1、负极行业深度： 详解生产工艺，细评性能高低 分析师： 申建国 执业证书编号：S07 证券研究报告 电力设备与新能源行业 2020年 5月 15日 序言：序言： 负极材料行业的研究： 2017年底璞泰来上市，自此国内负极三强全部上市，但当时针对负极的研究并没有太多。2017年中 我们开始关注负极材料行业，并且开始推荐，相继写的行业深度有： 负极深度之一：针状焦价格暴涨，对负极企业影响几何？ 负极深度之二：具备强成长属性的高壁垒锂电池材料 负极深度之三：硅基负极新能源产业下一个风口 负极深度之四：锂电负极行业二十年复盘与展望 负极深度之五：针状焦行业深度剖析及负极材料成本拆分
2、 负极深度之六：天然石墨-性价比决定未来趋势，集中度提升龙头受益 负极深度之七：硅碳负极&预补锂技术 深度拆解负极工艺深度拆解负极工艺 本篇报告从负极的生产工艺入手，比较分析不同公司负极材料，同时更新2018年报告锂电负极行 业二十年复盘与展望的数据，进行行业预判。 qRoRoPpMnQoPvMmOuMmQxP7NbP6MsQpPmOnNiNmMtOlOpOzRbRrRzQvPoNqOvPrMyR 核心观点：核心观点： 锂电四大材料负极格局最好。 负极是锂电池的主要组成部分，目前主流应用为人造石墨负极和天然石墨负极。负极材料占动 力电池材料成本约为6%，相对较低。由于技术突破和行业属性的影响，
3、中国负极企业逐渐掌握了话 语权，在全球中的占有率逐年提升，预计市占率未来将进一步提升至90%。相比于其他锂电材料， 负极行业集中度较高，竞争格局最好。 人造石墨性能差异大，高端人造石墨工艺复杂。人造石墨性能差异大，高端人造石墨工艺复杂。 人造石墨负极的原材料被分为煤系、石油系以及煤和石油混合系三大类格，原材料的种类繁多 导致了负极性能的差异。普通人造石墨加工需要经过四大工序，而高端石墨需要更多的工序，存在 一定的技术壁垒。高端石墨加工中的二次造粒、碳化包覆、二次包覆、掺杂改性等工序能显著提升 负极的性能，但是均对技术有一定的要求。 看好负极一线龙头和二线海外供应。看好负极一线龙头和二线海外供应
4、。 人造石墨负极主导高端消费和动力电池，国内动力以人造为主而海外动力仍以天然为主。随着 新能源汽车发展对动力电池需求的加大和人造石墨负极渗透率的上升，人造石墨需求增速逐年提升 。目前，主流的负极企业均已经和各大电芯龙头形成了绑定关系。电芯企业对产品的验证时间长， 技术和供货要求高，因此小企业难以导入其供应链。日企逐渐式微，国内负极企业出海加速，我们 看好现有的一线负极龙头公司璞泰来璞泰来(紫宸紫宸)、中国宝安、中国宝安(贝特瑞），贝特瑞），建议关注导入海外巨头的二线负 极公司中科电气（星城石墨）中科电气（星城石墨）。 风险提示：风险提示：新能源汽车销量不及预期、客户导入进度低于预期、资产减值风
5、险。 目录 二 三 一 四大材料负极格局最好 人造石墨负极工艺拆解 人造石墨负极展望 负极是锂电池的主要组成部分，它是由负极活性物质、粘合剂和添加剂混合制成糊状均匀涂抹在铜 箔两侧，经干燥、滚压而成。我们所谈的负极材料主要指的是负极活性物质。 负极可分为碳材料和非碳材料两大类，碳材料包括人造石墨、天然石墨、中间相碳微球和硬碳软碳 等，非碳材料包括硅基材料、锡基材料和钛酸锂等。 现有负极材料以石墨类碳材料为主现有负极材料以石墨类碳材料为主 图表图表1.1.负极材料分类负极材料分类 资料来源： CNKI，方正证券研究所 目前应用最广的负极材料仍然是天然石墨和人造石墨两大类(以天然石墨为基础和其他负
6、极材料掺杂 形成的复合石墨），硅基等合金类负极材料虽然已开始在特斯拉/松下动力电池上应用，但仍处于推 广的初期，需求还比较有限。 中间相碳微球具备倍率性能优异的特点，但是制备工艺复杂、产率低、成本难以下降，发展也比较 受限。硬碳和软碳在技术上还不够成熟。 图图表表2 2： 主流负极材料及其特点主流负极材料及其特点 类型类型 天然石墨天然石墨 人造石墨人造石墨 中间相炭微球中间相炭微球 硅碳材料硅碳材料 理论容量 340-370mAh/g 310310- -360mAh/g360mAh/g 300-340mAh/g 400mAh/g 首次效率 90% 93%93% 94% 84% 循环寿命 良好
