【研報】負極行業深度：詳解生產工藝細評性能高低-20200515[39頁].pdf

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1、負極行業深度： 詳解生產工藝，細評性能高低 分析師： 申建國 執業證書編號：S1220517110007 證券研究報告 電力設備與新能源行業 2020年 5月 15日 序言：序言： 負極材料行業的研究： 2017年底璞泰來上市，自此國內負極三強全部上市，但當時針對負極的研究并沒有太多。2017年中 我們開始關注負極材料行業，并且開始推薦，相繼寫的行業深度有： 負極深度之一：針狀焦價格暴漲，對負極企業影響幾何？ 負極深度之二：具備強成長屬性的高壁壘鋰電池材料 負極深度之三：硅基負極新能源產業下一個風口 負極深度之四：鋰電負極行業二十年復盤與展望 負極深度之五：針狀焦行業深度剖析及負極材料成本拆分

2、 負極深度之六：天然石墨-性價比決定未來趨勢，集中度提升龍頭受益 負極深度之七：硅碳負極&預補鋰技術 深度拆解負極工藝深度拆解負極工藝 本篇報告從負極的生產工藝入手，比較分析不同公司負極材料，同時更新2018年報告鋰電負極行 業二十年復盤與展望的數據，進行行業預判。 qRoRoPpMnQoPvMmOuMmQxP7NbP6MsQpPmOnNiNmMtOlOpOzRbRrRzQvPoNqOvPrMyR 核心觀點：核心觀點： 鋰電四大材料負極格局最好。 負極是鋰電池的主要組成部分，目前主流應用為人造石墨負極和天然石墨負極。負極材料占動 力電池材料成本約為6%，相對較低。由于技術突破和行業屬性的影響，

3、中國負極企業逐漸掌握了話 語權，在全球中的占有率逐年提升，預計市占率未來將進一步提升至90%。相比于其他鋰電材料， 負極行業集中度較高，競爭格局最好。 人造石墨性能差異大，高端人造石墨工藝復雜。人造石墨性能差異大，高端人造石墨工藝復雜。 人造石墨負極的原材料被分為煤系、石油系以及煤和石油混合系三大類格，原材料的種類繁多 導致了負極性能的差異。普通人造石墨加工需要經過四大工序，而高端石墨需要更多的工序，存在 一定的技術壁壘。高端石墨加工中的二次造粒、碳化包覆、二次包覆、摻雜改性等工序能顯著提升 負極的性能，但是均對技術有一定的要求。 看好負極一線龍頭和二線海外供應?？春秘摌O一線龍頭和二線海外供應

4、。 人造石墨負極主導高端消費和動力電池，國內動力以人造為主而海外動力仍以天然為主。隨著 新能源汽車發展對動力電池需求的加大和人造石墨負極滲透率的上升，人造石墨需求增速逐年提升 。目前，主流的負極企業均已經和各大電芯龍頭形成了綁定關系。電芯企業對產品的驗證時間長， 技術和供貨要求高，因此小企業難以導入其供應鏈。日企逐漸式微，國內負極企業出海加速，我們 看好現有的一線負極龍頭公司璞泰來璞泰來(紫宸紫宸)、中國寶安、中國寶安(貝特瑞），貝特瑞），建議關注導入海外巨頭的二線負 極公司中科電氣（星城石墨）中科電氣（星城石墨）。 風險提示：風險提示：新能源汽車銷量不及預期、客戶導入進度低于預期、資產減值風

5、險。 目錄 二 三 一 四大材料負極格局最好 人造石墨負極工藝拆解 人造石墨負極展望 負極是鋰電池的主要組成部分，它是由負極活性物質、粘合劑和添加劑混合制成糊狀均勻涂抹在銅 箔兩側，經干燥、滾壓而成。我們所談的負極材料主要指的是負極活性物質。 負極可分為碳材料和非碳材料兩大類，碳材料包括人造石墨、天然石墨、中間相碳微球和硬碳軟碳 等，非碳材料包括硅基材料、錫基材料和鈦酸鋰等。 現有負極材料以石墨類碳材料為主現有負極材料以石墨類碳材料為主 圖表圖表1.1.負極材料分類負極材料分類 資料來源： CNKI，方正證券研究所 目前應用最廣的負極材料仍然是天然石墨和人造石墨兩大類(以天然石墨為基礎和其他負

