锂電(diàn)池負極材料的(de)投資重點
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發布時(shí)間(jiān)：2022-01-28
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負極材料是(shì)锂電(diàn)池四大(dà$♣)關鍵材料之一(yī)。锂離(lí)子(zǐ)電(diàn)池包含兩個(gè)電(dià φ≠§n)極（正極、負極），每個(gè)電(diàn)極中都(dōu)有(yǒu)一(yī)÷∑Ω層活性物(wù)質以及能(néng)夠與δ↓外(wài)部電(diàn)路(lù)連接的(de)集流器(qì)，在電(diàn)±池充放(fàng)電(diàn)過程中，通(tōn←γ☆g)過一(yī)定量的(de)電(diàn)解液，電(diàn)荷會(huì)以離( ♣Ωlí)子(zǐ)狀态進行(xíng)傳輸，傳輸的(de)過↓程便是(shì)電(diàn)池內(nèi)部的(de)氧化(huà)還( γ™hái)原反應，在锂電(diàn)池的(deβ₹↓≥)中間(jiān)還(hái)有(yǒu)一(yī)層隔闆，這(zhè)層隔闆對(d'→₹§uì)兩個(gè)電(diàn)極有(yǒu)著(zhe)絕緣的(de)作(zuò)用(yò↑ ←®ng)，用(yòng)于電(diàn)荷離(lí)子&•(zǐ)的(de)通(tōng)過并組織電(diàn)β≥子(zǐ)的(de)內(nèi)部轉移。锂電(diàn)池工(gōng)作(zuò)時®↔(shí)主要(yào)的(de)移動離$$ (lí)子(zǐ)是(shì)陽離(lí)子(zǐ)，電(diàn ©δ•)池充電(diàn)時(shí)，正極的(de)锂原子(zǐ)電(diàn)離(lí)∏∏α為(wèi)帶正電(diàn)荷的(de)锂離(lí)子(zǐ)和↑÷♥(hé)電(diàn)子(zǐ)。帶正電(diàn)的(de)锂離(l≤®í)子(zǐ)從(cóng)正極出發，穿過薄膜後到(dào)達負極，并在負極與電(diàn)子₩↓®(zǐ)合成锂原子(zǐ)。電(diàn)池放(fàng)電(diàn)時(shí)✔₩←則完全相(xiàng)反，锂離(lí)子(zǐ)從(cóng)負極材料表面電(diàn)離∑÷ (lí)為(wèi)锂離(lí)子(zǐ)和(hé)電(dià×>n)子(zǐ)，其中帶正電(diàn)荷的(de)锂↕γ&離(lí)子(zǐ)從(cóng)負極出發，↕↓穿過薄膜後到(dào)達正極，并與電(diàn)子(zǐ)合成锂原子(zǐ)。锂離∞λ (lí)子(zǐ)電(diàn)池能(néng)否成功地(∏∑♦&dì)制(zhì)成，關鍵在于能(néng)否制(zhì)備出可(kě)逆地(dì)¶♥γ✔脫 /嵌锂離(lí)子(zǐ)的(de)負極材料。從(cóng)對(duì)産品性能(né± ng)影(yǐng)響程度看(kàn)，續航能(néng)力、電(diàn∞≠✘)池壽命、安全性能(néng)是(shì)電(diàn)↓↓&≈動汽車(chē)的(de)核心評價指标，而锂離(lí)子(zǐ)電(diàn)池的(α®de)正極材料和(hé)負極材料是(shì)影(yǐng₹¶)響動力電(diàn)池能(néng)量密度、循環性能π>×(néng)、安全性能(néng)的(de)決定性因素。×α
二、負極材料的(de)作(zuò)用(y •òng)簡單來(lái)說(shuō)，我們可(kě)以将将锂電(dià♦♦n)池的(de)容量類比成水(shuǐ)庫，庫裡(lǐ)裝&§多(duō)少(shǎo)水(shuǐ)（锂離(lí)子(zǐ)）取決于正極材料，庫裡(lǐ)能♥≤♦α(néng)裝多(duō)少(shǎo)水(shuǐ)則取決于負極×φ≠★材料。也(yě)就(jiù)說(shuō)正極材料λ÷®的(de)密度是(shì)在不(bù)斷追趕負極材φ©↑料的(de)，電(diàn)池的(de)能(néng)量密度取決于正極€≈π←材料最終的(de)密度。