7、 优秀优秀 优秀 较差 安全性 较差 良好良好 优秀 较差 倍率性 较差 良好良好 优秀 较好 成本 最低 较低较低 较高 最高 优点 工艺简单、成熟 工艺成熟，循环性好工艺成熟，循环性好 倍率性好 理论能量密度高 缺点 电解液相容性较差 克容量低克容量低 工艺复杂，成本较高 工艺复杂、首次库伦效率 低、循环性差 发展方向 降低成本，改善循环性与 安全性 降低成本，提高克容量降低成本，提高克容量 简化制备过程，降低成本 提高首次库伦效率，改善 循环性 资料来源： CNKI，方正证券研究所 应用最广的是人造石墨和天然石墨应用最广的是人造石墨和天然石墨 人造石墨优势人造石墨优势：循环寿命优势突出循
8、环寿命优势突出，天然石墨很多都在千次之内，人造石墨可达2000次；倍率性倍率性 能好，体积膨胀小能好，体积膨胀小；人造石墨中石墨晶粒较小，石墨化程度稍低，结晶取向度偏小,所以该两点性 能更好，且高低温性能高低温性能也也好好。 天然石墨优势：天然石墨优势：因为基本少了石墨化环节，成本低，能量密度高，但是由于表面缺陷较多，与电 解液相容性比较差，副反应比较多，续航寿命差。 动力电池对循环寿命和安全性要求高，人造石墨是动力电池主流应用方向。动力电池对循环寿命和安全性要求高，人造石墨是动力电池主流应用方向。 3.0 4.1 0 1 2 3 4 5 6 15Q2 15Q4 16Q2 16Q4 17Q2
9、17Q4 18Q2 18Q4 19Q2 19Q4 20Q1 中国天然石墨价格 中国人造石墨价格 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 15Q1 15Q2 15Q3 15Q4 16Q1 16Q2 16Q3 16Q4 17Q1 17Q2 17Q3 17Q4 18Q1 18Q2 18Q3 18Q4 19Q1 19Q2 19Q3 19Q4 20Q1 人造石墨 天然石墨 其他 人造石墨渗透率 图表图表3.3.石墨负极材料价格走势石墨负极材料价格走势 图表图表4.4.人造石墨渗透
10、率逐步提升人造石墨渗透率逐步提升 人造石墨性能好，天然石墨成本低。人造石墨性能好，天然石墨成本低。 资料来源： GGII，方正证券研究所 54% 54% 23% 57% 71% 67% 34% 79% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 电解液电解液 隔膜隔膜 正极正极 负极负极 CR3CR5 图表图表5.5.动力电池各材料成本占比动力电池各材料成本占比 图表图表6.20196.2019年动力电池四大材料竞争格局年动力电池四大材料竞争格局 在动力电池的材料成本中，负极占比约为7%，下游企业对负极价格的敏感程度较低，更看重稳定 的供货能力。 在四大材料中
11、负极的竞争格局最好，2019年CR3和CR5分别为57%和79%，头部企业更加受益。其中 天然石墨负极贝特瑞一家独大，人造石墨负极以江西紫宸、东莞凯金、宁波杉杉三家分得63%的 市场份额。 负极成本占比低，竞争格局最好负极成本占比低，竞争格局最好 资料来源： GGII，方正证券研究所 38% 27% 9% 7% 6% 6% 4% 3% 正极 硬结构件 BMS 集流体 负极 隔膜 电解液 其他 7.2 11.8 14.6 19.2 26.5 11.1 17.0 20.5 26.0 32.6 65% 70% 71% 74% 81% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80
12、% 90% 0 5 10 15 20 25 30 35 40 200182019 中国负极总产量 全球负极总产量 中国占比 图表图表6.6.前十只有两家日本企业前十只有两家日本企业 图表图表7.7.中国负极材料产量在全球占比中国负极材料产量在全球占比 从全球竞争格局来看，海外目前的负极公司仅有日立化成、三菱化学等两家，而国内则有贝特瑞 、杉杉、江西紫宸、凯金能源能多家公司，相比于电池、隔膜、正极材料等，石墨负极国内企业 的市占率和出货量占比最高，预计未来国内企业市占率继续攀升到90%以上，原因是负极是高耗 能以及技术密集型行业，中国企业会比较有优势。 负极全球格局好，日本