6、極材料摻雜 形成的復合石墨），硅基等合金類負極材料雖然已開始在特斯拉/松下動力電池上應用，但仍處于推 廣的初期，需求還比較有限。 中間相碳微球具備倍率性能優異的特點，但是制備工藝復雜、產率低、成本難以下降，發展也比較 受限。硬碳和軟碳在技術上還不夠成熟。 圖圖表表2 2： 主流負極材料及其特點主流負極材料及其特點 類型類型 天然石墨天然石墨 人造石墨人造石墨 中間相炭微球中間相炭微球 硅碳材料硅碳材料 理論容量 340-370mAh/g 310310- -360mAh/g360mAh/g 300-340mAh/g 400mAh/g 首次效率 90% 93%93% 94% 84% 循環壽命 良好

7、 優秀優秀 優秀 較差 安全性 較差 良好良好 優秀 較差 倍率性 較差 良好良好 優秀 較好 成本 最低 較低較低 較高 最高 優點 工藝簡單、成熟 工藝成熟，循環性好工藝成熟，循環性好 倍率性好 理論能量密度高 缺點 電解液相容性較差 克容量低克容量低 工藝復雜，成本較高 工藝復雜、首次庫倫效率 低、循環性差 發展方向 降低成本，改善循環性與 安全性 降低成本，提高克容量降低成本，提高克容量 簡化制備過程，降低成本 提高首次庫倫效率，改善 循環性 資料來源： CNKI，方正證券研究所 應用最廣的是人造石墨和天然石墨應用最廣的是人造石墨和天然石墨 人造石墨優勢人造石墨優勢：循環壽命優勢突出循

8、環壽命優勢突出，天然石墨很多都在千次之內，人造石墨可達2000次；倍率性倍率性 能好，體積膨脹小能好，體積膨脹??；人造石墨中石墨晶粒較小，石墨化程度稍低，結晶取向度偏小,所以該兩點性 能更好，且高低溫性能高低溫性能也也好好。 天然石墨優勢：天然石墨優勢：因為基本少了石墨化環節，成本低，能量密度高，但是由于表面缺陷較多，與電 解液相容性比較差，副反應比較多，續航壽命差。 動力電池對循環壽命和安全性要求高，人造石墨是動力電池主流應用方向。動力電池對循環壽命和安全性要求高，人造石墨是動力電池主流應用方向。 3.0 4.1 0 1 2 3 4 5 6 15Q2 15Q4 16Q2 16Q4 17Q2

9、17Q4 18Q2 18Q4 19Q2 19Q4 20Q1 中國天然石墨價格 中國人造石墨價格 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 人造石墨滲透率 圖表圖表3.3.石墨負極材料價格走勢石墨負極材料價格走勢 圖表圖表4.4.人造石墨滲透

10、率逐步提升人造石墨滲透率逐步提升 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。 資料來源： GGII，方正證券研究所 54% 54% 23% 57% 71% 67% 34% 79% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 電解液電解液 隔膜隔膜 正極正極 負極負極 CR3CR5 圖表圖表5.5.動力電池各材料成本占比動力電池各材料成本占比 圖表圖表6.20196.2019年動力電池四大材料競爭格局年動力電池四大材料競爭格局 在動力電池的材料成本中，負極占比約為7%，下游企業對負極價格的敏感程度較低，更看重穩定 的供貨能力。 在四大材料中

11、負極的競爭格局最好，2019年CR3和CR5分別為57%和79%，頭部企業更加受益。其中 天然石墨負極貝特瑞一家獨大，人造石墨負極以江西紫宸、東莞凱金、寧波杉杉三家分得63%的 市場份額。 負極成本占比低，競爭格局最好負極成本占比低，競爭格局最好 資料來源： GGII，方正證券研究所 38% 27% 9% 7% 6% 6% 4% 3% 正極 硬結構件 BMS 集流體 負極 隔膜 電解液 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 20152016201720182019 中國負極總產量 全球負極總產量 中國占比 圖表圖表6.6.前十只有兩家日本企業前十只有兩家日本企業 圖表圖表7.7.中國負極材料產量在全球占比中國負極材料產量在全球占比 從全球競爭格局來看，海外目前的負極公司僅有日立化成、三菱化學等兩家，而國內則有貝特瑞 、杉杉、江西紫宸、凱金能源能多家公司，相比于電池、隔膜、正極材料等，石墨負極國內企業 的市占率和出貨量占比最高，預計未來國內企業市占率繼續攀升到90%以上，原因是負極是高耗 能以及技術密集型行業，中國企業會比較有優勢。 負極全球格局好，日本

