锂离子电池的工作原理

锂电池负极材料产业链

负极材料是锂电池关键材料之一

负极材料是锂离子电池的关键材料之一，占锂电池成本约10%。锂离子电池负极主要由负极活性物质、粘合剂和添加剂混合而成后均匀涂抹在铜箔两侧经干燥、滚压而成，起到可逆地脱/嵌锂离子并储存能量的作用，是锂离子电池中起氧化反应的电极，对锂离子电池充放电效率、能力密度等性能起到决定性作用，是锂电池关键材料之一。

负极企业的估值水平

我国负极市场出货情况以及技术路线占比

年国内负极材料出货量达36.5万吨，同比增长35%。根据GGII数据统计，年中国负极材料出货量为36.5万吨，同比增长35%，其中人造石墨出货量29.7万吨，天然石墨出货量5.8万吨，碳硅负极出货量1万吨，这主要得益于下游锂离子电池市场需求旺盛，动力、储能等应用场景放量显著。

负极材料，中国为王

中国已是全球负极材料主要产地。目前，全球锂电池负极材料的行业集中度非常，主要集中在中国与日韩。

年之前日本负极供应占全球95%以上，随着中国实现技术突破，并建立成本优势，中国已成为负极材料的主要产出国。年中国负极材料全球占比进一步上升至81%，前十大负极生产公司中国占据8席，分别为贝特瑞、璞泰来、杉杉股份、中科电气、凯金能源、翔丰华、正拓能源、深圳斯诺；日本占据2席，分别为日立化成和三菱化学。

国内的负极企业具备全球的竞争力，原因之一电费低

负极是海外供应链弹性最大的板块。人造石墨替代天然石墨大势所趋，人造石墨中国极具成本优势（高耗电行业，类似多晶硅，成本较日韩至少便宜20%），中国人造石墨负极将垄断全球，负极是锂电材料里最受益海外LG等电池放量的板块。电费：单吨石墨化需要1.5万度电，一度电2毛vs一度电8毛，元的成本差距。

负极材料的市场格局

负极材料市场格局集中，两大梯队梯次分明。年、年负极材料整体市场格局并未发生明显变化，依旧保持“3+3”两大梯队格局，市场集中度CR3由58%微降至57%，行业格局稳定。其中第一梯队为贝特瑞、江西紫宸、上海杉杉，其中贝特瑞为天然石墨市场绝对龙头，市占率过半，正大力扩充其人造石墨产能；江西紫宸为高端人造石墨细分领域领军企业；上海杉杉主要以人造石墨为主。第二梯队呈现赶超态势，包括中科电气、东莞凯金、翔丰华，20年出货量均在2万吨以上，市占率均有所提升，其中东莞凯金主要以低端产品为主，客户单一化；翔丰华产能规模仅3万吨；中科电气客户结构多样化，产品以人造石墨为主，95%市场为动力电池市场，今年下半年开始加快产能扩张步伐，有望快速迈入第一梯队。

负极产品价格差异较大

四大材料里面负极产品差异性最大，高低端分化明显，价格悬殊：1）能量密度，-mah/g的梯度，璞泰来多是mah/g以上产品；2）改性，负极决定充电速度、电池寿命，影响电池高温性能，改性后的负极是相对差异化的产品，价格较高。璞泰来负极普遍可实现快充，寿命循环较好；几大企业：璞泰来单吨售价6.76万元/吨，显著高于其他公司，单吨毛利2.3万，单吨净利1.4万，亦高于其他公司。

负极材料的技术路线

石墨是主流负极材料，硅基材料是下一代负极材料首选。由于石墨材料在导电率、比容量、首效、循环寿命、安全性、成本等方面具有综合优势，因此目前绝大多数负极材料采用石墨（天然石墨与人造石墨）。石墨的理论比容量为mAh/g，而市场上的高端石墨材料已经可以达到-mAh/g，因此相应锂离子电池能量密度的提升空间已相当有限，相比之下硅有较高理论比容量、低的脱锂电位，且具有环境友好、储量丰富、成本较低等优点，因此硅基负极材料被认为是下一代高容量锂离子电池负极材料的首选。

天然石墨OR人造石墨

人造石墨是主流技术路线，年市占率80%，碳硅负极增速显著。由于人造石墨在循环性能、安全性能、充放电倍率等性能表现上均优于天然石墨，且成本与克容量均与天然石墨接近，因而广泛应用于中高端EV、3C等领域，成为目前锂电负极材料的主流选择；天然石墨则主要应用于低端EV、储能、3C等领域。