13、企业将逐渐式微负极全球格局好，日本企业将逐渐式微 资料来源： GGII，方正证券研究所 公司名称公司名称 市占率市占率 20192019产量产量 （吨）（吨） 公司名称公司名称 市占率市占率 20182018产量产量 （吨）（吨） 公司名称公司名称 市占率市占率 20172017产产 量（吨）量（吨） 贝特瑞 18.37% 5.99 贝特瑞 16.56% 4.3 贝特瑞 16.05% 3.29 江西紫宸 14.26% 4.65 宁波杉杉 13.48% 3.5 宁波杉杉 15.08% 3.09 宁波杉杉 13.83% 4.51 日立化成 13.10% 3.4 日立化成 14.11% 2.89 凯
14、金能源 13.80% 4.5 江西紫宸 12.71% 3.3 江西紫宸 11.67% 2.39 日立化成 9.39% 3.06* 凯金能源 10.02% 2.6 凯金能源 5.84% 1.2 翔丰华 4.26% 1.39 三菱化学 4.62% 1.2 深圳斯诺 4.86% 1 星城石墨 3.96% 1.29 翔丰华 4.24% 1.1 三菱化学 4.38% 0.9 三菱化学 3.31% 1.08* 星城石墨 4.16% 1.08 星城石墨 4.13% 0.85 正拓能源 2.33% 0.76 正拓能源 3.08% 0.8 翔丰华 3.89% 0.8 深圳斯诺 1.66% 0.54 深圳斯诺 2
15、.70% 0.7 正拓能源 3.40% 0.7 其他 14.82% 4.83 其他 15.33% 3.98 其他 16.59% 3.40 注：注：*代表预测值代表预测值 目录 二 三 一 四大材料负极格局最好 人造石墨负极工艺拆解 人造石墨负极展望 锂离子电池由正负极、隔膜和电解液等组成，其中负极材料是影响锂离子电池容量、循环和倍率容量、循环和倍率 （快充）（快充）性能发挥的关键因素之一。锂离子电池作为一种充电电池，主要依靠锂离子在正极和负 极之间移动来工作。在充放电过程中，锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌。负极跟电解液、 铜箔接触，充放电过程中体积会膨胀，并且会形成SEI膜，消化锂离子，并
16、影响首次充放电效率和 循环寿命。 图表图表8.8.锂离子电池工作原理锂离子电池工作原理 图表图表9.SEI9.SEI膜示意图膜示意图 锂离子电池介绍锂离子电池介绍 资料来源：CNKI，方正证券研究所 负极材料作为动力电池的四大材料之一，可以通过多种参数对其性能进行评价。如首次效率、振 实密度、真密度、压实密度、面密度、比表面积、比容量等。 负极材料的性能直接影响动力电池，其性能的优良相应的体现在动力电池的关键性能中，如循环 寿命性能、膨胀变形问题和倍率性能。 负极材料性能指标多负极材料性能指标多 图表图表10.10.影响负极材料的关键因素指标影响负极材料的关键因素指标 资料来源：CNKI，方正
17、证券研究所 首次效率：首次效率： 部分锂离子从正极脱出并嵌入负极后，无法重新回到正极参与充放电循环，形成SEI膜 ，或者不可逆嵌锂，导致首次充放电效率不是 100%。 振实密度：振实密度： 是依靠震动使得粉体呈现较为紧密的堆积形式下的密度。 真密度：真密度： 材料在绝对密实状态下（不包括内部空隙），单位体积内固体物质的重量。由于真密度 是密实状态下测得，会高于振实密度。振实密度和真密度是针对负极，压实密度则针对的是极片。 压实密度：压实密度： 指负极活性物质和粘结剂等制成极片后，经过辊压后的密度，压实密度=面密度/(极片 碾压后的厚度减去铜箔厚度)。压实密度越高，单位体积内的活性物质越多，比容
18、量也就越大，但 同时孔隙也会减少，电解液浸润性降低，不利锂离子嵌入和脱出， 反而不利于容量的增加。 面密度：面密度：单位面积集流体（指铜箔）上活性物质的质量。 比表面积（以及粒度）：比表面积（以及粒度）： 指单位质量物体具有的表面积，颗粒越小，比表面积就会越大。小颗粒 、高比表面积的负极，锂离子迁移的通道更多、路径更短，倍率性能就比较好，但由于与电解液接 触面积大，形成 SEI 膜的面积也大，首次效率也会变低。大颗粒则相反， 优点是压实密度更大。 比容量：比容量： 单位质量的活性物质所能够释放出的电量。 循环寿命和膨胀：循环寿命和膨胀：膨胀和循环寿命是正相关的关系，负极膨胀后，会造成卷芯变形，
