鋰電池行業新技術系列報告-高鎳+高電壓+大圓柱：放量拐點看好硅負極及衍生新材料投資機會-20220330（48頁）.pdf

1、1證券研究報告作者：行業評級：上次評級：行業報告 | 請務必閱讀正文之后的信息披露和免責申明新技術系列報告新技術系列報告 高鎳高鎳+高電壓高電壓+大圓柱大圓柱強于大市強于大市維持2022年03月30日（評級）分析師 孫瀟雅 SAC執業證書編號：S1110520080009放量拐點，看好硅負極及衍生新材料投資機會放量拐點，看好硅負極及衍生新材料投資機會行業深度研究摘要2請務必閱讀正文之后的信息披露和免責申明我們認為當前鋰電池有兩大技術路線，以方形鐵鋰為代表的高性價比路線和以三元高鎳大圓柱為代表的高性能路線。我們認為當前鋰電池有兩大技術路線，以方形鐵鋰為代表的高性價比路線和以三元高鎳大圓柱為代表的

2、高性能路線。 近兩年，方形鐵鋰得益于近兩年，方形鐵鋰得益于CTP、刀片電池的技術進步，在續航里程、刀片電池的技術進步，在續航里程600公里及以下乘用車市場性價比十足。公里及以下乘用車市場性價比十足。根據鑫欏鋰電數據，22年3月25日鐵鋰方形動力電芯均價為0.77元/wh，同期三元方形動力電芯均價在0.84元/wh。得益于刀片電池技術，比亞迪LFP版車型能量密度達140Wh/kg，續航里程達565km，突破了鐵鋰續航里程天花板。 往后看，高鎳往后看，高鎳+硅基負極硅基負極+大圓柱三者優劣勢互補主打高能量密度，更適配大圓柱三者優劣勢互補主打高能量密度，更適配600公里續航以上市場。公里續航以上市場

3、。大圓柱的優勢是不易熱失控和弧形表面更耐膨脹。高鎳三元優勢是能量密度高，劣勢是成本高+熱穩定性差，成本高的改變可依賴三元一體化鎳冶煉投放降低鎳的成本，熱穩定性差可搭配圓柱封裝形式改善。硅基負極優勢是能量密度高+適合快充，劣勢是成本高+易膨脹，我們認為成本高是初期，可依賴規?；当?，易膨脹可搭配圓柱封裝形式。本篇報告系高鎳本篇報告系高鎳+高電壓高電壓+大圓柱“系列新技術報告大圓柱“系列新技術報告從硅負極說起新材料的投資機會，并引申出周邊新材料投資機會，如單壁碳納米管、從硅負極說起新材料的投資機會，并引申出周邊新材料投資機會，如單壁碳納米管、補鋰劑、補鋰劑、PAA粘結劑，有望得以受益于低基數粘結劑

4、，有望得以受益于低基數+滲透率提升，未來幾年市場空間增速可觀，得益于技術溢價，龍頭利潤空間有望可觀。滲透率提升，未來幾年市場空間增速可觀，得益于技術溢價，龍頭利潤空間有望可觀。硅是負極材料進步的方向，放量在即。硅是負極材料進步的方向，放量在即。目前主流石墨負極企業比容量可做到355-360mAh/g，接近理論比容量372mAh/g，負極材料急需升級，硅材料理論比容量達4200mAh/g，是石墨的10倍以上。受制于膨脹率高（硅在300%，石墨在12%），硅負極產業化受阻，目前硅基負極主要應用在高端3C數碼、電動工具、高端動力電池領域，在負極滲透率不足2%。特斯拉自產電池大圓柱明確表示采用硅負極，

5、此外車企電池廠如松下、三星、廣汽、蔚來等也宣布采用硅負極。硅負極一般通過摻雜的形式到人造石墨中以實現產業化（目前摻雜比例在硅負極一般通過摻雜的形式到人造石墨中以實現產業化（目前摻雜比例在5%左右），根據硅材料選擇的不同分為硅碳、硅氧兩條技術路線。左右），根據硅材料選擇的不同分為硅碳、硅氧兩條技術路線。 硅碳負極：硅碳負極：采用納米硅和石墨材料混合，目前商業化容量在450mAh/g以下，首效高，但體積膨脹系數過大，導致其循環差，一般在500-600周，一般用于消費電池。 硅氧負極：硅氧負極：采用氧化亞硅和石墨材料混合，目前商業化應用容量主要在450-500mAh/g，首效相對較低，但循環性能相對

6、較好，既可用于消費也可用于動力。RZkXuYaZkZvV8ZXYcVaQ9R8OoMqQmOnPiNnNpMjMnOqR6MrRzQNZoMmMxNqRqR摘要3請務必閱讀正文之后的信息披露和免責申明硅碳負極的制備的核心在于球磨，硅氧負極制備的核心在于氧化亞硅的改性。硅碳負極的制備的核心在于球磨，硅氧負極制備的核心在于氧化亞硅的改性。正如硅負極有純品和復合品的概念（我們所說的硅基負極指的是復合品），硅負極的制備也有兩段工序，我們將其分為前端的純硅制備和后端的與石墨復合，我們認為核心是在前端的純硅制備。硅碳的核心是制備納米硅，一般采用機械球磨法，硅氧的核心是制備氧化亞硅，且需要改性處理，一般采用