13、企業將逐漸式微負極全球格局好，日本企業將逐漸式微 資料來源： GGII，方正證券研究所 公司名稱公司名稱 市占率市占率 20192019產量產量 （噸）（噸） 公司名稱公司名稱 市占率市占率 20182018產量產量 （噸）（噸） 公司名稱公司名稱 市占率市占率 20172017產產 量（噸）量（噸） 貝特瑞 18.37% 5.99 貝特瑞 16.56% 4.3 貝特瑞 16.05% 3.29 江西紫宸 14.26% 4.65 寧波杉杉 13.48% 3.5 寧波杉杉 15.08% 3.09 寧波杉杉 13.83% 4.51 日立化成 13.10% 3.4 日立化成 14.11% 2.89 凱

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* 凱金能源 10.02% 2.6 凱金能源 5.84% 1.2 翔豐華 4.26% 1.39 三菱化學 4.62% 1.2 深圳斯諾 4.86% 1 星城石墨 3.96% 1.29 翔豐華 4.24% 1.1 三菱化學 4.38% 0.9 三菱化學 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 翔豐華 3.89% 0.8 深圳斯諾 1.66% 0.54 深圳斯諾 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：*代表預測值代表預測值 目錄 二 三 一 四大材料負極格局最好 人造石墨負極工藝拆解 人造石墨負極展望 鋰離子電池由正負極、隔膜和電解液等組成，其中負極材料是影響鋰離子電池容量、循環和倍率容量、循環和倍率 （快充）（快充）性能發揮的關鍵因素之一。鋰離子電池作為一種充電電池，主要依靠鋰離子在正極和負 極之間移動來工作。在充放電過程中，鋰離子在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌。負極跟電解液、 銅箔接觸，充放電過程中體積會膨脹，并且會形成SEI膜，消化鋰離子，并

16、影響首次充放電效率和 循環壽命。 圖表圖表8.8.鋰離子電池工作原理鋰離子電池工作原理 圖表圖表9.SEI9.SEI膜示意圖膜示意圖 鋰離子電池介紹鋰離子電池介紹 資料來源：CNKI，方正證券研究所 負極材料作為動力電池的四大材料之一，可以通過多種參數對其性能進行評價。如首次效率、振 實密度、真密度、壓實密度、面密度、比表面積、比容量等。 負極材料的性能直接影響動力電池，其性能的優良相應的體現在動力電池的關鍵性能中，如循環 壽命性能、膨脹變形問題和倍率性能。 負極材料性能指標多負極材料性能指標多 圖表圖表10.10.影響負極材料的關鍵因素指標影響負極材料的關鍵因素指標 資料來源：CNKI，方正

17、證券研究所 首次效率：首次效率： 部分鋰離子從正極脫出并嵌入負極后，無法重新回到正極參與充放電循環，形成SEI膜 ，或者不可逆嵌鋰，導致首次充放電效率不是 100%。 振實密度：振實密度： 是依靠震動使得粉體呈現較為緊密的堆積形式下的密度。 真密度：真密度： 材料在絕對密實狀態下（不包括內部空隙），單位體積內固體物質的重量。由于真密度 是密實狀態下測得，會高于振實密度。振實密度和真密度是針對負極，壓實密度則針對的是極片。 壓實密度：壓實密度： 指負極活性物質和粘結劑等制成極片后，經過輥壓后的密度，壓實密度=面密度/(極片 碾壓后的厚度減去銅箔厚度)。壓實密度越高，單位體積內的活性物質越多，比容

18、量也就越大，但 同時孔隙也會減少，電解液浸潤性降低，不利鋰離子嵌入和脫出， 反而不利于容量的增加。 面密度：面密度：單位面積集流體（指銅箔）上活性物質的質量。 比表面積（以及粒度）：比表面積（以及粒度）： 指單位質量物體具有的表面積，顆粒越小，比表面積就會越大。小顆粒 、高比表面積的負極，鋰離子遷移的通道更多、路徑更短，倍率性能就比較好，但由于與電解液接 觸面積大，形成 SEI 膜的面積也大，首次效率也會變低。大顆粒則相反， 優點是壓實密度更大。 比容量：比容量： 單位質量的活性物質所能夠釋放出的電量。 循環壽命和膨脹：循環壽命和膨脹：膨脹和循環壽命是正相關的關系，負極膨脹后，會造成卷芯變形，