19、负极颗粒形成 微裂纹甚至颗粒脱落，SEI 膜破裂重组，消耗电解液中的锂离子，循环性能变差； 倍率性能：多种不同倍率充放电电流下表现出的容量大小、保持率和恢复能力。 负极材料主要性能指标负极材料主要性能指标 资料来源：CNKI，方正证券研究所 江西紫宸江西紫宸: 凯金能源凯金能源: 贝特瑞贝特瑞: 翔丰华翔丰华: 江西正拓江西正拓: 星城石墨星城石墨: 人造石墨人造石墨是将原材料和粘结剂进行破碎、造粒、石墨化、筛分而制成。基本包含四大工序四大工序，包括 破碎破碎、造粒造粒、石墨化石墨化和筛分筛分，四大工序又细分成十几道工序，流程基本是一致的，但具体到每家 企业、不同级别人造负极，其制备工艺又都会
20、有一定的差异，如江西紫宸产品比较高端，在后段 有碳化包覆。 人造石墨的四大工序中，破碎破碎和筛分筛分相对简单，体现负极行业技术门槛和企业生产水平的主要是 造粒造粒和石墨化石墨化两个环节。 而高端人造石墨，会多一些工序，例如二次造粒、碳化包覆、二次包覆二次造粒、碳化包覆、二次包覆 、掺杂改性、掺杂改性等。 原材料 破碎 造粒 石墨化 碳化包覆碳化包覆 筛分 图表图表11.11.人造石墨生产工艺流程人造石墨生产工艺流程 普通人造石墨包含四大工序，高端人造石墨工序更多。普通人造石墨包含四大工序，高端人造石墨工序更多。 资料来源：GGII，方正证券研究所 原材料：原材料：人造石墨的原材料分为煤系、石油
21、系以及煤和石油混合系三大类。其中煤系针状焦、石油 系针状焦以及石油焦应用最广。 不同的焦，如石油系针状焦和煤系针状焦、国产焦和进口焦等，价 格差别较大，也是成本控制关键点成本控制关键点。一般来讲， 高比容量的负极采用针状焦作为原材料，普通比容 量的负极采用价格更便宜的石油焦作为原料，不同原材料是决定人造石墨性能的重要因素，影响人 造负极比容量、循环寿命、倍率性和压实密度等比容量、循环寿命、倍率性和压实密度等，如选用各向同性焦，能提高产品性能。目前行业 趋势是选用国产焦等低成本焦，通过工艺控制提升性能，降低成本，降本保质， 差异性：差异性：不同公司所用原料焦差异较大，造成成本、产品价格和性能差异
22、性也大。 其中江西紫宸总经理冯苏宁曾任职于鞍山热能研究院，而该研究院是国内煤系针状焦领域的领先单 位，因此江西紫宸在原料焦选用上独具慧眼，为研发高端人造负极产品和参股针状焦企业打入坚实 基础。 图表图表12.12.人造石墨原材料分类人造石墨原材料分类 负极原材料种类多，不同原材料性能和价格差异性大负极原材料种类多，不同原材料性能和价格差异性大 图表图表13.13.翔丰华所用不同种类焦价格差别较大翔丰华所用不同种类焦价格差别较大 资料来源：CNKI，方正证券研究所 种类种类 21062106 20172017 20182018 单价单价( (元元) ) 单价单价( (元元) ) 单价单价( (元
23、元) ) 石油焦-普通 焦 3473.31 6817.00 5253.47 石油焦-针状 焦 4226.67 16774.66 13500.45 石油焦-其他 类 4736.84 5564.38 32987.50 预处理：预处理：将石墨原料（针状焦或石油焦）与粘结剂混合混合，进行气流磨粉气流磨粉。根据产品的不同，将石墨原 料与粘合剂（可石墨化）按不同比例混合，混合比例为 100：（520），物料通过真空上料机转入料 斗，然后由料斗放入空气流磨中进行气流磨粉，将510mm 粒径的原辅料磨至 5-10 微米。气流磨粉 后采用旋风收尘器收集所需粒径物料，收尘率约为 80%，尾气由滤芯过滤器过滤后排放
24、，除尘效率大 于 99%。滤芯材质为孔隙小于 0.2 微米的滤布，可将 0.2 微米以上的粉尘全部拦截。风机控制整个 系统呈负压状态。 差异性：差异性：预处理磨粉分机械磨粉和气流磨粉，现在主流为气流磨粉。粘合剂种类较多，一般为石油沥 青、煤沥青、酚醛树脂或环氧树脂等。 预处理不是关键环节，主要是筛分得到所需粒径前驱体，并尽可能得到各项同性颗粒，降低膨胀系粒径前驱体，并尽可能得到各项同性颗粒，降低膨胀系 数数。 图表图表14.14.各项同性焦光学显微结构各项同性焦光学显微结构 预处理不是关键环节，差异性不大。预处理不是关键环节，差异性不大。 资料来源：CNKI，方正证券研究所 造粒造粒是人造石墨