7、化學氣相沉積法（CVD）進行碳包覆。硅基負極的單價、硅基負極的單價、CAPEX明顯高于石墨負極。明顯高于石墨負極。石墨負極的價格一般在3-6萬元/噸，據我們測算硅負極純品價格一般在30-70萬元/噸，復合品價格一般在8-12萬元/噸。人造石墨負極一體化產能單萬噸固定自產投資一般在2億元左右，硅基負極的特別是前端純品硅的單萬噸固定資產投資一般在10億元左右。硅負極目前處于行業發展初期，海外日本信越較為領先，國內貝特瑞研發、量產、客戶端全面領先同行。硅負極目前處于行業發展初期，海外日本信越較為領先，國內貝特瑞研發、量產、客戶端全面領先同行。 海外：海外：日韓企業在硅基負極上領先多是在專利層面，如日

8、本信越化學硅氧負極專利數行業領先，但其主營半導體等，量的層面未見領先。 國內：國內：貝特瑞于2010年取得硅基負極材料的技術突破，并于 2013年實現批量出貨，客戶系松下、三星。貝特瑞產品持續更新迭代，高代產品比容量、首次效率明顯領先同行。貝特瑞現有硅負極產能3000噸（我們預計為純品），規劃產能4萬噸。而同行尚處于百、千噸中試線水平，未見大批量出貨。硅基負極放量為衍生材料帶來放量契機，典型如單壁碳管、補鋰劑、負極粘結劑。硅基負極放量為衍生材料帶來放量契機，典型如單壁碳管、補鋰劑、負極粘結劑。 單壁碳管單壁碳管：可在材料內部形成發達網絡，覆蓋在硅顆粒表面并在硅顆粒之間建立高度導電和持久的連接，

9、顯著提升硅負極循環壽命。 補鋰劑：補鋰劑：硅負極表面SEI膜的形成需消耗大量鋰源，這使得硅基負極的首次效率顯著低于石墨，石墨材料有5%10%的首次不可逆鋰損耗，而硅的不可逆容量損失達15%35%，故硅負極一般需要搭配補鋰劑使用。 PAA粘結劑：粘結劑：對于充放電循環中具有極高體積膨脹的硅基負極，合理設計粘結劑可大大改善其循環壽命。前文以硅基負極為主線，衍生出單壁碳納米管、補鋰劑、前文以硅基負極為主線，衍生出單壁碳納米管、補鋰劑、PAA粘結劑，粘結劑，25年硅負極市場空間有望達年硅負極市場空間有望達300億億+，其他材料有望在，其他材料有望在50億左右，億左右，21-25年復合增速在年復合增速在

10、100%左右。左右。摘要4請務必閱讀正文之后的信息披露和免責申明21年負極全球產量88萬噸，預計21-25年鋰電池復合增速40%，硅基負極滲透率我們預計在23年迎來放量拐點達6.5%，25年達14%（滲透率的假設和大圓柱放量相匹配）。單價硅純品價格和人造石墨價格按照加權平均而得，純品硅摻雜比例22年在5%，預計25年達8%，純品硅價格22年在45萬元/噸，25年降至30萬元/噸，人造石墨22年在6萬元/噸，25年降至4萬元/噸，則硅基負極（復合品）22年單價在8萬元/噸。25年降至6.1萬元/噸?；谝陨线壿嫼图僭O，我們對四大新材料基于以上邏輯和假設，我們對四大新材料25年市場空間、龍頭公司利

11、潤空間預測如下：年市場空間、龍頭公司利潤空間預測如下： 硅基負極：硅基負極：全球需求量達52萬噸，市場空間319億元，21-25年復合增速135%。我們預計龍頭系貝特瑞，市占率達40%，20%凈利率下利潤空間在19億元。 單壁碳管粉體：單壁碳管粉體：全球需求量達524噸，市場空間42億元（多壁市場空間在200億），21-25年復合增速153%。我們預計龍頭系天奈科技，市占率50%，40%凈利率下利潤空間在7.3億元。 補鋰劑：補鋰劑：全球需求量達1.8萬噸，市場空間44億元，21-25年復合增速157%。我們預計單噸凈利潤25年在5萬元（對應17%凈利率），市占率在50%下，利潤空間在4.8億

12、元。 PAA粘結劑：粘結劑：全球需求量達5.1萬噸，市場空間54億元。21-25年復合增速94%。我們預計龍頭30%凈利率（茵地樂毛利率60%），市占率在50%下，利潤空間在8.4億元。投資建議投資建議1、大圓柱：推薦、大圓柱：推薦【億緯鋰能億緯鋰能】。預計23年出貨5GWh，貢獻利潤3.2億元，占比總利潤5%。2、硅基負極：推薦龍頭、硅基負極：推薦龍頭【貝特瑞貝特瑞】。我們預計23年出貨5萬噸（混合品），單噸凈利1.4萬元，貢獻利潤7.1億元，占比總利潤18%。3、衍生材料：、衍生材料：1）單壁碳納米管推薦）單壁碳納米管推薦【天奈科技天奈科技】。我們預計天奈23年單壁管出貨20噸，單噸凈利潤