開(kāi)閘放(fàγ'ng)水(shuǐ)的(de)時(shí)候，水↕✔(shuǐ)從(cóng)水(shuǐ)庫$→♦φ內(nèi)流出（锂離(lí)子(zǐ)從(cóng)負極表面離(lí)γ開(kāi)），流出水(shuǐ)庫（完成放$≥✔™(fàng)電(diàn)過程）；而蓄水(shuǐ)的(de)時(shí)候，我們是>(shì)将水(shuǐ)從(cóng)下(xià)遊運輸到(d•≈ào)水(shuǐ)庫內(nèi)（锂離(lí)子(zǐ)離(lí)開(kāi)正極，逆流而姩₽上(shàng)與負極結合），完成能(néng)量儲備（充電(diàn)過程完畢）。♣★負極材料鑲嵌锂離(lí)子(zǐ)的(de)能(néng)力決✔♠定了(le)電(diàn)池能(néng)力密度的(de)綜合指标。正極材料吸收锂離(lí© )子(zǐ)的(de)能(néng)力決定₽>了(le)電(diàn)池實際可(kě)以達到(dào)±←€的(de)能(néng)力密度。
從(cóng)圖2、圖3可(kě)以看(kà≠✔γn)出，負極材料在圓柱與方形锂電(diàn)池占比分(fēn)别都(dōu)達到(dào™'₽ )17%、10%，雖然絕對(duì)占比不(bù)大(dà<σ₽)，但(dàn)是(shì)負極材料屬于锂電(dπ$λiàn)池材料的(de)必備環節。随著(zhe)全球¶™新能(néng)源汽車(chē)滲透率不(b∏ β≠ù)斷提升以及風(fēng)光(guāng)♦∑±≥電(diàn)站(zhàn)裝機(jī)快(kuài)速增長(ch γáng)帶來(lái)的(de)儲能(néng)電>α∞₩(diàn)池需求提升，負極材料需求快(kuài)速±γ¥≤增長(cháng)，行(xíng)業(yè)未來(lái)空(kōng)間(ji¶$ān)廣闊。磷酸鐵(tiě)锂電(diàn)池重獲國(guó)內(nèi)乘用(yγ✘≥òng)車(chē)的(de)青睐，磷酸鐵(tiě)锂電(diàn)池對(duì)負極材料的α γ>(de)需求高(gāo)于三元電(diàn)池，将提升← ∏負極材料單位用(yòng)量。目前負極材料類型以人(rén)造石墨為(wèi)主，矽碳負極材料是(sh×∑ì)負極材料發展的(de)未來(lái)趨勢之一(yī)，但(dàn)目前矽碳負βε♥極技(jì)術(shù)離(lí)産業(yè)化©α₩(huà)周期仍有(yǒu)一(yī)定距離(π$€ lí)，從(cóng)用(yòng)戶端來(lái)看(k€÷σ¥àn)，人(rén)造石墨是(shì)仍會(huì)是(shì)未來(lái)的(de)絕對(dσ÷¶♠uì)主流。從(cóng)負極材料廠(chǎng)商角度看(kàn)，産業(yè)一(yī) "體(tǐ)化(huà)布局，自(zì)建石墨σ©化(huà)産能(néng)降本增效成為(wèi)核心趨勢。各企業(yè)未來(lái)競争的(de)關鍵，或者說(shuō)超額收益↑€Ω的(de)來(lái)源，主要(yào)還(hái)是(shì)體(tǐ)現(xiàn)在工×✘₹(gōng)藝叠代以及一(yī)體(tǐ)化(huà)進λ♥γ程。負極廠(chǎng)商的(de)技(jì)術(shù)進步就(jiù)是(sh♣≈♥↑ì)指工(gōng)藝叠代，一(yī)方ε☆面是(shì)指石墨生(shēng)産工(gōng)藝的(de)改進，例如 '₹ (rú)改進工(gōng)藝後可(kě)以使用(yònπ <®g)低(dī)價原材料達到(dào)高(gāo)價原材料近(jìn)似的(de)效果、抑或是(sh<ì)通(tōng)過對(duì)生(shēng)産工(gōng)藝的(de)優化₹>₩(huà)和(hé)簡化(huà)節省人(rén)力和(h∏♣§ é)電(diàn)力和(hé)設備成本。另一(yī)方面，新技(jì)術(shù)$'♣的(de)進步，比如(rú)說(shuō)負極材料使↑•♦'用(yòng)新型矽碳負極達到(dào)更高(gāo)的(d•∞e)能(néng)量密度。目前看(kàn)，雖然矽碳負極可Ω☆≠(kě)以提升負極材料的(de)能(néng)量密度，但(dàn)是(shì)成本↓β≤仍較高(gāo)。