25、加工关键环节，造粒分为热解工序和球磨筛选工序。 热解工序：热解工序：将中间物料1投入反应釜中，在惰性气体氛围和一定压力下，按照一定的温度曲线进行 电加热，于200300搅拌1-3h，而后继续加热至400-500，搅拌得到粒径在10-20mm的物料，降 温出料，即中间物料2。 球磨筛分工序：真空进料，将中间物料2输送至球磨机进行机械球磨，1020mm 物料磨制成610 微 米粒径的物料，并筛分得到中间物料3。筛上物由管道真空输送返回球磨机再次球磨。 石墨颗粒的大小、 分布和形貌影响着负极材 料的多个性能指标。总体来说，颗粒越小， 倍率性能倍率性能和循环寿命循环寿命越好，但首次效率首次效率和压压
26、实密度（影响体积能量密度和比容量）实密度（影响体积能量密度和比容量）越差 ，反之亦然，而合理的粒度分布（将大颗粒 和小颗粒混合，后段工序）可以提高负极的 比容量比容量；颗粒的形貌对倍率、低温性能倍率、低温性能等也 有比较大的影响。 差异性：差异性：目前各家企业对颗粒大小筛分差异 性不大，主要体现在细节和成本。 图表图表15.15.石墨颗粒光学显微结构石墨颗粒光学显微结构 造粒是关键环节，对性能影响大造粒是关键环节，对性能影响大 资料来源：CNKI，方正证券研究所 二次造粒：二次造粒：小颗粒比表面积大，锂离子迁移的通道更多、路径更短，倍率性能好，大颗粒的压实密度 高、容量大。如何能够兼顾大颗粒和
27、小颗粒的优点，同时实现高容量和高倍率呢，答案就是采取二次 造粒。采用小颗粒石油焦、针状焦等基材，通过添加包覆材料和添加剂，在高温搅拌条件下，通过控 制好材料比例、升温曲线和搅拌速度，能将小粒度的基材二次造粒，得到较大粒度的产品。二次造粒 的产品与同粒度的产品相比，能有效提高材料保液性能和降低材料的膨胀系数膨胀系数(小颗粒和小颗粒之间 存在凹孔)，缩短锂离子的扩散路径，提高倍率性能倍率性能，同时也能提高材料的高低温性能低温性能和循环性能循环性能。 差异性：差异性：二次造粒工序壁垒高，包覆材料和添加剂种类多，且容易出现包覆不均或者包覆脱落等问题 ，或者包覆效果不佳等，是高端人造石墨的重要工序。 以
28、紫宸为例，紫宸最先开始应用二次造粒技术，研发出畅销产品G1,用于高端消费负极以及LG快充低 膨胀动力负极，膨胀系数极低，大幅提高动力电池快充性能和循环寿命动力电池快充性能和循环寿命。其他负极企业也有掌握二次 造粒工艺，但和江西紫宸有些差距。 图表图表16.16.二次造粒的人造石墨二次造粒的人造石墨SEMSEM图图 图表图表17.17.二次造粒后能提高比容量、降低膨胀系数等性能二次造粒后能提高比容量、降低膨胀系数等性能 二次造粒壁垒极高，是提高人造石墨性能的关键工序二次造粒壁垒极高，是提高人造石墨性能的关键工序 资料来源：CNKI，方正证券研究所 编号编号 充电截充电截 止电压止电压 （V V）
29、 克容量克容量 （mAhmAh/g/g ） 压实密度压实密度 （g/cm3g/cm3） 电池满电池满 电反弹电反弹 （% %） 保液量保液量 （g/Ahg/Ah） 容量保持率容量保持率 （8080C C下放下放 置置4 4小时）小时） 普通 4.2 350 1.55 30 1.4 78 实施例1 4.4 35 1.65 22 2 87 实施例2 4.4 356 1.67 25 1.8 85 实施例3 4.4 35 1.68 24 1.8 88 实施例4 4.4 35 1.64 22 1.9 87 石墨化：石墨化：石墨化是利用热活化将热力学不稳定的碳原子实现由乱层结构向石墨晶体结构的有序转化 ，
30、因此，在石墨化过程中，要使用高温热处理（HTT）对原子重排及结构转变提供能量。为了使难石 墨化炭材料的石墨化度得到提高，也可以添加催化剂。 为了得到较好的石墨化效果，需要做好三个方面：为了得到较好的石墨化效果，需要做好三个方面： 1、掌握向炉中装入电阻料和物料的方法（有卧装、立装、错位和混合装炉等），并能根据电阻料性 能的不同调整物料间的距离； 2、针对石墨化炉容量和产品规格的不同，使用不同的通电曲线，控制石墨化过程中升降温的速率； 3、在特定情况下，在配料中添加催化剂，提高石墨化度，即“催化石墨化”。 差异性：差异性：不同品质的人造石墨，升降温速率、保温时间、催化剂等不一样，预计所用石墨化炉
31、类型 不同，导致性能和成本差别比较大。脱离前后端工序的石墨化，特别是升降温过程基本是程序化的 ，但石墨化时间长，设备投资大，因此较多委外处理，没技术外泄风险。 图表图表18.18.针状焦石墨化中碳原子的变化针状焦石墨化中碳原子的变化 石墨化是成本差异化最大的环节石墨化是成本差异化最大的环节 资料来源：CNKI，方正证券研究所 包覆碳化：包覆碳化：包覆碳化是以石墨类碳材料作为“核芯”，在其表面包覆一层均匀的无定形碳材料 ，形 成类似“核壳”结构的颗粒。通常用的无定形碳材料的前躯体有酚醛树脂、沥青、柠檬酸等低温热 解碳材料。无定形碳材料的层间距比石墨大，可改善锂离子在其中的扩散性能，这相当于在石墨