13、400萬元，貢獻利潤0.8億元，占比總利潤7%。2）PAA粘結劑推薦粘結劑推薦【璞泰來璞泰來】，其參股公司茵地樂（26%股權）在PAA上行業領先。3）補鋰劑建議關注）補鋰劑建議關注【德方納米德方納米】，其已公告4.5萬噸補鋰劑項目，后續有望放量增利。風險提示風險提示：電動車銷量不及預期、大圓柱進展不及預期、硅負極進展不及預期、產能擴建不及預期、測算具有主觀性電動車銷量不及預期、大圓柱進展不及預期、硅負極進展不及預期、產能擴建不及預期、測算具有主觀性20H2至今，具備高性價比的“方形鐵鋰”電池搭配至今，具備高性價比的“方形鐵鋰”電池搭配CTP/刀片技術在刀片技術在600公里及以公里及以下續航的電

14、動車市場大放異彩。下續航的電動車市場大放異彩。往后看，電動車不僅是提續航也需提快充，電池不僅依賴低成本材料也需增效降往后看，電動車不僅是提續航也需提快充，電池不僅依賴低成本材料也需增效降本，我們認為在本，我們認為在600公里公里+市場，高鎳三元市場，高鎳三元+硅基負極硅基負極+大圓柱更為適配。大圓柱更為適配。 高鎳三元優勢是能量密度高，劣勢是成本高高鎳三元優勢是能量密度高，劣勢是成本高+熱穩定性差，成本高的改變可依熱穩定性差，成本高的改變可依賴三元一體化鎳冶煉投放降低鎳的成本，熱穩定性差可搭配圓柱封裝形式改賴三元一體化鎳冶煉投放降低鎳的成本，熱穩定性差可搭配圓柱封裝形式改善。善。 硅基負極優勢

15、是能量密度高硅基負極優勢是能量密度高+適合快充，劣勢是成本高適合快充，劣勢是成本高+易膨脹，成本高是初易膨脹，成本高是初期，可依賴規?；当?，易膨脹可搭配圓柱封裝形式。期，可依賴規?；当?，易膨脹可搭配圓柱封裝形式。 此外，隨著硅基負極的放量此外，隨著硅基負極的放量+高性能電動車市場對快充的需求提升，相關輔材高性能電動車市場對快充的需求提升，相關輔材如單壁碳納米管、補鋰劑、負極粘結劑也有望受益。如單壁碳納米管、補鋰劑、負極粘結劑也有望受益。前言：從電池新技術看新材料投資機會前言：從電池新技術看新材料投資機會5請務必閱讀正文之后的信息披露和免責申明6資料來源：容百科技招股說明書、孚能科技招股說明

16、書、天風證券研究所鋰電池的技術路線按正極材料劃分可分為三元和鐵鋰，三元主打高性能（能量密度高），鐵鋰主打經濟性（成本低）。鋰電池的技術路線按形狀分可分為方形、圓柱、軟包。軟包能量密度最高，方形成組效率最高，圓柱生產效率最高。鋰電池技術路線既有三元、鐵鋰之爭，又有方形、圓柱、軟包之爭鋰電池技術路線既有三元、鐵鋰之爭，又有方形、圓柱、軟包之爭表：不同技術路線正極材料性能對比表：不同技術路線正極材料性能對比表：不同形狀動力電池的主要技術指標對比表：不同形狀動力電池的主要技術指標對比項目項目三元軟包三元軟包三元方形三元方形三元圓柱三元圓柱磷酸鐵鋰方形磷酸鐵鋰方形正極材料三元材料三元材料三元材料磷酸鐵鋰

17、殼體鋁塑膜鋼殼或鋁殼鋼殼或鋁殼鋼殼或鋁殼制造工藝軟包疊片方形卷繞、疊片圓柱卷繞方形卷繞平均能量密度（wh/kg）260240250180工作電壓（V）3.713.713.653.2循環壽命（次）2000200015003000工作溫度范圍-30至 55-30至 55-30至 55 20至 55低溫容量（-20 /25）85%85%85%60%成組效率70%75%65%80%項目項目磷酸鐵鋰（磷酸鐵鋰（LFPLFP）鎳鈷錳酸鋰鎳鈷錳酸鋰 ( (NCM)NCM)比容量 (mAh/g)130-140150-220循環壽命 （次）2,0001,500-2,000安全性好較好成本低較低優點成本低 高溫性

18、能好電化學性能好 循環性能好 能量密度高缺點低溫性能差部分金屬價格昂貴7資料來源：中國汽車動力電池創新聯盟、SNE、GGII、天風證券研究所20H220H2開始鐵鋰電池強勢反攻三元，目前占比過半。開始鐵鋰電池強勢反攻三元，目前占比過半。18-20H1是鐵鋰的淡季，在動力市場裝機占比下降至33%，20H2開始崛起，到22年1-2月占比達56%。方形是全球動力電池的主流，我們預計方形是全球動力電池的主流，我們預計2121年全球年全球占比超占比超50%50%。18-19年全球方形電池占比達57%，20年略有下降我們認為系LGES占比提升所致。21年國內方形電池占比達86%，較20年提升6pct。近兩

