗电量难以避免。我国目前主流的石墨化炉为艾奇逊石墨化炉和内串式石墨化炉。根据石墨网统计，艾奇逊石墨化炉和内串式石墨化炉的耗电量巨大，其耗电区间分别为4000～4800kwh/t、3300～4000kwh/t。从石墨化产能布局来看，我国石墨化产能主要集中在西北地区，市场格局较为分散。1）根据高工锂电统计，2021年内蒙古石墨化产能占比为41%、四川为17%、山西为12%、青海为8%。由于石墨化需要消耗大量的电力，因此石墨化产能布局整体上是根据电力供应能力以及电价分布的。2）石墨化市场格局较为分散，根据头豹研究院，2021年我国外协厂的石墨化市场占比达到了63%。在上市公司中，璞泰来石墨化市场份额最大，达到了整体市场份额的13%。从政策端来看，双控政策不断出台，石墨化产能释放受阻。2021年国家发改委出台《完善能源消费强度和总量双控制度方案》后，各省市发改委相继出台相关的双控政策，石墨化厂商产量受限。以我国石墨化产能占比最大的内蒙古自治区为例，2022年7月内蒙古自治区发改委发布了《关于完善能耗强度和总量双控政策保障稳中求进高质量发展的通知》，其中下达了对于各盟市年度能耗强度降低目标任务，以及加强了对于两高项目的认定、管理、审核。（二）一体化趋势加剧，龙头企业优势凸显一体化是负极材料企业降本的主要方式，其中石墨化自供率为重中之重。1）石墨化在人造石墨中的占比较高。目前我国大部分负极材料厂商的石墨化都是以外协厂加工为主。根据璞泰来2021年年报，公司人负极材料加工费占比为41．75%；2）电价上涨，抬升石墨化费用。根据璞泰来2021年年报，石墨化的主要成本为制造费用以及辅助生产费用，占比达到84．16%。由于石墨化需要消耗大量的电力，因此电费对于制造费用以及辅助生产费用的影响较大。随着各地电力市场改革进程加速，高耗能企业的电价进一步提升，因此将会推升石墨化的成本；3）受调控政策影响，有效产能不足，石墨化供应紧缺，石墨化加工价格上涨。4）委外加工石墨化大幅拉低负极材料企业毛利率。根据尚太科技的测算，2020年当石墨化委外加工占比达到30%和50%时，负极材料毛利率分别下降7．98%和13．30%。负极材料厂商扩产石墨化产能，石墨化自给率有望提升。根据GGII数据，2021年璞泰来、杉杉股份、中科电气、翔丰华、凯金能源石墨化自给率分别为66．67%、35．00%、53．03%。根据各公司公告（据不完全统计），中科电气规划石墨化产能达20万吨，杉杉股份规划石墨化高达50万吨，贝特瑞规划石墨化产能达28万吨。（三）硅基负极未来可期硅基负极克容量高，可大幅提升新能源汽车的续航里程。续航里程是新能源汽车的痛点之一。为了满足消费者的续航需求，我国纯电动新能源汽车续航里程不断提高。根据数据显示，2018-2021年纯电新能源汽车最高续航里程分别为565km/660km/706km/840km/1008km。解决续航里程的方法除了增加电池尺寸，其次是提高电池的能量密度。以磷酸铁锂电池和三元锂电池为例，历年来能量密度都是不断提升的。由于硅基负极的克容量远高于天然石墨和人造石墨，因此硅基负极的应用可提升动力电池的能量密度，提升新能源汽车的续航里程。快充车型纷至沓来，硅基负极高倍率性能傲视群雄。随着消费者对于补能时长要求的提高，缩短补能时长是发展新能源汽车发展需要解决的问题。从供给端来看，已有多家车企已经或即将推出800V的快充车型。为了提升电池的充放电效率，就需要使用高倍率的电池。高倍率电池一般指的是连续放电能力≥3C的锂离子电池，锂离子电池是一种充电高倍率电池，它主要依赖锂离子在正极和负极之间移动来工作。因此，具有高倍率性能的负极材料将提高锂电池的充放电能力。大圆柱电池推出，负极材料膨胀率容忍度提高。硅先天不如石墨稳定，因此在充放电的过程中容易膨胀。一般碳基负极在嵌锂反应中体积的膨胀不超过10%，而硅基则能膨胀360%，从而引发SEI膜破损等副反应，导致电池容量衰减。大圆柱电池带动硅基负极材料需求上涨主要原因为：1）圆柱电池体积更大。硅基负极在充放电的过程中膨胀率极高，大圆柱电池的体积较大，为硅的膨胀预留了一定的空间，减少了膨胀所带来的影响；2）大圆柱电池表面为弧形。硅基负极的膨胀时多个方向可以分摊膨胀压力，因此对于硅基负极的膨胀容忍度更高。负极材料上游分析（一）石油焦石油焦是原油经蒸馏将轻重质油分离后，重质油再经热裂的过程转化而成的产品，主要用来生产石墨电极、锂电负极、高端预焙阳极等。