目前矽碳負極産業(yè)發展還(hái)≈≠₽處于早期，行(xíng)業(yè)滲透率不(•εbù)足3%，業(yè)內(nèi)對(duì)矽碳的(de)預期主要(<>σ€yào)體(tǐ)現(xiàn)在經濟性體(tǐ)現(xiàn)後的(de)β$α滲透率提升，以及4680大(dà)圓柱的(de)推動。石墨化(huà)産能(néng)緊缺推動價格×>® 上(shàng)漲。石墨化(huà)是(shì)利用(yòng)熱(rè)活化(hu©¥↓¥à)将熱(rè)力學不(bù)穩定的(de)碳原子(zǐ)實現(x §α∏iàn)由亂層結構向石墨晶體(tǐ)結構的(de)有(yǒu)序轉化(huà)，在人(rén)造石φ₩墨占比持續提升的(de)情況 下(xià)，石墨化(huà)需求持續提升。石墨化(huà)布局50≤π®%在內(nèi)蒙古，但(dàn)是(shì)由×∑于內(nèi)蒙古限電(diàn)政策的(de)出台以及負極™ 材料需求快(kuài)速提升，石墨化(huà)産能(néng)緊缺，價格持續上(×shàng)漲，年(nián)內(nèi)石墨化(huà)價格上(shàng)漲超50%,$↕均價上(shàng)漲至2.05萬元/噸，部分(fē↕←n)采取外(wài)協加工(gōng)的(de)企業(yè) 成本端壓力提升。産業(yè)鏈一(yī)體(tǐ)化(huàλ§$)布局，自(zì)建石墨化(huà)産能(néng)成為(wèαεφi)趨勢。石墨化(huà)價格持續提高(gāo)擠壓負極材料企業(yè™←)利潤，行(xíng)業(yè)內(nèi)公司紛紛開(kāi)始一(yī)體(tǐ)λ$€化(huà)布局以降低(dī)成本提高(gāo)利潤。目前∏'尚 太科(kē)技(jì)實現(xiàn)100≤α%自(zì)供石墨化(huà)；貝特瑞依靠自(zì)供石墨化(huà)和(hé)天然石φ 墨上(shàng)遊礦山(shān)開(k↓±<āi)采一(yī)體(tǐ)化(huà)布局提升利潤；翔豐華、中科(kē)電(≈★ diàn)氣和(hé)杉杉股份均布局建設石墨化(huà)産能(néng)。除自(zì)建石墨化γ↔≥>(huà)加工(gōng)工(gōng)序外(wài)，貝特瑞和£ ≈(hé)璞泰來(lái)也(yě)向上(shàng)布局焦類産Ω•$品公司，在進一(yī) 步鎖定原材料的(♥$↔®de)同時(shí)降低(dī)成本以獲取超額收益。
矽基負極材料能(néng)量密度優勢明(míng)顯，發展潛力巨大(dà♦£)。目前的(de)碳負極材料克容量達到(dào)360mγ ↔✔Ah/g,已經接近(jìn)372mAh/g的(de)理(l₽₩ǐ)論克容量，提升空(kōng)間(jiān)很(hěn)小(xiǎo)。在這(zhè)種背景下(₹π≠★xià)克容量高(gāo)達3500mAh/g的(de)矽基負極材料應運而生(shēng)，矽基負 ™∑極材料在能(néng)量 密度方面具備明(míng)顯優勢，但(dàn)是(shì)因為(≥≤wèi)膨脹較大(dà)、循環性能(néng)差、導電(diàn)率較低(dī)等缺陷，目前尚無✘π®法單獨使用(yòng)，現(xiàn)階段必須與石墨負極材料"±混合使用(yòng)，市(shì)場(chǎng)上(shàng)衍生(shēn&φ≤g)出了(le)單質矽-碳負極、矽氧化(huà)物δ☆>(wù)-碳負極、低(dī)維矽材料、矽合金(jīn)等技≈ (jì)術(shù)路(lù)線。因此，矽基負極材料的(de)高(gāo)效、安全應用(yòng♣✔)成為(wèi)锂離(lí)子(zǐ)電(diàn)池材料企業(yè)和(hé)電(d¥ ↕iàn)池生(shēng)産企業(yè)的(de)共同關注點。| 表格1.天然石墨、人(rén)造石墨和(hé)矽基負極材料對(duì)比 |
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| 能(néng)力密度高(gāo) 加工(gōn€©∞g)性能(néng)好(hǎo) | 膨脹低(dī) 循環性能(néng)↑₽好(hǎo) | |