19、負極顆粒形成 微裂紋甚至顆粒脫落，SEI 膜破裂重組，消耗電解液中的鋰離子，循環性能變差； 倍率性能：多種不同倍率充放電電流下表現出的容量大小、保持率和恢復能力。 負極材料主要性能指標負極材料主要性能指標 資料來源：CNKI，方正證券研究所 江西紫宸江西紫宸: 凱金能源凱金能源: 貝特瑞貝特瑞: 翔豐華翔豐華: 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將原材料和粘結劑進行破碎、造粒、石墨化、篩分而制成?；景拇蠊ば蛩拇蠊ば?，包括 破碎破碎、造粒造粒、石墨化石墨化和篩分篩分，四大工序又細分成十幾道工序，流程基本是一致的，但具體到每家 企業、不同級別人造負極，其制備工藝又都會

20、有一定的差異，如江西紫宸產品比較高端，在后段 有碳化包覆。 人造石墨的四大工序中，破碎破碎和篩分篩分相對簡單，體現負極行業技術門檻和企業生產水平的主要是 造粒造粒和石墨化石墨化兩個環節。 而高端人造石墨，會多一些工序，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 、摻雜改性、摻雜改性等。 原材料 破碎 造粒 石墨化 碳化包覆碳化包覆 篩分 圖表圖表11.11.人造石墨生產工藝流程人造石墨生產工藝流程 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。 資料來源：GGII，方正證券研究所 原材料：原材料：人造石墨的原材料分為煤系、石油

21、系以及煤和石油混合系三大類。其中煤系針狀焦、石油 系針狀焦以及石油焦應用最廣。 不同的焦，如石油系針狀焦和煤系針狀焦、國產焦和進口焦等，價 格差別較大，也是成本控制關鍵點成本控制關鍵點。一般來講， 高比容量的負極采用針狀焦作為原材料，普通比容 量的負極采用價格更便宜的石油焦作為原料，不同原材料是決定人造石墨性能的重要因素，影響人 造負極比容量、循環壽命、倍率性和壓實密度等比容量、循環壽命、倍率性和壓實密度等，如選用各向同性焦，能提高產品性能。目前行業 趨勢是選用國產焦等低成本焦，通過工藝控制提升性能，降低成本，降本保質， 差異性：差異性：不同公司所用原料焦差異較大，造成成本、產品價格和性能差異

22、性也大。 其中江西紫宸總經理馮蘇寧曾任職于鞍山熱能研究院，而該研究院是國內煤系針狀焦領域的領先單 位，因此江西紫宸在原料焦選用上獨具慧眼，為研發高端人造負極產品和參股針狀焦企業打入堅實 基礎。 圖表圖表12.12.人造石墨原材料分類人造石墨原材料分類 負極原材料種類多，不同原材料性能和價格差異性大負極原材料種類多，不同原材料性能和價格差異性大 圖表圖表13.13.翔豐華所用不同種類焦價格差別較大翔豐華所用不同種類焦價格差別較大 資料來源：CNKI，方正證券研究所 種類種類 21062106 20172017 20182018 單價單價( (元元) ) 單價單價( (元元) ) 單價單價( (元

23、元) ) 石油焦-普通 焦 3473.31 6817.00 5253.47 石油焦-針狀 焦 4226.67 16774.66 13500.45 石油焦-其他 類 4736.84 5564.38 32987.50 預處理：預處理：將石墨原料（針狀焦或石油焦）與粘結劑混合混合，進行氣流磨粉氣流磨粉。根據產品的不同，將石墨原 料與粘合劑（可石墨化）按不同比例混合，混合比例為 100：（520），物料通過真空上料機轉入料 斗，然后由料斗放入空氣流磨中進行氣流磨粉，將510mm 粒徑的原輔料磨至 5-10 微米。氣流磨粉 后采用旋風收塵器收集所需粒徑物料，收塵率約為 80%，尾氣由濾芯過濾器過濾后排放

24、，除塵效率大 于 99%。濾芯材質為孔隙小于 0.2 微米的濾布，可將 0.2 微米以上的粉塵全部攔截。風機控制整個 系統呈負壓狀態。 差異性：差異性：預處理磨粉分機械磨粉和氣流磨粉，現在主流為氣流磨粉。粘合劑種類較多，一般為石油瀝 青、煤瀝青、酚醛樹脂或環氧樹脂等。 預處理不是關鍵環節，主要是篩分得到所需粒徑前驅體，并盡可能得到各項同性顆粒，降低膨脹系粒徑前驅體，并盡可能得到各項同性顆粒，降低膨脹系 數數。 圖表圖表14.14.各項同性焦光學顯微結構各項同性焦光學顯微結構 預處理不是關鍵環節，差異性不大。預處理不是關鍵環節，差異性不大。 資料來源：CNKI，方正證券研究所 造粒造粒是人造石墨

