鋰電負極行業(yè)格局如何?

1 行業(yè)格局:過(guò)去復盤(pán)和未來(lái)預判

1.1 為什么負極行業(yè)格局分散?

負極格局分散系技術(shù)路線(xiàn)、產(chǎn)品定位、客戶(hù)分層所致,結果體現系價(jià)格分層

從技術(shù)路徑來(lái)看,璞泰來(lái)、中科、尚太主攻人造石墨,翔豐華和貝特瑞多為 天然石墨。

從價(jià)格帶來(lái)看,璞泰來(lái)、貝特瑞偏高端,中科電氣、翔豐華、尚太偏中低端。

從客戶(hù)帶來(lái)看,貝特瑞客戶(hù)主要系海外高端動(dòng)力、璞泰來(lái)主要系高端消費電 子和海外高端動(dòng)力,中科電氣系海外二線(xiàn)動(dòng)力和國內一線(xiàn)動(dòng)力,尚太、凱金 等主要依托寧德的增長(cháng)。

技術(shù)路線(xiàn):負極分為天然和人造石墨,人造石墨是目前主流

電池性能主要看能量密度、使用壽命、充放電速度、穩定性和一致 性。對負極來(lái)說(shuō),材料比容量決定理論能量密度上限,首次效率影 響實(shí)際能量密度,壓實(shí)密度影響體積能量密度,循環(huán)次數影響電池 壽命,倍率性能影響充放電速度,高低溫性能影響電池在極端情況 下的穩定性。

人造石墨各項性能更為均衡,是目前負極主流。人造石墨比容量和 天然石墨已經(jīng)比較接近且循環(huán)、倍率、高溫性能更優(yōu),在下游應用 更廣泛, 2020年國內人造石墨出貨在負極占比達84%,較17年提升 16pct。

天然石墨:貝特瑞占據中高端市場(chǎng)、翔豐華占據中低端市場(chǎng),均價(jià)相差約1.4萬(wàn)元/噸

天然石墨賽道主要玩家為貝特瑞、翔豐華,從產(chǎn)品性能和 銷(xiāo)售均價(jià)看,貝特瑞所在市場(chǎng)較翔豐華高端:

從性能指標看,貝特瑞天然石墨負極產(chǎn)品在中粒徑、首次 容量、壓實(shí)密度更優(yōu)。而中粒徑、首次容量、壓實(shí)密度越 大越有利于提升電池能量密度。

從銷(xiāo)售均價(jià)看,2019年貝特瑞天然石墨負極產(chǎn)品均價(jià)較翔 豐華高1.4萬(wàn)元/噸。

1.2 未來(lái)行業(yè)格局如何?

演變1-相互滲透:動(dòng)力和儲能接棒消費電子,成為各家必爭之地

消費電子市場(chǎng)增速放緩,但高端市場(chǎng)仍盈利好。2020年消費電池出貨75GWh,未來(lái)幾年增速預計保持個(gè)位數增長(cháng),增速慢但盈利狀 況較好,如在消費電子市場(chǎng)占據絕對份額的璞泰來(lái)2017年產(chǎn)品單價(jià)在6.2萬(wàn)元/噸,單噸盈利1.6萬(wàn)元,而同期主營(yíng)動(dòng)力市場(chǎng)的凱金能 源單價(jià)3.5萬(wàn)元,單噸盈利0.45萬(wàn)元。

動(dòng)力和儲能接棒消費電子,成為各家必爭之地。動(dòng)力和儲能市場(chǎng)屬于新新市場(chǎng),未來(lái)幾年都處于高增狀態(tài),從現在到2025年增速均保 持在40%以上。

