【新能源新材料塑造产业新优势】
  近日,我国首批燃料电池汽车示范城市群发布,山东东岳集团成为唯一进入京津冀、上海、广东三个城市群的合作企业。这是山东抢抓氢能高质量发展的黄金窗口期,精心谋划、布局长远,持续发力新能源新材料产业的一个缩影。
  新能源新材料是基础性、先导性产业,其创新发展深刻影响着诸多相关产业。
  山东发挥工业大省、制造业大省传统产业体量大、基础好、产业集群丰富的基础优势,奋力攻坚新能源新材料产业高峰,碳纤维、特种尼龙、特高压绝缘材料、先进陶瓷等一批难题获得突破,核电示范工程、海上风电、光风储一体化等新能源项目落地开花。新技术化身新动能,厚积成势,释放出发展的活力,也衍生着更多的发展动能。
  山东省工业和信息化厅新材料产业处处长、新材料专班办公室主任魏斌介绍,近年来,山东全面实施重点产业链“链长制”,持续推动产学研协同创新、特色集群培育、重点项目策划、高端平台建设、尖端人才引进等工作,重点产业链供应链稳定性和竞争力进一步增强,一批行业龙头企业创新引领势头强劲。今年上半年,全省规模以上新能源新材料产业实现营业收入6881.3亿元,同比增长48.5%,高于全省规模以上工业近20个百分点,新能源新材料产业正塑造山东新的经济增长极。
世界四代核电首堆正式“带核运行”——
创新创造迈向行业高端
  8月21日,我国具有完全自主知识产权的国家科技重大专项——华能山东石岛湾高温气冷堆核电站示范工程首批核燃料成功装入1号反应堆,标志着世界四代核电首堆正式进入“带核运行”状态,为今年并网发电奠定坚实基础。
  “高温气冷堆核电机组具备固有安全性,在突发断电时,自然散热就能导出堆芯余热,避免堆芯融化,无需采取其他应急措施,属于‘买不来、要不来、讨不来’的关键核心技术,是示范项目最重要创新成果之一。”华能山东石岛湾核电示范项目负责人介绍。
  新材料是先进制造业的基础和保障,同样也是高新技术竞争的关键领域。做渔具起家的碳纤维生产企业光威集团,早在2002年就遇到了“生与死”考验。碳纤维是由碳元素组成的一种高性能合成纤维,被誉为材料界的“黑色黄金”。“由于技术含量高和在高端工业领域的战略意义,国外长期对我国实行严格的产品、技术、装备‘三封锁’。”光威复合材料股份有限公司总经理王文义介绍。凭着一股韧劲,光威终于越过了这座高山,实现了碳纤维工程化,形成了具有自主知识产权的技术体系,改变了世界碳纤维产业格局,使我国成为世界少数掌握碳纤维产业化技术的国家。
  东岳集团深耕全氟质子交换膜领域近二十年,连续实现氯碱离子膜、燃料电池质子膜领域关键技术创新,具备了“两张膜”生产的自主研发产业化技术,是国内首个突破两大关键领域瓶颈的企业。今年上半年氯碱离子膜实现对多家客户的充足供应,燃料电池质子膜已经与50家氢燃料电池汽车及其配套企业签订合作意向。
  “历经十余年自主攻关创新,东岳彻底实现了量产技术突破,具备全部自主知识产权和最完备的全国产化产业基础,成为国内唯一量产质子交换膜达到全球先进水平的企业。”含氟功能膜材料国家重点实验室主任、东岳集团首席科学家张永明说,“我们正筹建第二条质子膜生产线,尽快建成全球最大的质子膜生产基地。”