| 電(diàn)解液相(xiàng)容性差 膨脹較大♦☆(dà) | 能(néng)量密度低(dī) 加工(gōng)α≈₩∑性能(néng)差 | 膨脹大(dà) 首次效率低(dī) 循環性能(néng)差 |
資料來(lái)源:凱金(jīn)能(néng)源招股說(shuō)明(míng)書 ÷(shū),川财證券研究所四、負極材料生(shēng)産流程：工(gōng)序較長(ch<↑→áng)，具備一(yī)定技(jì)術(shù)Ω♠ε©壁壘人(rén)造石墨制(zhì)造流程可(k↔✔ě)分(fēn)為(wèi)四大(dà)步、十餘個(gè)小(xiǎo)工(gōng)序，§ ÷↑造粒和(hé)石墨化(huà)是(shì)關鍵。人(rén)造σα♥石墨負極材料生(shēng)産流程可(kě)₹× 以分(fēn)為(wèi)四個(gè)步驟：1）預處ε☆理(lǐ)2）造粒3）石墨化(huà)4） 球磨篩分(fēn)。四大(dà)步驟中，破碎↕™©和(hé)篩分(fēn)相(xiàng)對(duì)簡單，體(tǐ)現(xiàn)負極行(xín•→♦g)業(yè)技(jì)術(shù)門(mén)檻和(hé)¥Ω企業(yè) 生(shēng)産水(shuǐ)平的(de)主要(yào)是(shì)造粒和(' ←hé)石墨化(huà)兩個(gè)環節。石墨化(huà)基地(dì)的(de)建設固₹π定資産投資較大(dà)、且石墨化(huà)電(diàn)阻料廢料的(de)處置需要(yào)穩δ₽定的(de)鋼廠(chǎng)、鋁廠(chǎng)客戶資源，專業(yè)✘性較強。石墨化(huà)、原料粉碎工(gōng)藝均是(shì)碳素行(xíng)業(yèδ"≤)傳統成熟的(de)工(gōng)藝，可(kě§≤)選擇外(wài)委外(wài)工(gōng)的(d<φe)廠(chǎng)商比較多(duō)，但(dàn)石墨化(γ∏≈huà)委外(wài)加工(gōng)和(&∏hé)自(zì)有(yǒu)石墨化(hu±≥ε♣à)的(de)成本差異大(dà)，故大(dà)多(duō)數ΩΩβ(shù)企業(yè)均在自(zì)建石墨化(huà)基地(dì)以降低(dī)成σ←λ本。具體(tǐ)到(dào)生(shēng)産流程，首先将焦"©類和(hé)導電(diàn)顆粒、碳納米管、炭黑(hēi)、乙煥黑(h£♥∞≈ēi)中的(de)一(yī)種或者多(d"λuō)種進行(xíng)預混，再将混合好(hǎo)的(d★↑♦e)物(wù)料與碳類進行(xíng)一(yī)次燒結包覆π♦，将制(zhì)備好(hǎo)的(de)顆粒進行(xíng)石®✘墨化(huà)處理(lǐ)；石墨化(huà)處理(lǐ)後的(de)物(wù)料與樹(shλ™ù)脂類材料進行(xíng)二次包覆；采用(yòng)溶劑進行(xíng)表面處理(♣≈lǐ)，用(yòng)離(lí)心、沉澱等方法從(cóng)溶劑中分("∞ ÷fēn)離(lí)出固相(xiàng)顆粒，再進行(xínλ∏♠÷g)碳化(huà)，制(zhì)得(de)5-20u↕¶₹m的(de)顆粒，得(de)到(dào)一(yī)種高(gāo)倍率碳負極材料。采用(yòng)®™∞這(zhè)種方法通(tōng)過混 捏造粒↔↑✘>等方式，對(duì)顆粒進行(xíng)二次包覆造粒将材料內(nèi)殼填充，使材料內(nèi)β$ε部結構穩定，使碳負極材料具有(yǒu)高(gāo)倍率性能(néng)、高(gāo)壓實、高(g∑±®←āo)比容量等優點。圖5：人(rén)造石墨負極材料生(shēng)産流程負極材料行(xíng)業(yè)快(kuài)速發展，負極材料出貨量高(gāo)速增↓↕≈長(cháng)。我國(guó)負極材料出貨量由2014年(niáγλ"n)的(de)5.2萬噸快(kuài)速增長(cháng)至2020年(nián₩₩♦)的(de)36.5萬噸，CAGR高(gāo)達38.37%；市(shì)場(cσ×↓hǎng)規模方面，負極材料市(shì)場(chǎng)規模由2014年(nián)的(d ¶e)24.1億元快(kuài)速增長(cháng)至2020年(nγ∏♠ián)的(de)164.25億元，增速迅猛。