19、年近兩年來來，鐵鋰，鐵鋰& &方形表現強勢，方形表現強勢，2121年國內占比近年國內占比近90%90%圖圖：中國動力電池市場不同材料種類電池裝機量對比（：中國動力電池市場不同材料種類電池裝機量對比（%）39%33%41%52%56%58%65%58%48%44%3%1%1%0%0%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%2018年2019年2020年2021年2022年1-2月磷酸鐵鋰三元材料其他29%27%23%14%16%28%57%57%49%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%2018年2019年2020年圓柱軟包方形圖圖：全球動

20、力電池形狀占比（：全球動力電池形狀占比（%）圖圖：國內動力電池形狀占比（：國內動力電池形狀占比（%）85%80%86%9%6%7%7%13%6%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%2019年2020年2021年方形軟包圓柱8資料來源：高工鋰電、鑫欏鋰電、中國化學與物理電源行業協會、小鵬官網、汽車之家、孚能科技招股說明書、天風證券研究所鐵鋰鐵鋰電池成本明顯低于三元，方形電池成本低于圓柱、軟包。電池成本明顯低于三元，方形電池成本低于圓柱、軟包。（從瓦時成本看，已經考慮了能量密度不同帶來的差異） 根據鑫欏鋰電數據，22年3月25日鐵鋰方形動力電芯均價為0.77元/wh，

21、同期三元方形動力電芯均價在0.84元/wh。 LGC供應的三元軟包電池包2019年價格約為1.54元/Wh，同期寧德時代的三元方形電池包價格為1.14元/Wh，松下的圓柱單體電芯價格約為0.96元/Wh。 CTPCTP、刀片新技術明顯提升鐵鋰電池續航天花板。、刀片新技術明顯提升鐵鋰電池續航天花板。CTP、刀片通過大幅減少單體連接線束以及相關的流程工藝成本，從而大幅度提高成組效率（能量密度）。2020年第10批新能源汽車推廣目錄顯示，比亞迪LFP版車型能量密度達140Wh/kg，續航里程達565km。從實際應用端看，小鵬P7的鐵鋰版較三元版便宜3.9萬元，續航低100公里，此處重要的是消費者對于

22、續航里程邊際效用遞減，480公里可以滿足大部分通勤需求。為何鐵鋰、方形表現強勢？成本低為何鐵鋰、方形表現強勢？成本低+CTP/+CTP/刀片技術帶來能量密度提升刀片技術帶來能量密度提升圖：寧德時代圖：寧德時代CTP&CTP&比亞迪刀片電池比亞迪刀片電池表：刀片電池技術表：刀片電池技術+ +磷酸鐵鋰的電池包與普通三元能量密度對比磷酸鐵鋰的電池包與普通三元能量密度對比項目項目小鵬小鵬P7 480NP7 480N小鵬小鵬P7 586NP7 586N補貼后售價（萬元）23.9927.09電池類型磷酸鐵鋰電池三元鋰電池續航里程（公里）480586帶電量（kwh）60.270.8圖：小鵬圖：小鵬P7 P7

23、 鐵鋰版和三元版對比鐵鋰版和三元版對比9資料來源：工信部、鑫欏鋰電、天風證券研究所三元正極成本明顯高于鐵鋰正極。三元正極成本明顯高于鐵鋰正極。以22Q1數據為例，三元8系、5系、鐵鋰正極不含稅成本分別為27.6、25.6、12.0萬元/噸，按照單GWh單耗1600、1700、2500噸計算，單GWh成本分別為4.42、4.37、3.00億元。近三年來，三元電池配套車型續航里程提升明顯慢于鐵鋰。近三年來，三元電池配套車型續航里程提升明顯慢于鐵鋰。根據工信部發布的道路機動車輛生產企業及產品公告，我們統計了19-21年的乘用車系統能量密度和續航里程，發現鐵鋰續航里程提升迅速，21年已經可達到600公

24、里。三元電池配套的車型續航里程最大值從605提升至708公里，鐵鋰最大值從450提升至600公里。三元表現弱勢原因？成本居高不下且續航里程和鐵鋰相比優勢不大三元表現弱勢原因？成本居高不下且續航里程和鐵鋰相比優勢不大表表：20192019- -20212021年工信部乘用車配套車型系統能量密度、續航里程變化年工信部乘用車配套車型系統能量密度、續航里程變化3.23.13.14.04.55.27.912.010.010.410.613.413.615.820.825.611.211.411.514.514.917.021.825.716.015.215.517.617.119.824.027.60.