25、加工關鍵環節，造粒分為熱解工序和球磨篩選工序。 熱解工序：熱解工序：將中間物料1投入反應釜中，在惰性氣體氛圍和一定壓力下，按照一定的溫度曲線進行 電加熱，于200300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，即中間物料2。 球磨篩分工序：真空進料，將中間物料2輸送至球磨機進行機械球磨，1020mm 物料磨制成610 微 米粒徑的物料，并篩分得到中間物料3。篩上物由管道真空輸送返回球磨機再次球磨。 石墨顆粒的大小、 分布和形貌影響著負極材 料的多個性能指標?？傮w來說，顆粒越小， 倍率性能倍率性能和循環壽命循環壽命越好，但首次效率首次效率和壓壓

26、實密度（影響體積能量密度和比容量）實密度（影響體積能量密度和比容量）越差 ，反之亦然，而合理的粒度分布（將大顆粒 和小顆?；旌?，后段工序）可以提高負極的 比容量比容量；顆粒的形貌對倍率、低溫性能倍率、低溫性能等也 有比較大的影響。 差異性：差異性：目前各家企業對顆粒大小篩分差異 性不大，主要體現在細節和成本。 圖表圖表15.15.石墨顆粒光學顯微結構石墨顆粒光學顯微結構 造粒是關鍵環節，對性能影響大造粒是關鍵環節，對性能影響大 資料來源：CNKI，方正證券研究所 二次造粒：二次造粒：小顆粒比表面積大，鋰離子遷移的通道更多、路徑更短，倍率性能好，大顆粒的壓實密度 高、容量大。如何能夠兼顧大顆粒和

27、小顆粒的優點，同時實現高容量和高倍率呢，答案就是采取二次 造粒。采用小顆粒石油焦、針狀焦等基材，通過添加包覆材料和添加劑，在高溫攪拌條件下，通過控 制好材料比例、升溫曲線和攪拌速度，能將小粒度的基材二次造粒，得到較大粒度的產品。二次造粒 的產品與同粒度的產品相比，能有效提高材料保液性能和降低材料的膨脹系數膨脹系數(小顆粒和小顆粒之間 存在凹孔)，縮短鋰離子的擴散路徑，提高倍率性能倍率性能，同時也能提高材料的高低溫性能低溫性能和循環性能循環性能。 差異性：差異性：二次造粒工序壁壘高，包覆材料和添加劑種類多，且容易出現包覆不均或者包覆脫落等問題 ，或者包覆效果不佳等，是高端人造石墨的重要工序。 以

28、紫宸為例，紫宸最先開始應用二次造粒技術，研發出暢銷產品G1,用于高端消費負極以及LG快充低 膨脹動力負極，膨脹系數極低，大幅提高動力電池快充性能和循環壽命動力電池快充性能和循環壽命。其他負極企業也有掌握二次 造粒工藝，但和江西紫宸有些差距。 圖表圖表16.16.二次造粒的人造石墨二次造粒的人造石墨SEMSEM圖圖 圖表圖表17.17.二次造粒后能提高比容量、降低膨脹系數等性能二次造粒后能提高比容量、降低膨脹系數等性能 二次造粒壁壘極高，是提高人造石墨性能的關鍵工序二次造粒壁壘極高，是提高人造石墨性能的關鍵工序 資料來源：CNKI，方正證券研究所 編號編號 充電截充電截 止電壓止電壓 （V V）

29、 克容量克容量 （mAhmAh/g/g ） 壓實密度壓實密度 （g/cm3g/cm3） 電池滿電池滿 電反彈電反彈 （% %） 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小時）小時） 普通 4.2 350 1.55 30 1.4 78 實施例1 4.4 35 1.65 22 2 87 實施例2 4.4 356 1.67 25 1.8 85 實施例3 4.4 35 1.68 24 1.8 88 實施例4 4.4 35 1.64 22 1.9 87 石墨化：石墨化：石墨化是利用熱活化將熱力學不穩定的碳原子實現由亂層結構向石墨晶體結構的有序轉化 ，