年人造石墨占比81%，持续保持高位，下一代负极材料碳硅负极占比3%，出货量1万吨，同比增长%，占比有望快速提升

主流负极材料性能对比

天然石墨和人造石墨的市场格局

天然石墨和人造石墨的制作工艺不一样

天然石墨是天然石墨矿石经过浮选、粉碎、球形化、分级处理、表面包覆及筛分、炭化等工序后得到的；天然石墨较多应用于消费电池市场。人造石墨则是将针状焦、石油焦、沥青焦等原料在一定温度下煅烧，再经粉碎、分级、高温石墨化制成的二者的成本差别主要来自原材料价格以及石墨化加工费，由于天然石墨成本和价格较低，其在特定的下游应用领域具备优势。

人造石墨的成本比较高

翔丰华的招股说明书：

璞泰来的成本拆分，加工费为石墨化：

石墨化工序对电池性能的提升

碳化包覆能够提高负极材料的首效和循环寿命二次造粒能够提高充放电倍率、高低温性能和循环性能掺杂改性能够提高充放电倍率和循环性能

石墨化环节高耗能，生产成本占比高

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，这一过程需要消耗大量能量，属于高能耗生产环节，根据头部负极厂商成本结构看，石墨化成本占人造石墨成本占比约50%，成本占比最大，为生产降本的关键之一。由于石墨化工序脱离前后端生产工序、设备投资大、生产时间长，大部分厂商选择外协生产，目前多数厂商选择在低电价地区布局负极石墨化生产一体化以提高石墨化自供比率，降低石墨化成本。

负极材料企业和动力电池企业的供应关系

负极市场空间测算

负极及石墨化产线的单吨CAPEX测算

凯金能源：1万吨负极材料生产线CAPEX：2亿

中科电气：

1万吨负极材料生产线CAPEX：1.5亿

1万吨石墨化生产线CAPEX：0.6亿

土地，厂房等：0.45亿

碳硅负极为下一代负极材料迭代方向

硅基负极，潜力巨大。从不同负极材料性能对比来看，硅基负极质量/体积比容量巨大晶体硅理论质量比容量约mAh/g/g，而石墨仅为mAh/g/g，约是石墨的11倍。即使是氧化硅材料，其理论质量比容量也有mAh/g/g，约为石墨的7倍。由此来看，硅基材料是最具希望的下一代锂离子电池负极材料。

材料特点：1、高理论比容量：mAh/g；2、低的脱嵌锂电位：安全性能好；3、硅资源丰富。

硅基材料固有膨胀缺陷阻碍了其产业化应用

由于硅负极材料在充电时，锂离子嵌入硅晶体内部，放电时又会从晶格间脱离，造成负极材料的膨胀与收缩，体积变化约%，而石墨体积变化仅为12%。

体积膨胀与收缩将会带来：

颗粒粉化，循环性能变差；活性物质与导电剂粘结剂接触差；硅负极的膨胀和收缩使得粘结硅颗粒的胶水开裂，电解质渗透到纳米颗粒之间，从而在硅颗粒表面包裹上固体电解质相界面膜（SEI）。由于SEI并不导电，因此会破坏负极的电荷收集能力，并消耗电解液与锂源，使得循环变差。

硅基负极国外技术领先，国内贝特瑞一家独大

在年，硅基负极材料由日本日立化成（HITACHI）首次发明。目前国际上技术较为领先的国际厂家多集中在日韩两国，包括日本日立化成（HITACHI）、日本信越化学（ShinEtsu）、韩国加德士（GS）、韩国大洲（Daejoo）、美国安普瑞斯（Amprius）等。国内比较知名的硅基负极厂商是贝特瑞，其出货量约占整个中国硅基负极出货量的90%以上。当然其他公司如杉杉股份与天目先导也有一定的出货量。

碳硅负极和传统负极的生产方式完全不一样

Q：国内的几个其他大的负极厂商璞泰来、杉杉股份等，他们在人造石墨这块也挺强，再去做硅碳负极，需要多大的一个技术跨度？

A：完完全全不一样的技术体系，相当于完全不一样的产品。S公司实际上很早就开始布局，目前虽然出货量不大，但是它布局的很早，产品现在已经推出来了，可能与一些国内的龙头公司也展开了合作。B公司是三星松下很重要的供应商，跟这些国外的厂家的合作，全方位合作非常紧密，有技术领先性。

小结：

1、负极行业的全球竞争力较强、盈利能力较好。

2、石墨化是一体化的核心步骤。

3、负极行业产能偏紧，不排除继续涨价的可能。

来源-益研究