32、外表 面形成缓冲层，从而提高石墨材料的大电流充放电大电流充放电性能，还可以在表面形成致密的SEI膜，提高首效首效 、循环寿命等、循环寿命等。 差异性：差异性：不同厂家选用前驱体不同、加热程序不同，使得包覆层厚度、均匀度等也不同，从而产品成成 本和性能本和性能也会有所差异。 以紫宸为例，紫宸是首先应用包覆技术，工艺领先，厚度均匀，并应用到畅销产品G1的生产工艺中， 可用于高能量密度快充消费或者动力负极高能量密度快充消费或者动力负极，其他主流负极厂也都有掌握，但略逊于江西紫宸，低成本 低端人造负极甚至不会用包覆碳化工序。 图表图表19.19.包碳人造石墨首次循环性能和循环寿命大幅好于未包碳样品包碳
33、人造石墨首次循环性能和循环寿命大幅好于未包碳样品 包覆碳化能提高首次循环效率和循环寿命包覆碳化能提高首次循环效率和循环寿命 资料来源：CNKI，方正证券研究所 样品样品 比表面积比表面积 m2/gm2/g 首周效率首周效率% % 0.2C0.2C可逆容量可逆容量 mAhmAh 3C3C可逆容量可逆容量 （相对（相对0.2C0.2C） 循环循环300300周周 效率效率% % 未包碳人造 石墨 2.47 92.5 361.7 89.70% 80.70% 实施例2 1.12 94.6 355.2 98.90% 94.90% 实施例3 1.34 93.1 356.3 97.60% 95.70% 实施
34、例4 1.09 94.3 354.7 98.50% 94.20% 实施例5 1.23 93.7 355.6 97.90% 95.10% 掺杂改性。掺杂改性。掺杂改性方法较灵活，掺杂元素多样，目前研究者们对该方法的研究比较活跃。非碳元素 掺杂到石墨中可以改变石墨的电子状态，使其更容易得电子，从而进一步增加锂离子的嵌入量。例如 将磷原子和硼原子成功地掺杂到石墨表面，并与之形成化学键，有助于形成致密的SEISEI膜膜，从来有效 地提高了石墨的循环寿命循环寿命和倍率性能倍率性能。在石墨材料中掺杂不同元素，对其电化学性能有不同的优化效 果。其中,添加同样具有储锂能力的元素(Si、Sn)对石墨负极材料比容
35、量的提高作用显著。 差异性：差异性：不同厂家掺杂元素不同，产品性能差异很大，其中江西紫宸、贝特瑞和杉杉科技储备较多, 掺杂改性对提高石墨的特定性能特定性能效果显著，是高端人造负极产品做出差异化的关键工序。 图表图表20.20.掺杂前驱体的种类掺杂前驱体的种类 图表图表21.21.掺杂后石墨的性能远好于未掺杂石墨掺杂后石墨的性能远好于未掺杂石墨 掺杂改性工序能提高人造石墨循环寿命和倍率性能掺杂改性工序能提高人造石墨循环寿命和倍率性能 资料来源：CNKI，方正证券研究所 编号编号 硬碳前驱体硬碳前驱体 硅前驱体硅前驱体 磷前驱体磷前驱体 前驱体混前驱体混 合方式合方式 实 施 例 1 酚醛树脂20
36、g 纳米硅液2g 磷酸2g 液相混合 2 酚醛树脂50g 納米硅液5g 五氧化二磷10g 球磨 3 环氧树脂30g 有机硅树脂 2.5g 磷酸铵3g 液相混合 4 糠醛树脂60g 硅酸5.5g 磷酸二氢铵6g 球磨 5 聚氨乙烟20g 纳米硅液2g 磷酸2g 液相混合 6 聚乙烯20g 纳米硅液5g 五氧化二磷10g 球磨 7 聚苯烯30g 有机硅树脂 2.5g 磷酸铵3g 液相混合 8 聚乙醇60g 硅酸5.5g 磷酸二氢铵6g 球磨 对 比 例 1 环氧树脂30g 纳米硅液5g 液相混合 2 环氧树脂30g 磷酸3g 液相混合 3 环氧树脂30g 编号编号 首次放电首次放电 比容量比容量
37、mAhmAh/g/g 首次不可首次不可 逆容量逆容量 mAhmAh/g/g 首次库首次库 伦效率伦效率% % 10C10C倍率放倍率放 电电100100周后周后 容量容量mAhmAh/g/g 实施 例 1 537.2 107.4 80 408.3 2 542.5 103.1 80.9 421.8 3 550.8 112.2 79.6 430.7 4 537.6 112.9 80 404.6 5 540.7 111.3 79.4 403.6 6 545.4 109.8 79.9 407.1 7 556.2 119.5 78.5 420.4 8 538.1 120.3 77.6 399.8 对比