演變2-加速洗牌:預計未來(lái)負極競爭態(tài)勢優(yōu)于電解液,次于隔膜

行業(yè)洗牌的過(guò)程常常伴隨擴產(chǎn)-價(jià)格戰-龍頭走出(市占率提升),負極正處于第一階段擴產(chǎn),電解液和隔膜已走出龍頭。

電解液價(jià)格戰下,全行業(yè)盈利普遍大幅下滑。17-18年電解液行業(yè)發(fā)生了激烈的價(jià)格戰,6F價(jià)格從17年初35萬(wàn)元/噸一路下跌至18 年4月的15萬(wàn)/噸,同期電解液從7.5~8.5萬(wàn)元/噸下降至4~5.5萬(wàn)元/噸,近乎腰斬。價(jià)格戰下18H1頭部企業(yè)的天賜、新宙邦毛利率下 滑至21%、27%,同比下滑22pct、7pct。

隔膜價(jià)格戰下,頭部企業(yè)恩捷仍保持高毛利。隔膜行業(yè)也是在17-18年發(fā)生價(jià)格戰,以恩捷為例,18年隔膜單價(jià)元/平,同比下滑 32%,而恩捷毛利率仍然保持在60%,單平凈利潤1.4元/平。

演變3-真正的龍頭:我們認為未來(lái)負極龍頭是技術(shù)+成本均領(lǐng)先的全能型選手

此前負極市場(chǎng)比較割裂,一方面有天然/人造之分,另一方面又有高中低之分。一般而言消費電子市場(chǎng)用戶(hù)價(jià)格敏感性低且電池成本占 比小,產(chǎn)品偏高端,動(dòng)力市場(chǎng)用戶(hù)敏感性高且電池成本占比高,產(chǎn)品偏低端。

割裂的態(tài)勢正在被打破,消費電子盈利好但增速放緩,此市場(chǎng)龍頭為謀求新的利潤增長(cháng)點(diǎn),動(dòng)力市場(chǎng)是必爭之地,典型如璞泰來(lái)。動(dòng) 力市場(chǎng)并非就是低端市場(chǎng)的代名詞,其也有高端市場(chǎng)并且高端產(chǎn)品占比在提升,這從高鎳在三元的占比可以看出。

此外,人造石墨負極也不是負極技術(shù)迭代的終點(diǎn),未來(lái)發(fā)展方向在硅基負極。 因此,未來(lái)的負極行業(yè)絕對龍頭需具備全方位的優(yōu)勢:1)高端市場(chǎng)更看技術(shù)競爭,負極廠(chǎng)需保持領(lǐng)先的技術(shù)迭代能力;2)中低端市 場(chǎng)更看重成本競爭,成本競爭依賴(lài)一體化+工藝know-how降本。

2 增效-技術(shù)漸進(jìn)式迭代=天然石墨→人造石墨→硅基負極

硅基負極是負極發(fā)展方向,暫未大規模商用系導電性差+體積膨脹嚴重

硅理論克容量有絕對優(yōu)勢,是未來(lái)負極材料的發(fā)展方向。石墨材料的理論克容量上限372mAh/g,目前高端產(chǎn)品已經(jīng)達到360- 365mAh/g,接近理論容量上限。因此需要更高能量密度的新材料來(lái)應對需求。硅最能夠滿(mǎn)足更高能量密度的需求(理論克容量為 4200mAh/g),是市場(chǎng)公認的下一代負極。

但導電性差、體積膨脹等問(wèn)題制約了硅材料在負極上的商業(yè)化應用:

硅材料屬于半導體材料,電子導電性和離子導電性差,不利于材料電化學(xué)性能的發(fā)揮。

硅嵌/脫鋰過(guò)程中伴隨著(zhù)巨大的體積變化,從而影響循環(huán)壽命。Si材料在與Li進(jìn)行合金化的過(guò)程中體積膨脹可達300%以上(石墨材 料在12%),容易導致顆粒的粉化和破碎、SEI膜的破壞,從而嚴重影響鋰離子電池的循環(huán)壽命。

硅易與其他物質(zhì)發(fā)生反應,造成能量快速衰減。鋰鹽 LiPF6分解產(chǎn)生的 HF 會(huì )與 Si 反應,Si 負極與電解液的界面不穩定,Si 負極 材料表面形成的固體電解質(zhì)膜(SEI 膜)不能適應 Si 負極材料在脫嵌鋰過(guò)程中的巨大體積變化而破裂],使Si 表面暴露在電解液中, 導致固體電解質(zhì)膜持續生成、活性鋰不斷消耗,最終造成容量損失。