25、05.010.015.020.025.030.020Q220Q320Q421Q121Q221Q321Q422Q1磷酸鐵鋰正極三元5系三元6系三元8系圖：正極材料不含稅價格走勢（萬元圖：正極材料不含稅價格走勢（萬元/ /噸）噸）項目項目20192019年年20202020年年20212021年年三元能量密度最大值（wh/kg）182180190三元能量密度最小值（wh/kg）95142135鐵鋰能量密度最大值（wh/kg）144144141鐵鋰能量密度最小值（wh/kg）1009595三元最大行駛里程（公里）605706708鐵鋰最大行駛里程（公里）45060560010資料來源：GGII、從專

26、利角度分析全球鋰離子電池硅基負極材料技術發展葛紅莉、圓柱鋰電池表面自然對流換熱系數仿真估算丁亞軍、天風證券研究所大圓柱更適配三元高鎳大圓柱更適配三元高鎳+ +硅負極，且可實現更高能量密度。硅負極，且可實現更高能量密度。 大圓柱不易熱失控和高鎳三元熱穩定性差相互補。大圓柱不易熱失控和高鎳三元熱穩定性差相互補。圓柱電池優勢是應對熱失控，劣勢是成組效率低，和高鎳三元結合正好揚長避短，高鎳三元的優勢是高能量密度；劣勢是熱穩定性差，4680搭配高鎳三元可充分發揮二者高能量密度和安全性。 大圓柱弧形表面更耐硅負極的膨脹。大圓柱弧形表面更耐硅負極的膨脹。硅材料易膨脹，膨脹率高達300%，而石墨材料在12%，

27、但硅材料理論克容量是石墨材料的10倍以上。 800V800V高電壓成為實現電動車快充的重要方式。高電壓成為實現電動車快充的重要方式。當前電動車的痛點是續航焦慮，解決的辦法一方面可提升電池能量密度，從而提升續航里程，另一方面可提升快充性能?？斐浜统潆姽β视嘘P，功率越大，充電時間越短，而提升功率有兩個方式：1）提高電流 ，2）提升電壓。提升電壓較提升電池更為容易，故當前產業趨勢為發展高電壓，如800V 電壓平臺搭配 350kW 超級充電樁，充 30 度電約 5 分鐘，接近燃油車在加油站的使用體驗。大圓柱更適配大圓柱更適配800V800V高電壓。高電壓。 高電壓需要大量串聯單個電芯 串聯個數越多對電

28、芯一致性要求越高 圓柱電池一致性最好 圓柱電池更適配高電壓。 單體容量過大如方形不好平衡串聯和并聯（800V已經需要200個電芯串聯），單體容量過小如2170圓柱，需要電芯總數較多，增加結構件等成本，故4680等大圓柱更適配高電壓。往后看，三元大圓柱是實現高能量密度往后看，三元大圓柱是實現高能量密度+ +強快充性能的重要技術路線強快充性能的重要技術路線圖：表：不同形狀三元電池單體容量對比圖：表：不同形狀三元電池單體容量對比11資料來源：特斯拉發布會、天風證券研究所三元成本端：三元成本端：三元趨勢是高鎳，未來成本大頭是鎳，隨著前驅體廠商紅土鎳礦冶煉項目路線在22年將投產期，23年大規模量產，三元

29、高鎳正極成本有望顯著降低。性能端：性能端：4680 大圓柱路線與 2170 電池相比，單體帶電量提升 5 倍，減少結構件等非活性物質占用體積，整體續航里程提升16%，無極耳（全極耳）設計大幅提升了電池功率，帶來更快充電速度。截至22年2月特斯拉已生產100 萬顆4680電池，松下日本擴產大圓柱，以及產業鏈公司恩捷、諾德陸續收到海外車企訂單來看，我們預計4680大圓柱量產在即。一體化鎳一體化鎳冶煉冶煉降材料成本降材料成本+4680+4680量產在即，代表高性能的三元大圓柱技術路線放量拐點已至量產在即，代表高性能的三元大圓柱技術路線放量拐點已至圖：特斯拉圖：特斯拉46804680大圓柱電池構想大圓

30、柱電池構想12資料來源：天風證券研究所 近兩年，鋰電池市場比較偏好低成本的技術路線，加上CTP、刀片新技術一定程度上彌補了能量密度短板，方形鐵鋰大行其道。不可否認，方形鐵鋰在600公里及以下續航里程乘用車上具備高性價比，但同時我們認為也不應忽視代表高性能的高鎳三元路線，搭配大圓柱，有望成為未來600公里以上續航乘用車的主流技術路線。 大圓柱可彌補高鎳三元穩定性的劣勢，亦可彌補硅負極易膨脹的劣勢，實現更高的能量密度和快充性能。大圓柱可彌補高鎳三元穩定性的劣勢，亦可彌補硅負極易膨脹的劣勢，實現更高的能量密度和快充性能。 三元高鎳大圓柱趨勢下，利好以下產業鏈（考慮彈性）：三元高鎳大圓柱趨勢下，利好以

31、下產業鏈（考慮彈性）： 電池：電池：看好大圓柱進展領先的【億緯鋰能】。 負極：負極：看好硅負極量產領先的【貝特瑞】。 硅負極衍生硅負極衍生輔材：輔材：1）單壁碳納米管推薦【天奈科技】。我們預計天奈23年單壁管出貨20噸，單噸凈利潤400萬元，貢獻利潤0.8億元，占比總利潤7%。2）PAA粘結劑推薦【璞泰來】，其參股公司茵地樂（26%股權）在PAA上行業領先。3）補鋰劑建議關注【德方納米】，其已公告4.5萬噸補鋰劑項目，后續有望放量增利。 本篇報告系高鎳本篇報告系高鎳+ +高電壓高電壓+ +大圓柱“系列新技術報告大圓柱“系列新技術報告從硅負極說起新材料的投資機會，主要分析了硅負極的起量原因、技術