30、因此，在石墨化過程中，要使用高溫熱處理（HTT）對原子重排及結構轉變提供能量。為了使難石 墨化炭材料的石墨化度得到提高，也可以添加催化劑。 為了得到較好的石墨化效果，需要做好三個方面：為了得到較好的石墨化效果，需要做好三個方面： 1、掌握向爐中裝入電阻料和物料的方法（有臥裝、立裝、錯位和混合裝爐等），并能根據電阻料性 能的不同調整物料間的距離； 2、針對石墨化爐容量和產品規格的不同，使用不同的通電曲線，控制石墨化過程中升降溫的速率； 3、在特定情況下，在配料中添加催化劑，提高石墨化度，即“催化石墨化”。 差異性：差異性：不同品質的人造石墨，升降溫速率、保溫時間、催化劑等不一樣，預計所用石墨化爐

31、類型 不同，導致性能和成本差別比較大。脫離前后端工序的石墨化，特別是升降溫過程基本是程序化的 ，但石墨化時間長，設備投資大，因此較多委外處理，沒技術外泄風險。 圖表圖表18.18.針狀焦石墨化中碳原子的變化針狀焦石墨化中碳原子的變化 石墨化是成本差異化最大的環節石墨化是成本差異化最大的環節 資料來源：CNKI，方正證券研究所 包覆碳化：包覆碳化：包覆碳化是以石墨類碳材料作為“核芯”，在其表面包覆一層均勻的無定形碳材料 ，形 成類似“核殼”結構的顆粒。通常用的無定形碳材料的前軀體有酚醛樹脂、瀝青、檸檬酸等低溫熱 解碳材料。無定形碳材料的層間距比石墨大，可改善鋰離子在其中的擴散性能，這相當于在石墨

32、外表 面形成緩沖層，從而提高石墨材料的大電流充放電大電流充放電性能，還可以在表面形成致密的SEI膜，提高首效首效 、循環壽命等、循環壽命等。 差異性：差異性：不同廠家選用前驅體不同、加熱程序不同，使得包覆層厚度、均勻度等也不同，從而產品成成 本和性能本和性能也會有所差異。 以紫宸為例，紫宸是首先應用包覆技術，工藝領先，厚度均勻，并應用到暢銷產品G1的生產工藝中， 可用于高能量密度快充消費或者動力負極高能量密度快充消費或者動力負極，其他主流負極廠也都有掌握，但略遜于江西紫宸，低成本 低端人造負極甚至不會用包覆碳化工序。 圖表圖表19.19.包碳人造石墨首次循環性能和循環壽命大幅好于未包碳樣品包碳

33、人造石墨首次循環性能和循環壽命大幅好于未包碳樣品 包覆碳化能提高首次循環效率和循環壽命包覆碳化能提高首次循環效率和循環壽命 資料來源：CNKI，方正證券研究所 樣品樣品 比表面積比表面積 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 （相對（相對0.2C0.2C） 循環循環300300周周 效率效率% % 未包碳人造 石墨 2.47 92.5 361.7 89.70% 80.70% 實施例2 1.12 94.6 355.2 98.90% 94.90% 實施例3 1.34 93.1 356.3 97.60% 95.70% 實施

34、例4 1.09 94.3 354.7 98.50% 94.20% 實施例5 1.23 93.7 355.6 97.90% 95.10% 摻雜改性。摻雜改性。摻雜改性方法較靈活，摻雜元素多樣，目前研究者們對該方法的研究比較活躍。非碳元素 摻雜到石墨中可以改變石墨的電子狀態，使其更容易得電子，從而進一步增加鋰離子的嵌入量。例如 將磷原子和硼原子成功地摻雜到石墨表面，并與之形成化學鍵，有助于形成致密的SEISEI膜膜，從來有效 地提高了石墨的循環壽命循環壽命和倍率性能倍率性能。在石墨材料中摻雜不同元素，對其電化學性能有不同的優化效 果。其中,添加同樣具有儲鋰能力的元素(Si、Sn)對石墨負極材料比容

35、量的提高作用顯著。 差異性：差異性：不同廠家摻雜元素不同，產品性能差異很大，其中江西紫宸、貝特瑞和杉杉科技儲備較多, 摻雜改性對提高石墨的特定性能特定性能效果顯著，是高端人造負極產品做出差異化的關鍵工序。 圖表圖表20.20.摻雜前驅體的種類摻雜前驅體的種類 圖表圖表21.21.摻雜后石墨的性能遠好于未摻雜石墨摻雜后石墨的性能遠好于未摻雜石墨 摻雜改性工序能提高人造石墨循環壽命和倍率性能摻雜改性工序能提高人造石墨循環壽命和倍率性能 資料來源：CNKI，方正證券研究所 編號編號 硬碳前驅體硬碳前驅體 硅前驅體硅前驅體 磷前驅體磷前驅體 前驅體混前驅體混 合方式合方式 實 施 例 1 酚醛樹脂20