硅基負極的劣勢可通過(guò)納米化、氧化亞硅和碳包覆三種方式改進(jìn)

硅單質(zhì)能量密度高但體積膨脹大導致循環(huán)、倍率性能差,故難以實(shí)現產(chǎn)業(yè)化,一般采用以下方式改性:

納米化:硅納米化后可明顯縮小體積,提高循環(huán)性能,但納米粒子合成工藝復雜,粒徑大小和形貌不易控制。

與石墨復合:碳材料的體積變化較小、循環(huán)性能良好,硅材料體積膨脹大、循環(huán)性能差而比容量最大,將兩種材料復合可得到具有 高容量、體積變化較小、循環(huán)性能較好的硅碳復合材料。根據硅顆粒在碳顆粒中的分布形式不同,復合材料可分為包覆型、嵌入型 和分子接觸型。

采用氧化亞硅:硅氧材料較硅單質(zhì)有效緩解了體積膨脹,提升了循環(huán)性能,但降低了首次效率。SiOx材料在嵌鋰過(guò)程中的體積膨脹 僅為118%左右(硅單質(zhì)在300%),從而極大的提升了Si基材料的循環(huán)壽命,然而SiO材料獨特的反應機理使得Li在首次嵌入到材 料的過(guò)程中會(huì )生成沒(méi)有電化學(xué)活性的Li4SiO4材料,導致SiOx材料的首次效率遠遠低于石墨和硅碳材料。

3 降本-縱向一體化&工藝know-how

3.1 縱向一體化

視角1-生產(chǎn)工序:人造石墨負極核心工序在造粒和石墨化,是體現know-how的關(guān)鍵

人造石墨負極生產(chǎn)工序包括破碎、造粒、石墨化、炭化(可選)、篩分:

破碎:將石墨原料和瀝青按不同比例混合,并放入空氣流中進(jìn)行磨粉,將5-10mm粒徑的磨至5-10微米。

造粒:造粒是負極生產(chǎn)核心環(huán)節,具體分為熱解和球磨:1)熱解是指在反應釜中,按照溫度曲線(xiàn)進(jìn)行電加熱,于200~300℃攪拌 1-3h,而后繼續加熱至400~500℃,攪拌得到粒徑在10-20mm 的物料,降溫出料;2)球磨是指將熱解后的物料在球磨機進(jìn)行 機械球磨,10-20mm 物料磨制成6-10μm 粒徑的物料。

石墨化:在石墨化爐中對炭材料進(jìn)行2000度以上的高溫熱處理。

核心在造粒和石墨化,炭化一般適用于對快充有需求的產(chǎn)品。

造粒:石墨顆粒的大小、分布和形貌影響著(zhù)負極多個(gè)性能指標。顆粒越小,倍率性能和循環(huán)壽命越好,但首次效率和壓實(shí)密度越差, 反之亦然,生產(chǎn)核心在于合理的粒度分布。

石墨化:核心在于裝料方式、通電曲線(xiàn)的控制(升溫和降溫)。

視角2—成本結構:石墨化和焦類(lèi)占比較大

從人造石墨負極成本構成看,占比最大的是石墨化(42%),其 次是焦類(lèi)(14%)。早年行業(yè)體量較小,負極企業(yè)產(chǎn)能不足,將石墨化和部分粉碎、 造粒工序外協(xié),又粗形成了加工費,加工費合計占比在50%左右。

3.2 工藝know-how

石墨化的持續降本:

1)電費在成本占比達60%,低電價(jià)區域擴建石墨化產(chǎn)線(xiàn),搶占稀缺資源。

石墨化是傳統炭素行業(yè)的一種高耗能的成熟工藝,電費成本占比在60%,電價(jià)對石墨化成本影響顯著(zhù)。如璞泰來(lái)的山東興豐2020年 Q1石墨化成本為1.13萬(wàn)元/噸(電價(jià)在0.6元/度),而內蒙興豐為0.78萬(wàn)元/噸(電價(jià)在0.3元/度)。