石油焦是石油炼化副产品，产出基本依赖石油炼化产量。2022年6月全国石油焦产量248．9万吨，同比下降1．8%，2022年1-6月全国石油焦产量为1472．2万吨，同比下降1%。（二）针状焦产量针状焦是一种新型优质的碳素材料，外观为银灰色。针状焦原材料要求较高，是高端人造石墨的主要原材料。得益于我国锂离子电池行业的快速发展，针状焦市场需求释放，行业规模随之扩张。近年来中国针状焦产量实现爆发式增长，2021年产量超70万吨，预计2023年将继续保持增长，产量将达138．79万吨。从市场份额来看，中国针状焦市场份额较为分散。2021年中国油系针状焦总产能为145万吨，生产企业共9家，其中排名前五的是宝来生物、益大新材料、京阳科技、锦州石化、亿维新材，产能分别为26万吨、20万吨、20万吨、17万吨、15万吨，分别占比18%、14%、14%、12%、10%。（三）天然石墨产量在锂离子电池、电弧炉钢铁等行业的推动下，我国天然石墨产量逐年增长。数据显示，2017-2021年国内天然石墨产量从62．5万吨增长至73．5万吨，期内年均复合增长率为4．14%。未来随着包括耐火材料、润滑油和锂离子电池在内的下游行业的需求不断攀升，中国天然石墨产量预计将在2023年达87．3万吨。天然石墨可分为鳞片石墨和土状石墨，负极材料通常采用鳞片石墨。从市场竞争格局来看，贝特瑞独占63%的市场份额，翔丰华、杉杉占比分别为8%、6%。石墨化技术现状分析传统石墨化工艺主要包括艾奇逊石墨化炉，内热串接式石墨化炉两种，均属于间歇式石墨化炉。艾奇逊石墨化炉使用历史悠久，是目前最为成熟、应用最为广泛的石墨化炉，其主要优点包括结构简单、坚固耐用、容易维修等，但是缺点是热损失大，能量有效利用率仅30%左右，单位电耗达4000-4800kWh/t，且需要大量的冶金焦作为电阻料，污染比较严重。内串式石墨化炉相比艾奇逊炉加热速度快，生产周期短，且电耗下降20%-35%，产品石墨化程度更均匀，但该炉一般只适用于电极的生产，不适用于颗粒料的负极石墨化生产。为了应对国内越来越严厉的能耗政策以及不断上升的成本压力，负极企业探索新的石墨化技术，其主要的发展方向分为两种，一种是在传统的艾奇逊炉基础上进行改进的箱式炉，另外一种是连续石墨化炉。行业发展前景分析（一）各国新能源汽车支持政策有利于锂电池负极材料产业的长期发展锂电池负极材料作为一种重要的新能源汽车动力电池材料，长期以来受到国家科技政策和产业政策的支持，并被列入国家相关产业发展规划及目录。近年来，国家相关部门相继出台了新能源汽车相关法规和政策，具体包括购车补贴、税收优惠、路权特权、积分政策等，为我国新能源汽车企业的发展提供了良好的外部环境，有利于国内锂电池负极材料产业在更高的起点上与国际同行竞争。（二）日益紧迫的环保压力有利于促进锂电负极材料产业的发展二次锂离子电池在电动汽车、电动自行车和电动工具等领域的加速推广应用，有利于改善能源结构，增加清洁能源，减少碳排放量，改善环境。另一方面，二次电池中铅酸、镍镉电池的使用和废弃都有可能对环境造成了较大污染，而锂电池是具环保价值的绿色电池之一，其对这两种电池品种的替代全面符合了当下对建立环境友好型社会的号召。由此释放出的巨大市场空间给锂离子电池产业带来了重要的发展机遇。（三）下游各大车厂的扩产计划将直接推动锂电负极产业快速发展面对新能源汽车较为明确的发展趋势，国内外各大汽车巨头相继加大了新能源汽车的投资力度，同时也引来了各路资本竞相加入造车新势力，将直接推动上游动力锂电厂商以及负极材料厂快速发展。中国负极材料行业竞争格局分析（一）石墨化产能分布石墨化是人造石墨的必备工序，由于双限政策影响，国内各地对属于高能耗产业的石墨化项目严格限制，目前纯石墨化厂商扩产项目较难通过地方政府能评及环评审批。负极厂商一体化产能项目由于更能促进地方就业和贡献更多税收，并属于国家鼓励的新能源产业，相对更容易拿到能评和环评审批。2021年我国石墨化产能合计98．1万吨。（二）竞争格局2021年国内负极材料产量达66万吨，同比增长85%。负极龙头贝特瑞市占率26%，同比增长3%，国内负极CR3/CR5分别达56%/80%，同比下降2%/持平，龙头厂商竞争格局较为稳定，其中贝特瑞、中科星城和尚太科技扩产积极，市占率提升较为明显。在人造石墨领域，璞泰来（