32、路從硅負極說起新材料的投資機會，主要分析了硅負極的起量原因、技術路線、行業屬性、競爭格局、市場空間，并引申出周邊新材料投資機會（介紹原因，市場空間和相關標的彈性，具體細分賽道供給研線、行業屬性、競爭格局、市場空間，并引申出周邊新材料投資機會（介紹原因，市場空間和相關標的彈性，具體細分賽道供給研究見各自行業究見各自行業/ /個股報告）個股報告）總結：看好提升能量密度、快充性能的電池、材料產業鏈總結：看好提升能量密度、快充性能的電池、材料產業鏈硅是負極材料進步的方向，放量在即硅是負極材料進步的方向，放量在即113請務必閱讀正文之后的信息披露和免責申明14資料來源：中科電氣定增募集說明書、貝特瑞公開

33、發行說明書、石墨邦、天風證券研究所高鎳三元高鎳三元& &人造石墨已接近理論克容量上限，未來提升電池能量密度依賴硅材料。人造石墨已接近理論克容量上限，未來提升電池能量密度依賴硅材料。電池比容量受正負極比容量影響，目前三元正極已經迭代至8系，甚至9系，模擬計算表明, 在當前正極材料基礎上, 在1200 mAhg1 以內提升負極材料的比容量對提高整個電池的能量密度仍然有較大貢獻。目前主流負極企業比容量可做到355-360mAh/g，接近理論比容量372mAh/g，負極材料急需升級，硅材料理論比容量達4200mAh/g，是石墨的10倍以上，我們認為有望成為下一代負極材料。除了追求高能量密度帶來高續航，

34、快充也是鋰電池進步的一大方向，決定快充性能更多在負極材料，硅負極快充性能更優。除了追求高能量密度帶來高續航，快充也是鋰電池進步的一大方向，決定快充性能更多在負極材料，硅負極快充性能更優。鋰離子電池充電的時候，鋰離子向負極遷移，快充電芯實際上重要的技術難點為鋰離子在負極的嵌入問題。硅從各個方向提供鋰離子嵌入和脫出的通道，而石墨只能從層狀的端面方向提供鋰離子嵌入和脫出的通道，因此硅負極快充性能更優。硅材料克容量、快充性能優異，是負極材料發展進步的方向硅材料克容量、快充性能優異，是負極材料發展進步的方向類型類型天然石墨天然石墨人造石墨人造石墨硅基負極硅基負極理論容量340-370mAh/g310-3

35、60mAh/g400400- -4000mAh/g4000mAh/g首次效率93%93%77%循環壽命一般較好較差安全性較好較好一般倍率性一般一般較好較好成本較低較低較高優點能量密度高、加工性能好膨脹低，循環性能好能量密度高缺點電解液相容性較差，膨脹較大能量密度低，加工性能差膨脹大、首次效率低、循環性能差圖：正負極比容量和全電池比容量關系圖圖：正負極比容量和全電池比容量關系圖表表：負極材料性能對比：負極材料性能對比15導電性差、體積膨脹等問題制約了硅材料在負極上的商業化應用導電性差、體積膨脹等問題制約了硅材料在負極上的商業化應用資料來源：高能量密度鋰離子電池硅基負極材料的性能和應用研究閆平、天

36、風證券研究所 硅材料屬于半導體材料，電子導電性和離子導電性差，不利于材料電化學性能的發揮。硅材料屬于半導體材料，電子導電性和離子導電性差，不利于材料電化學性能的發揮。 硅嵌硅嵌/ /脫鋰過程中伴隨著巨大的體積變化，從而影響循環壽命。脫鋰過程中伴隨著巨大的體積變化，從而影響循環壽命。Si材料在與Li進行合金化的過程中體積膨脹可達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壽命。 硅易與其他物質發生反應，造成能量快速衰減。硅易與其他物質發生反應，造成能量快速衰減。鋰鹽 LiPF6分解產生的 HF 會與 Si 反應，Si 負極與電解液的界面

37、不穩定，Si 負極材料表面形成的固體電解質膜（SEI 膜）不能適應 Si 負極材料在脫嵌鋰過程中的巨大體積變化而破裂，使Si 表面暴露在電解液中，導致固體電解質膜持續生成、活性鋰不斷消耗，最終造成容量損失。圖：常見鋰離子電池負極材料的比容量和電壓平臺圖：常見鋰離子電池負極材料的比容量和電壓平臺16目前，硅基負極尚處于發展初期，近些年在負極的滲透率尚不足目前，硅基負極尚處于發展初期，近些年在負極的滲透率尚不足2%2%資料來源：GGII、天風證券研究所 硅基滲透率仍較低，硅基滲透率仍較低，20212021年國內出貨在年國內出貨在1.11.1萬噸左右，滲透率在萬噸左右，滲透率在1.5%1.5%。20