36、g 納米硅液2g 磷酸2g 液相混合 2 酚醛樹脂50g 納米硅液5g 五氧化二磷10g 球磨 3 環氧樹脂30g 有機硅樹脂 2.5g 磷酸銨3g 液相混合 4 糠醛樹脂60g 硅酸5.5g 磷酸二氫銨6g 球磨 5 聚氨乙煙20g 納米硅液2g 磷酸2g 液相混合 6 聚乙烯20g 納米硅液5g 五氧化二磷10g 球磨 7 聚苯烯30g 有機硅樹脂 2.5g 磷酸銨3g 液相混合 8 聚乙醇60g 硅酸5.5g 磷酸二氫銨6g 球磨 對 比 例 1 環氧樹脂30g 納米硅液5g 液相混合 2 環氧樹脂30g 磷酸3g 液相混合 3 環氧樹脂30g 編號編號 首次放電首次放電 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 首次庫首次庫 倫效率倫效率% % 10C10C倍率放倍率放 電電100100周后周后 容量容量mAhmAh/g/g 實施 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 對比

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 圖表圖表22.22.高品質人造石墨流程高品質人造石墨流程 圖表圖表23.23.各環節對性能的影響表格各環節對性能的影響表格 性能性能 技術壁壘技術壁壘 成本成本 原材料 比容量、循環壽命、倍率性、壓 實密度等 中等 較高 預處理 膨脹系數 較低 較低 造粒 比容量、循環壽命、倍率性、壓 實密度等 中等 中等 二次造粒 膨脹系數、倍率性 較高 中等 石墨化 比容量、一致性、電導率 較低 最高 包覆 首效、循環壽命 較高 中等 摻雜 比容量、循環壽命

39、、倍率性 較高 中等 篩分 壓實密度、倍率性 較低 較低 高端人造石墨生產流程多。在指標眾多且難以兼顧情況下，如大顆粒的壓實密度好、克容量高，但 倍率性能不好，小顆粒反之，負極制造商需要通過優化生產工藝，提高材料的整體、綜合性能，是 一種平衡的藝術！know-how的同時還得不斷的試驗，一點點提高單項性能指標，又由于每次試驗得 跟量產石墨化爐的批次一起進行，產量領先者可試驗次數也多，積累的試驗次數和成果也多，頭部 效應越來越明顯，對新進入者也是一種壁壘。 高端人造石墨生產流程多，各項指標互相克制，是一種平衡的藝術高端人造石墨生產流程多，各項指標互相克制，是一種平衡的藝術 資料來源：CNKI，方

40、正證券研究所 江西紫宸江西紫宸引領了人造石墨工藝進步，如二次造粒、包覆碳化等，因此產品性能指標也好于同行，并 帶動了國內高端人造負極的快速發展。 公司公司 璞泰來璞泰來 東莞凱金東莞凱金 貝特瑞貝特瑞 杉杉科技杉杉科技 翔豐華翔豐華 星城石墨星城石墨 產品牌號 F32 ET YL101 AML410 S360- L2-H BFC-18 FSN-1 EV7 SG345 HSG HAG2-S1 MD-3 特點 更高的 質量比 容量， 更優異 的動力 學性能 克容量 高、循 環壽命 長、快 充性能 好 高容量、 高壓實、 循環性 能優異 高倍率、 高性價 比、循 環性能 優異 針狀焦 人造石 墨，一

41、 次顆粒 與二次 顆粒復 合；高 能量密 度 球形化， 提升倍 率、循 環性能； 新型二 次造粒 技術， 提升倍 率，循 環性能； 納米造 孔技術 FSN-1綜 合性能 優異， 2006年 量產， 暢銷12 年 EV7高容 量高壓 實高能 量密度， 適用于 快充與 低溫充 電體系 長壽命、 高低溫 性能好、 安全性 能好、 綜合性 能優異 低反彈、 高容量、 高壓實、 循環性 能優異 粒度分 布均一； 循環性 能，倍 率性能， 安全性 能好； 人造石 墨原材 料經超 高溫處 理后球 化分級 而得， 特別適 應高容 量鋰電 池使用 粒徑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 首次放電容 量(mAb/g) 359.7359.7 364.9364.9 355 335 356.9 357.3 340 355 340 345 345 362 首次庫侖效 率(%) 94.5 94.1 95.5 94.8 92.0 92.0 圖表圖表24.24.各公司人造石墨產品性能各公司人造石墨產品性能 江西紫宸引來人造石墨工藝進步，產品性能好江西紫宸引來人造石墨工藝進步，產品性能好 資料來源：GGII，方正證券研究所 低高端產品的價格相差了三到四倍。因為性能指標多，負極的型號很多，且不同應用場景對負極的