38、例 1 514.1 130.2 74.6 324.1 2 470 124.3 70.4 220.3 3 450.6 131.5 70.8 200.4 图表图表22.22.高品质人造石墨流程高品质人造石墨流程 图表图表23.23.各环节对性能的影响表格各环节对性能的影响表格 性能性能 技术壁垒技术壁垒 成本成本 原材料 比容量、循环寿命、倍率性、压 实密度等 中等 较高 预处理 膨胀系数 较低 较低 造粒 比容量、循环寿命、倍率性、压 实密度等 中等 中等 二次造粒 膨胀系数、倍率性 较高 中等 石墨化 比容量、一致性、电导率 较低 最高 包覆 首效、循环寿命 较高 中等 掺杂 比容量、循环寿命
39、、倍率性 较高 中等 筛分 压实密度、倍率性 较低 较低 高端人造石墨生产流程多。在指标众多且难以兼顾情况下，如大颗粒的压实密度好、克容量高，但 倍率性能不好，小颗粒反之，负极制造商需要通过优化生产工艺，提高材料的整体、综合性能，是 一种平衡的艺术！know-how的同时还得不断的试验，一点点提高单项性能指标，又由于每次试验得 跟量产石墨化炉的批次一起进行，产量领先者可试验次数也多，积累的试验次数和成果也多，头部 效应越来越明显，对新进入者也是一种壁垒。 高端人造石墨生产流程多，各项指标互相克制，是一种平衡的艺术高端人造石墨生产流程多，各项指标互相克制，是一种平衡的艺术 资料来源：CNKI，方
40、正证券研究所 江西紫宸江西紫宸引领了人造石墨工艺进步，如二次造粒、包覆碳化等，因此产品性能指标也好于同行，并 带动了国内高端人造负极的快速发展。 公司公司 璞泰来璞泰来 东莞凯金东莞凯金 贝特瑞贝特瑞 杉杉科技杉杉科技 翔丰华翔丰华 星城石墨星城石墨 产品牌号 F32 ET YL101 AML410 S360- L2-H BFC-18 FSN-1 EV7 SG345 HSG HAG2-S1 MD-3 特点 更高的 质量比 容量， 更优异 的动力 学性能 克容量 高、循 环寿命 长、快 充性能 好 高容量、 高压实、 循环性 能优异 高倍率、 高性价 比、循 环性能 优异 针状焦 人造石 墨，一
41、 次颗粒 与二次 颗粒复 合；高 能量密 度 球形化， 提升倍 率、循 环性能； 新型二 次造粒 技术， 提升倍 率，循 环性能； 纳米造 孔技术 FSN-1综 合性能 优异， 2006年 量产， 畅销12 年 EV7高容 量高压 实高能 量密度， 适用于 快充与 低温充 电体系 长寿命、 高低温 性能好、 安全性 能好、 综合性 能优异 低反弹、 高容量、 高压实、 循环性 能优异 粒度分 布均一； 循环性 能，倍 率性能， 安全性 能好； 人造石 墨原材 料经超 高温处 理后球 化分级 而得， 特别适 应高容 量锂电 池使用 粒径D50(um) 12.7 14 15 11 14.879 1
42、7.055 15.02 .0 16.02 .0 13-18 14-18 21 16 首次放电容 量(mAb/g) 359.7359.7 364.9364.9 355 335 356.9 357.3 340 355 340 345 345 362 首次库仑效 率(%) 94.5 94.1 95.5 94.8 92.0 92.0 图表图表24.24.各公司人造石墨产品性能各公司人造石墨产品性能 江西紫宸引来人造石墨工艺进步，产品性能好江西紫宸引来人造石墨工艺进步，产品性能好 资料来源：GGII，方正证券研究所 低高端产品的价格相差了三到四倍。因为性能指标多，负极的型号很多，且不同应用场景对负极的
43、需求不同，比如用于北方的动力电池需要好的低温性能，而消费类电池就没有这方面的需求；另一 方面是负极需要与正极材料和电解液相匹配，才能实现锂电池整体性能的提升，也就是其“定制化 ”的属性比较强，且性能和工序高度相关，好的性能需要多的工序实现，成本也高，所以负极的价 格分布也非常的宽。 以星城石墨为例，它共拥有5个人造石墨型号，其中最低端的只有1.88万元每吨，高端的接近6万元 每吨。 产品产品 名称名称 主要用途主要用途 产品产品 档次档次 20162016年价格年价格 （元（元/ /吨）吨） 性能指标经典值性能指标经典值 比容量比容量 （mAhmAh/g/g） 首次效率首次效率 （% %） 中