38、21年國內負極出貨量72萬噸，其中硅基負極出貨1.1萬噸，滲透率僅為1.5%，發展空間較大。圖：國內硅基負極出貨量、增速（萬噸、圖：國內硅基負極出貨量、增速（萬噸、%）圖：國內硅基負極在負極滲透率（萬噸、圖：國內硅基負極在負極滲透率（萬噸、%）0.060.160.260.370.61.163%42%62%83%-0.10.10.30.50.70.91.11.32016年2017年2018年2019年2020年2021年銷量YOY14.819.226.536.5721.1%1.4%1.4%1.6%1.5%0.0%0.2%0.4%0.6%0.8%1.0%1.2%1.4%1.6%1.8%010203

39、040506070802017年2018年2019年2020年2021年負極出貨硅基負極滲透率17資料來源：GGII、天風證券研究所目前，硅基負極主要應用在高端目前，硅基負極主要應用在高端3C3C數碼、電動工具、高端動力電池領域。數碼、電動工具、高端動力電池領域。 高端高端3C3C數碼：數碼：5G技術推廣帶來的智能手機終端需求、民用無人機、智能可穿戴設備等市場或用到硅基負極。 電動工具：電動工具：電動工具鋰電池頭部供應商表示，根據客戶對電池性能的需求，部分容量部分容量25002500- -2600mAh2600mAh的高倍率圓柱電池有硅基負的高倍率圓柱電池有硅基負極應用需求，而容量上到極應用需

40、求，而容量上到30003000- -3350mAh3350mAh及及3500mAh3500mAh的產品絕大部分必須用到硅基負極。的產品絕大部分必須用到硅基負極。GGII統計數據顯示，受全球電動工具市場增長帶動，2021年全球電動工具鋰電池出貨量為22GWh；預測未來2026年出貨規模增至60GWh，相比2021年仍有2.7倍的增長空間。受此帶動，硅基負極也將迎來持續增長機會。 動力電池：動力電池：下游客戶對快充性能、續航時間提出更高要求，高能量密度電池受到市場青睞，硅基負極優勢更加凸顯。往后看，硅基負極將在高端數碼、電動工具、動力電池領域持續放量往后看，硅基負極將在高端數碼、電動工具、動力電池

41、領域持續放量18圖：特斯拉硅負極方案圖：特斯拉硅負極方案資料來源：特斯拉電池日、天風證券研究所特斯拉特斯拉46804680自產電池明確表示采用硅負極方案自產電池明確表示采用硅負極方案 圓柱天生更適合用硅負極，其各向同性的特點使得圓柱電池更耐膨脹（硅負極最大問題是膨脹圓柱天生更適合用硅負極，其各向同性的特點使得圓柱電池更耐膨脹（硅負極最大問題是膨脹）。）。特斯拉自產特斯拉自產46804680電池明確表示采用硅負極：電池明確表示采用硅負極：2020年9月22日，特斯拉明確表示計劃采用冶金硅作為原料，通過離子導電高分子進行涂覆、以及特殊膠粘劑（Binder）混合的形式，通過包覆方法以及改進粘結劑的方

42、式來提升性能。硅負極如何商業化？硅負極如何商業化？以摻雜的形式到人造石墨中，目前看硅氧更為主流以摻雜的形式到人造石墨中，目前看硅氧更為主流硅基負極主要是指石墨摻硅復合材料摻雜產品包括硅碳（硅基負極主要是指石墨摻硅復合材料摻雜產品包括硅碳（Si/C）負極材料及硅氧（）負極材料及硅氧（SiO/C）負極材料，主流摻硅比例在負極材料，主流摻硅比例在5%左右。左右。219請務必閱讀正文之后的信息披露和免責申明20資料來源：GGII、高能量密度鋰離子電池硅基負極材料的性能和應用研究閆 平、天風證券研究所 硅材料理論容量高達硅材料理論容量高達4000mAh/g4000mAh/g，但膨脹率高達，但膨脹率高達3

43、00%300%，商業化應用時一般采用以下方式，商業化應用時一般采用以下方式緩解緩解膨脹效應：膨脹效應： 納米化：納米化：硅納米化后可明顯縮小體積，提高循環性能，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：與石墨復合：碳材料的體積變化較小、循環性能良好，硅材料體積膨脹大、循環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、循環性能較好的硅碳復合材料。 采用氧化亞硅：硅氧材料較硅單質有效緩解了體積膨脹，提升了循環性能，但降低了首次效率。采用氧化亞硅：硅氧材料較硅單質有效緩解了體積膨脹，提升了循環性能，但降低了首次效率。由于氧化亞硅（SiOx，0 x2）首次嵌鋰的

44、過程中會生成金屬鋰氧化物LixO及鋰硅化合物，可有效緩沖脫嵌鋰產生的體積膨脹，從而提高循環性能，SiOx材料在嵌鋰過程中的體積膨脹僅為118%左右，但帶來的副作用是SiO使得Li在首次嵌入到材料的過程中會生成沒有電化學活性的Li4SiO4材料，且該過程是不可逆的，導致SiOx材料的首次效率遠遠低于石墨和硅碳材料，并且比容量相對硅碳及納米硅也較低，只有1700Ah/g，但仍然遠高于石墨，而且相比而言，具有更小的體積膨脹和更好的循環穩定性對于動力電池更為重要，因此在動具有更小的體積膨脹和更好的循環穩定性對于動力電池更為重要，因此在動力電池領域該路線更具發展前景。力電池領域該路線更具發展前景。硅材料

