锂电池负极材料产业深度调研及未来发展现状趋势

锂电池负极材料产业深度调研及未来发展现状趋势锂电池负极材料行业产业链上下游情况锂电池主要由正极、负极、电解液和隔膜组成，其中负极材料在锂电池中作为锂离子和电子的载体，起着能量的储存与释放的重要作用，直接影响电池的能量密度、循环寿命、安全性、快充能力等性能。目前锂电池负极材料主要以人造石墨和天然石墨为主，硅碳负极作为能量密度更高的材料是行业未来重要的发展方向。锂电池负极材料行业的上游主要为石油焦、针状焦、沥青或天然石墨等产品。其中人造石墨的上游为针状焦、石油焦等原材料，经过造粒、石墨化等复杂生产工序，制成人造石墨产品；天然石墨材料的上游主要为天然石墨矿；而硅碳负极的上游原材料除了碳材料以外，还包括硅基材料。锂电池负极材料行业的下游主要是各类电池厂商，目前锂电池的主要应用领域有动力电池、3C数码等消费电池和储能电池，其中动力电池和消费电池占据主流，储能电池的占比较低。近年来，在全球新能源汽车产业爆发式增长的带动下，动力电池需求迅速增长，成为锂电池产业链的重要增长极；传统3C数码市场已步入成熟阶段，市场对于消费电池的需求逐渐趋于稳定，未来的潜在增长点主要是智能家庭设备、可穿戴设备、5G设备等；储能电池则是锂电池未来重要的蓝海领域，储能行业的巨大发展潜力有望为锂电池带来巨大市场需求。锂电池负极材料行业发展趋势（一）锂电池负极材料行业为应对石墨化产能限制，头部企业纷纷进行一体化生产基地建设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，负极材料头部企业普遍选择打造负极一体化项目，对于石墨化加工、炭化加工、上游原材料等产业链各环节进行一体化布局，加速石墨化自供比例的提升，以保障供应链安全，提高成本控制能力。2021年以来，贝特瑞、璞泰来、杉杉股份、凯金能源等头部企业纷纷开始建设产能在20万吨以上的大规模一体化项目。（二）规模效益及成本控制能力将成为锂电池负极材料行业竞争重点动力电池是目前负极材料市场的主要增长点，下游车企在激烈的市场竞争及补贴退坡的背景下，将更加注重原材料的价格水平，具备良好的规模效益及成本控制能力的负极材料企业，有望取得更高的市场份额，从而挤压小型企业的市场空间，淘汰市场落后产能，促进行业集中度的提升，稳固市场竞争格局。（三）硅基负极是下一代负极材料的主要发展趋势目前市场上高端石墨负极材料的能量密度已接近石墨材料的理论上限，难以满足市场对于更高能量密度电池材料的发展需求。硅材料的理论能量密度是石墨材料的10倍左右，同时还具有脱锂电位低、环境友好、资源丰富等优点，是当前产业化前景较好的下一代锂电池负极材料，奔驰、特斯拉、蔚来等多家车企已明确选择硅基负极作为未来高端应用场景、高续航里程的解决方案。近年来，硅基负极出货量已取得迅速增长，但市场渗透率仍然较低。据统计2021年我国硅基负极出货量1．1万吨，同比增长83．3%，占当年负极材料出货量的1．5%。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。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。锂电池负极材料行业市场规模（一）新能源汽车需求爆发式增长，带动锂电池负极材料需求快速提升2021年，全球新能源乘用车销量达650万辆，同比增长109%。在疫情全球蔓延、芯片等关键零部件短缺、上游产能受限的情况下，新能源汽车的市场需求依然保持强劲。作为对比，2021年全球汽车总销量8105万辆，同比仅增长3．87%。新能源汽车的市场渗透率增至11．7%，未来仍有广阔的增长空间。未来，随着新车型性能持续提升、支持政策延续、使用体验提升，新能源汽车渗透率仍有望保持快速增长趋势。