低電價(jià)區域屬于稀缺資源,政策上對高耗能項目的審批趨嚴,早期進(jìn)行擴產(chǎn)的企業(yè)有先發(fā)優(yōu)勢。如內蒙發(fā)改委今年1月指出:在未來(lái) 要實(shí)行更加嚴格的高耗能項目節能審查政策(石墨化是典型的高耗能項目) ,并進(jìn)一步提出不再審批鐵合金、電石、PVC、水泥熟 料、石墨電極材料、蘭炭等項目。

2)裝爐方式分為坩堝和箱體,具體選用體現know-how

廂式爐工藝單位能耗較坩堝大幅降低,理論上成本更低,但具體生產(chǎn)中哪種成本更低體現各家know-how。廂式爐單爐較坩堝爐有 效容積成倍增加,而總耗電量?jì)H增加約10%,產(chǎn)品單位耗電量降低40%-50%左右。廂式爐理論上成本更低,但受熱均勻性低于坩 堝,因此對石墨化工藝掌握程度及技術(shù)優(yōu)化水平要求較高,廂板拼接過(guò)程精度較高,裝料吸料操作難度加大,加熱過(guò)程需更加精確 地控制送電曲線(xiàn)及溫度測量,控制不好材料容易出現受熱不均。

4 重點(diǎn)企業(yè)分析

4.1 璞泰來(lái):一體化產(chǎn)能釋放帶來(lái)生產(chǎn)效率的提升,實(shí)現降本,動(dòng)力市場(chǎng)拓份額

公司17-18年布局石墨化,19年布局針狀焦,自建炭化產(chǎn)線(xiàn),21年全工序一體化在四川開(kāi)花結果。一體化優(yōu)勢來(lái)自于以下兩點(diǎn):

延長(cháng)產(chǎn)業(yè)鏈利潤鏈條。工序上,我們預計公司石墨化盈利約在0.3萬(wàn)元/噸,其他工序在0.1萬(wàn)元。原材料上,我們判斷公司以前 多用熟焦,現多用生焦自行加工成熟焦(熟焦和生焦的差價(jià)約在5000元/噸)。

提高生產(chǎn)效率。一體化前,我們認為公司負極制備流程是江西(前端工序)-內蒙(石墨化)-溧陽(yáng)(炭化)-四川(中歐班列), 一體化后預計運輸費用可節省0.1萬(wàn)元/噸。

公司在石墨化和焦類(lèi)的know-how的積累如下:

石墨化:公司同時(shí)擁有坩堝爐和箱體爐裝爐工藝,可根據產(chǎn)品需求選擇其一。公司20年對部分爐子進(jìn)行技改,但并未針對所有產(chǎn) 線(xiàn),山東興豐36個(gè)窯爐27個(gè)改為廂式爐工藝,內蒙56個(gè)窯爐28個(gè)改為廂式爐工藝,以便公司后續針對不同產(chǎn)品采用不同的裝爐 工藝。

針狀焦:公司四大核心技術(shù)之一便是“原材料甄選技術(shù)”。在豐富的材料實(shí)驗數據和電池的性能數據的積累下,形成以針狀焦為 主、普通石油焦為輔、瀝青焦補充的原材料甄選原則。

4.2 中國寶安-貝特瑞:負極看好石墨化新技術(shù)+硅基負極

看好貝特瑞負極領(lǐng)域技術(shù)持續迭代:

石墨化:公司成功引進(jìn)石墨化新技術(shù),技術(shù)降本初見(jiàn)成效。我們推測公司石墨化新技術(shù)為連續式石墨化,理論電耗僅為間歇式 爐的13-16%,考慮到運行周期較長(cháng),我們預計連續式石墨化熟練產(chǎn)業(yè)化后,石墨化成本可降為目前間歇式艾奇遜爐的一半。

硅基負極:公司同時(shí)擁有硅氧、硅碳兩種技術(shù)路線(xiàn),現有產(chǎn)能3000噸。硅基負極尚處于發(fā)展初期,預計可為公司帶來(lái)高毛利。