45、產業化時一般和石墨材料復合硅材料產業化時一般和石墨材料復合（也就是說均采用上述的與石墨復合，硅的選擇納米化或者采用氧化亞硅），根據硅來源的不也就是說均采用上述的與石墨復合，硅的選擇納米化或者采用氧化亞硅），根據硅來源的不同分為硅碳（同分為硅碳（Si/CSi/C）負極材料及硅氧（）負極材料及硅氧（SiOSiO/C/C）負極材料兩種：）負極材料兩種： 硅碳負極：硅碳負極：采用納米硅納米硅和石墨材料混合，目前商業化容量在450mAh/g以下，首效高，但體積膨脹系數過大，導致其循環差，一般在500-600周，無法達到國標規定的動力電池循環1000周的標準，一般用于消費電池。 硅氧負極：硅氧負極：采用氧

46、化亞硅氧化亞硅和石墨材料混合，目前商業化應用容量主要在450-500mAh/g，成本較高，首效相對較低，但循環性能相對較好，既可用于消費也可用于動力。 故我們一般提到的硅負極都不是純品硅產品，是人造石墨材料和硅材料的復合產品，本文以硅基負極表示人造石墨故我們一般提到的硅負極都不是純品硅產品，是人造石墨材料和硅材料的復合產品，本文以硅基負極表示人造石墨+ +硅復合后的材硅復合后的材料，復合材料根據硅的不同分為硅碳負極和硅氧負極。（若為純品，本文會以純品硅表示）料，復合材料根據硅的不同分為硅碳負極和硅氧負極。（若為純品，本文會以純品硅表示）技術路線：根據硅來源的不同分為硅碳和硅氧技術路線：根據硅來

47、源的不同分為硅碳和硅氧21資料來源：GGII、從專利角度分析全球鋰離子電池硅基負極材料技術發展葛紅莉、天風證券研究所從下游應用來看，硅氧負極商業化領先于硅碳，且在動力領域應用更為主流。從下游應用來看，硅氧負極商業化領先于硅碳，且在動力領域應用更為主流。硅材料應用于鋰電負極的研發始于上世紀90年代，直至13、14年才分別實現硅碳負極、硅氧負極的產業化?，F階段，動力電池領域主要用硅氧負極，雖然硅氧負極容量不如硅碳，但循環性能相對較好，而循環壽命對于動力電池更為重要。硅碳負極由于循環性能劣勢，目前主要用于電動工具以及消費電子等領域。 消費：消費：2013年成功應用到三星電動工具。 動力：動力：201

48、7年，松下將硅氧負極應用于特斯拉的Model3電池中，在傳統石墨負極材料中加入10%的氧化亞硅，電池克容量增加到550mAh/g以上，單體能量密度達300wh/kg以上。應用：硅氧路線因膨脹更低應用：硅氧路線因膨脹更低+ +循環性能優異，在動力領域應用更為主流循環性能優異，在動力領域應用更為主流負極負極原材料原材料理論克容量（理論克容量（mAhmAh/g/g）體積膨脹體積膨脹循環壽命循環壽命首次效率（首次效率（% %）石墨負極天然鱗片石墨、瀝青焦、石油焦、針狀焦37212%高90%以上硅碳負極納米硅（150nm以下）+基體材料4200300%低兩者之間硅氧負極SiO+基體材料1800118%中

49、70%以下表：不同材料負極對比表：不同材料負極對比22資料來源：貝特瑞公開發行說明書、天風證券研究所前文提到硅負極的應用一般是和人造石墨復合（稱作硅基負極），故可將生產工序分為：1 1）前端工序：前端工序：硅材料處理。2 2）后端工序：）后端工序：和人造石墨復合，我們認為難點是在前端工序。 硅基負極分為硅碳和硅氧兩條路線，硅碳的核心是制備納米硅，硅氧的核心是制備氧化亞硅。硅基負極分為硅碳和硅氧兩條路線，硅碳的核心是制備納米硅，硅氧的核心是制備氧化亞硅。 硅碳負極：硅碳負極：納米硅制備核心是研磨，此處一般耗能較大。 硅氧負極：硅氧負極：氧化亞硅可直接外購，也可通過購買硅粉和二氧化硅自行制備，但直

50、接購買的氧化亞圭也無法直接和人造石墨復合制備硅氧負極，需進行處理。 從制備方式上看，硅負極生產可分成機械球磨法、化學氣相沉積法、高溫熱解法、溶膠凝膠法，我們認為機械球磨和化學氣相沉積法在工業化量產中更為主流。生產工序生產工序：核心難點在前端工序，即硅材料的處理，硅碳核心是研磨，硅氧核心是改性：核心難點在前端工序，即硅材料的處理，硅碳核心是研磨，硅氧核心是改性制備方式制備方式技術特點技術特點機械球磨法機械球磨法制備的復合材料顆粒粒度小、各組分分布均勻，而且機械球磨法制備硅/碳復合材料具有工藝簡單、成本低、效率高，工藝簡單、成本低、效率高，適合工業生產適合工業生產；但是該法是兩種反應物質在機械力的