中国是全球最大新能源汽车市场，未来发展前景广阔。2021年，中国市场共售出352．1万辆新能源汽车，占全球约50%，同比增长157．5%，继续领跑全球，渗透率达到13．41%。在2021年购车补贴进一步退坡的背景下，我国新能源车销量取得高速增长，说明我国新能源汽车市场已经从政策驱动转向市场拉动，新能源汽车市场需求开始在不依赖政策强力推动下稳定释放。随着新能源汽车积分制度等长期政策的实施，新能源汽车产业技术在不断进步，配套更多符合市场需求的新能源车型和品牌将陆续推出，中国动力电池市场需求量也将保持高速增长的态势，同时带动上游负极材料市场规模进一步增长。（二）消费电子市场对锂电池负极材料需求增速放缓，但仍保持平稳发展态势消费电子产品亦为锂电池重要的应用领域，锂电池应用场景主要包括手机、笔记本、平板电脑、充电宝等，近年来进入成熟发展阶段，产销量整体呈平稳增长态势。2020年，我国3C数码电池产量同比增长2．9%，达到51．0GWh。目前消费电子产品市场的发展趋势是智能化、品质化、个性化提升，未来高端数码软包电池、柔性电池、高倍率电池等将受高端智能手机、可穿戴设备、无人机等领域带动，成为数码电池市场的主要增长点，对锂电负极材料的需求有望继续保持低增速平稳发展的态势。（三）工业储能前景广阔，有望成为锂电池行业发展的蓝海领域储能能够为电网运行提供调峰、调频、备用、黑启动、需求响应支撑等多种服务，是提升传统电力系统灵活性、经济性和安全性的重要手段；储能能够显著提高风、光等可再生能源的消纳水平，支撑分布式电力及微网，是推动主体能源由化石能源向可再生能源更替的关键技术。锂电池凭借高能量密度、高功率密度和高效率成为全球主要储能系统之一，目前广泛应用于电网储能、家庭储能、通信储能等各种储能领域。在国家各种扶持新能源产业发展政策的支持下，风能、光伏等可再生能源将获得更大规模的应用，储能锂电池将形成巨大的市场需求。2020年中国储能电池出货量为16．20GWh，同比增长69．81%。据高工锂电预计，2025年中国储能电池出货量将达到58GWh。随着锂电池成本的持续下降，储能应用场景逐步成熟，未来储能电池市场将迎来快速发展，成为锂电池市场新的增长点，对负极材料的长期需求或不亚于动力电池市场。2021年7月，国家发改委、国家能源局联合发布的《关于加快推动新型储能发展的指导意见》提出：到2025年，实现锂离子电池等新型储能从商业化初期向规模化发展转变，装机规模达3，000万千瓦以上；到2030年，实现新型储能全面市场化发展，新型储能成为能源领域碳达峰、碳中和的关键支撑之一。随着储能产业规模化发展战略的逐步落地，锂电负极材料行业将迎来巨大的市场需求空间。2015-2021年，我国负极材料出货量由7．28万吨增长至72万吨，保持高速增长的趋势。2022年上半年，我国负极材料出货量54万吨，同比增长68%。未来几年，全球新能源汽车渗透率及单车带电量将进一步提升，新能源汽车市场和储能电池市场在政策支持和技术进步的双重影响下，预计将继续带动锂电负极材料市场需求的快速增长。人造石墨主角地位难撼动，硅基负极粉墨登场（一）石墨类负极性能优化进行时石墨类负极各有优势，人造石墨更胜一筹。从克容量来看，天然石墨容量略高于人造石墨。天然石墨负极材料的理论容量为340-370mAh/g，人造石墨的负极材料的理论容量为310-360mAh/g。从循环性能来看，人造石墨循环性能好于天然石墨。根据贝特瑞的数据，天然石墨（GSN产品）的循环周数为500周左右；人造石墨（AGP-2L-P）循环周数可达6000周。主要原因为天然石墨的颗粒大小不一致，表面缺陷较多，因此容易与电解液反应从而导致循环性能下降。从膨胀率角度来看，天然石墨膨胀率高