随著(zhe)各國(guó)新能(néng)λσ≥源汽車(chē)政策加碼，節能(néng)減排期限接近(jìn)，新能(néng)源汽 ♦§±車(chē)滲透率快(kuài)速提升，預計(jì)2021年(β↓nián)負極材料出貨量将保持高(gāo)速增長(cháng)。目前負極材料行(xíng)業(yè)前五市(shì)占率約為(∞∏γwèi)78%，長(cháng)期保持四大(dà)多(duō)小(xiǎ<→γ↕o)的(de)局面，格局相(xiàng)對(d ®βuì)穩定。2020年(nián)數(sh♣↓★∑ù)據顯示貝特瑞、璞泰來(lái)、杉杉和(hé)凱金(jīn)、翔豐華、尚太科(kē)技≈∞(jì)位列前六。值得(de)一(yī)提的(de)是(shì)尚太科(kē)技 ↓(jì)通(tōng)過深度配套甯德時(shí)代、SKI等≥"φ電(diàn)池廠(chǎng)，市(shì)占率 從(cóng)2020年(nián)的(de)十名開(kāi)外(wài)達 π®←到(dào)了(le)2021年(nián)的(de)第六，負極新增出貨量和(h<β₹₩é)增速均排名行(xíng)業(yè)第一(yī)。不(bù)得(de)不(bù)承認βσα♠，锂電(diàn)中遊行(xíng)業(yè)綁定的(de&©)一(yī)個(gè)“大(dà)哥(g'¥∞ē)”級的(de)客戶是(shì)多(duō)麽的(de)重要(yào)。
從(cóng)材料端來(lái)看(kàn)，人(≥<rén)造石墨相(xiàng)比天然石墨的(de)市(shì)占率不(bù<§£>)斷提升，行(xíng)業(yè)競争加劇(jù)。從(cóng)負λσ↓極材料結構來(lái)看(kàn)，2020年(nián)人(rén)造石墨占比由2019∑∑年(nián)的(de)79%提升至84%，占據絕大(dà)部分(fēn)市(shì)場§ (chǎng)。人(rén)造石墨比容量大(dà)、價格便宜，大(dà)部分(fē∞δπn)動力電(diàn)池和(hé)部分(fēn)中高(gāo)端消費(fèi)電(>β∞δdiàn)池，均選用(yòng)人(rén)造石墨π®♥負極材料。從(cóng)人(rén)造石墨行(xíng)業(yè)競争格局↓×↑來(lái)看(kàn)，CR4由2019年(nián)的(de)±β72%下(xià)降至2020年(nián)的(de)67%, 行(xε♦§♣íng)業(yè)集中度下(xià)降，中小(€↑xiǎo)企業(yè)布局增加。六、投資策略——一(yī)級市(shì)場(chǎng)優先布局負極∞$β上(shàng)遊耗材及原材料類企業(yè)展望未來(lái)，由于近(jìn)兩年(n✘®ián)锂電(diàn)池廠(chǎng)商未來(lái)5年(niá÷← n)的(de)擴産計(jì)劃都(dōu)已開(kāi)始，人(rén)造石墨将仍是(λ"≈shì)行(xíng)業(yè)為(wèi)<主，未來(lái)5年(nián)的(de)需求量增量将是(shì)先有(yǒu)基礎的(de"∑←↓)5倍以上(shàng)。從(cóng)投資角度看(kàn)，首先α≠可(kě)以在二級市(shì)場(chǎng)參與¥β&₹定增，篩選标準為(wèi)行(xíng)業(yè)龍頭企業(yè)一(yī)體(tǐ)化(hu→<₹à)布局進度快(kuài)的(de)，優質客戶綁定關系好(☆•→hǎo)的(de)，投資其規模和(hé)市(shì)占率的(de)提升§$帶來(lái)的(de)二級市(shì)場(chǎng)價格₩γ提升；第二是(shì)可(kě)以參與石墨化(huà)設備或耗材以及上(↔ shàng)遊石墨化(huà)石油焦等原材料或耗材類型企業(yè)，δ®因為(wèi)下(xià)遊的(de)負極¶'"™材料廠(chǎng)商的(de)大(dà)規模擴₽ ≥産會(huì)帶動負極材料上(shàng)遊原材料和(hé)設備耗材的(de)需↓₽<₹求。
性能(néng)争霸，誰擁有(yǒu)世界最強汽車(chē)電φ↓(diàn)機(jī)
石墨烯産業(yè)到(dào)了(le)投資時(shí)機(jī)嗎(ma)？——從(cóng)廣✘汽與歐陽明(míng)高(gāo)院士的(de)争論說(shu®∑ō)起