43、需求不同，比如用于北方的動力電池需要好的低溫性能，而消費類電池就沒有這方面的需求；另一 方面是負極需要與正極材料和電解液相匹配，才能實現鋰電池整體性能的提升，也就是其“定制化 ”的屬性比較強，且性能和工序高度相關，好的性能需要多的工序實現，成本也高，所以負極的價 格分布也非常的寬。 以星城石墨為例，它共擁有5個人造石墨型號，其中最低端的只有1.88萬元每噸，高端的接近6萬元 每噸。 產品產品 名稱名稱 主要用途主要用途 產品產品 檔次檔次 20162016年價格年價格 （元（元/ /噸）噸） 性能指標經典值性能指標經典值 比容量比容量 （mAhmAh/g/g） 首次效率首次效率 （% %） 中

44、位徑中位徑 （umum） 比表面積比表面積 （cm2/gcm2/g） 振實密度振實密度 ( (g/cm3)g/cm3) CGM 儲能、低速電動汽 車 低端 21706.15 335 91 22 5.5 0.81 HAG 儲能、低速電動汽 車 低端 18849.55 320 90 23 4.5 1.03 MBG 儲能、電動汽車、 消費類電子 中端 37682.33 353 94 15 1.8 0.96 PSG 儲能、電動汽車、 消費類電子 中端 35231.94 340 94 14 1.5 1.14 HCG 電動汽車、消費類 電子 高端 58277.99 360 94 12 1.5 1.14 圖

45、表圖表25.25.星城石墨星城石墨5 5款人造石墨的價格及性能指標款人造石墨的價格及性能指標 不同品質和用途的人造石墨價格差異性大不同品質和用途的人造石墨價格差異性大 資料來源：招股說明書，方正證券研究所 人造石墨高端產品的單價和盈利能力無疑遠高于中低端產品。以4家人造石墨為主營業務的公司璞 泰來、杉杉股份、翔豐華和凱金能源為例，璞泰來單噸價格（6.77萬/噸）和單噸盈利(1.42萬/噸) 遠高于杉杉股份、翔豐華以及凱金能源。貝特瑞因天然石墨占比高，且有天然石墨原料鱗片石墨礦 ，成本低，盈利參考意義不大。 0 1 2 3 4 5 6 7 8 璞泰來 杉杉股份 翔豐華 凱金能源 貝特瑞 單價(萬

46、/噸） 單噸凈利(萬/噸) 圖表圖表26.26.主流負極廠家負極單價和單噸凈利主流負極廠家負極單價和單噸凈利 高端人造石墨噸盈利能力強高端人造石墨噸盈利能力強 資料來源：GGII，方正證券研究所 目錄 二 三 一 四大材料負極格局最好 人造石墨負極工藝拆解 人造石墨負極展望 全球鋰電池測算全球鋰電池測算 20162016 20172017 20182018 20192019 2020E2020E 2021E2021E 2022E2022E 動力（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% 消費(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% 儲能(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負極用量(萬噸) 0.135 0.130 0.125 0.120 0.120 0.115 0.110 全球人造石墨需求(萬噸) 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、 人造石墨均價(萬元/噸) 6.0 5.6 6.0 5.3 4.6 4.3 4.2 人造石墨市場空間(億) 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% 人造石墨負極循環性能好，能量密度高，在高端消費電池領域和動力電池領域應用場景較好， 2016-2019年人造石墨負極在動力和消費電池中的滲透率逐年提升。隨著新能源汽車行業的發展 和人造石墨在鋰電池中滲透率的提升，預計2020-2022年人造石墨的全球需求增速將逐年提升。 圖表圖表27.27. 人造石墨全球市場空間測算人造石墨全球市場空間測算 人造石墨需求增速逐年提升人造石墨需求增速逐年提升 資料來源：GGII，方正證券研究所 對比17年和19年主要消費鋰電大廠的供應鏈，五家大廠可以分為兩個陣營，三星、LG都是以