44、位径中位径 （umum） 比表面积比表面积 （cm2/gcm2/g） 振实密度振实密度 ( (g/cm3)g/cm3) CGM 储能、低速电动汽 车 低端 21706.15 335 91 22 5.5 0.81 HAG 储能、低速电动汽 车 低端 18849.55 320 90 23 4.5 1.03 MBG 储能、电动汽车、 消费类电子 中端 37682.33 353 94 15 1.8 0.96 PSG 储能、电动汽车、 消费类电子 中端 35231.94 340 94 14 1.5 1.14 HCG 电动汽车、消费类 电子 高端 58277.99 360 94 12 1.5 1.14 图
45、表图表25.25.星城石墨星城石墨5 5款人造石墨的价格及性能指标款人造石墨的价格及性能指标 不同品质和用途的人造石墨价格差异性大不同品质和用途的人造石墨价格差异性大 资料来源：招股说明书，方正证券研究所 人造石墨高端产品的单价和盈利能力无疑远高于中低端产品。以4家人造石墨为主营业务的公司璞 泰来、杉杉股份、翔丰华和凯金能源为例，璞泰来单吨价格（6.77万/吨）和单吨盈利(1.42万/吨) 远高于杉杉股份、翔丰华以及凯金能源。贝特瑞因天然石墨占比高，且有天然石墨原料鳞片石墨矿 ，成本低，盈利参考意义不大。 0 1 2 3 4 5 6 7 8 璞泰来 杉杉股份 翔丰华 凯金能源 贝特瑞 单价(万
46、/吨） 单吨净利(万/吨) 图表图表26.26.主流负极厂家负极单价和单吨净利主流负极厂家负极单价和单吨净利 高端人造石墨吨盈利能力强高端人造石墨吨盈利能力强 资料来源：GGII，方正证券研究所 目录 二 三 一 四大材料负极格局最好 人造石墨负极工艺拆解 人造石墨负极展望 全球锂电池测算全球锂电池测算 20162016 20172017 20182018 20192019 2020E2020E 2021E2021E 2022E2022E 动力（Gwh） 42.9 63.4 99.2 145.2 182.3 282.1 410.6 人造石墨占比 61% 69% 74% 78% 84% 88%
47、88% 消费(Gwh） 64.5 70.0 68.0 72.1 79.3 87.2 95.9 人造石墨占比 30% 35% 45% 50% 55% 60% 65% 储能(Gwh） 9.2 10.8 15.4 22.9 35.2 53.5 78.8 人造石墨占比 30% 25% 25% 25% 25% 25% 25% 每Gwh负极用量(万吨) 0.135 0.130 0.125 0.120 0.120 0.115 0.110 全球人造石墨需求(万吨) 15.7 18.7 22.8 28.8 36.5 49.7 61.4 同比 19.1% 21.7% 26.2% 26.7% 36.2% 32.1%
48、 人造石墨均价(万元/吨) 6.0 5.6 6.0 5.3 4.6 4.3 4.2 人造石墨市场空间(亿) 94.8 104.3 137.6 153.0 167.9 213.7 255.3 同比 10.0% 32.0% 11.1% 9.7% 27.5% 28.6% 人造石墨负极循环性能好，能量密度高，在高端消费电池领域和动力电池领域应用场景较好， 2016-2019年人造石墨负极在动力和消费电池中的渗透率逐年提升。随着新能源汽车行业的发展 和人造石墨在锂电池中渗透率的提升，预计2020-2022年人造石墨的全球需求增速将逐年提升。 图表图表27.27. 人造石墨全球市场空间测算人造石墨全球市场空间测算 人造石墨需求增速逐年提升人造石墨需求增速逐年提升 资料来源：GGII，方正证券研究所 对比17年和19年主要消费锂电大厂的供应链，五家大厂可以分为两个阵营，三星、LG都是以
sgpjbg002
工作日 8:30 - 17:30
会员动态：
报告分类
新质生产力
ChatGPT
新能源汽车
大模型
Sora
机器人
微短剧
芯片
薪酬
白皮书
低空经济
数据要素
创新药
人工智能
AI产业
信息科技
互联网
消费经济
汽车交通
电商零售
传媒娱乐
医药健康
投资金融
能源环境
地产建筑
传统产业
英文报告
其它
扫码登录
手机快捷登录
账号登录