  新材料领域的创新,可以带来产业格局变化。汇聚众智形成系列性创新,释放出的能量更是超乎想象。近年来,山东搭建起国家级稀土催化研究院等一批高能级创新平台,向重点新材料企业推送了300多个高校研究成果,发布了50余项新材料重大关键技术“揭榜挂帅”项目;设立新旧动能转换新材料基金11只,投资新材料项目110个,基金投资122.8亿元,带动社会资本投融资645.4亿元。在平台、资金、人才等全方位支持下,曾经制约新能源新材料发展的一项项“卡脖子”技术被突破,产业发展迎来新风口。
  领军企业争做创新先锋,中小企业的创新意识和创新能力也在加速提升,新的产业生态正在形成。山东彩山铝业有限公司用自主研发的铝制仿古构件来替代木质古建构件,这种铝制仿古构件具有防火、轻便、不褪色的特性,开辟了新的成长空间。彩山铝业接连荣获国家专精特新“小巨人”企业、山东省“瞪羚企业”、山东省制造业“单项冠军”等荣誉。“把核心技术掌握在手中,这样我们闯市场更有信心!”公司董事长陈强说。
9个“雁阵形”产业集群15个领军企业——
链聚成群释放产业新动能
  8月9日,科技部火炬中心发布《关于开展2021年度创新型产业集群试点(培育)的通知》,将43个产业集群纳入创新型产业集群试点(培育),枣庄锂电创新型产业集群入选。
  “我们拥有授权发明专利118项,发明专利获英、法、德、美、韩、加拿大、澳大利亚7个国家授权,在国内同行业中处于前列,一多半的产品出口到欧美市场。”山东精工电子科技有限公司常务副总经理王勇说,公司经过十几年持续不断的创新,产值增长了几十倍。
  当前,枣庄已经拥有重点锂电企业12家,形成了相对完整的产业链。根据锂电产业发展的现状,该市谋划了“1+3”的布局:“一基地”,枣庄高新区布局锂电产业龙头企业聚集的枣庄锂电产业基地;“三区”,滕州市、薛城区、台儿庄区作为锂电池配套产业区。今年上半年,枣庄市锂电产业增加值增长39.5%,实现营业收入约10亿元。
  新兴产业集群具有的高度技术性、高度互动性、互惠共生性、协同大于竞争等特点,能够强力拉动新兴产业发展。协同发展产业链和创新链,培育特色新兴产业集群,将有力带动区域经济发展转型。
  近年来,山东突出新兴产业的先导性、支柱性,提升产业集群持续创新发展能力和竞争力,新材料领域一批“雁阵形”产业集群和领军企业培育壮大,先后认定培育了烟台新材料产业集群、淄博氟硅新材料产业集群、日照先进钢铁材料产业集群等9个“雁阵形”产业集群和山东国瓷、威海光威、济南圣泉等15个集群领军企业。其中,滨州高端铝材、日照先进钢铁材料集群营业收入过千亿元,烟台先进结构材料、淄博新型功能材料集群入选首批国家战略性新兴产业集群,万华化学、南山铝业等一批行业领军企业加速成长为国际型企业。
  与此同时,新能源业态不断丰富,布局日趋完善。
  8月28日凌晨1时28分,随着海上升压站上部组块与导管架基础严密接合,华能山东半岛南4号海上风电升压站顺利完成吊装。“当前山东已按下海上风电建设‘加速键’,即将实现海上风电‘零突破’。”山东省能源局新能源和可再生能源处负责人介绍。
  9月5日,三峡新能源山东分公司副总经理艾青向记者介绍,该公司投资的庆云储能电站示范项目年底即可投用。“这个项目单次充电可储存高达20万千瓦时,将全面提升电网‘移峰填谷’调节能力,推动庆云实现‘24小时绿电供应’,创建山东首个县级‘纯绿色电网’。”截至目前,全省已建成投运总装机规模119兆瓦/238兆瓦时的19个电化学储能项目,新型储能示范项目建设全面铺开、强力推进。
  新能源不断赋能,山东能源结构绿色转型成效显著。截至今年6月底,全省可再生能源装机达到4903.9万千瓦,同比增长35.4%,占电力总装机的30.2%。山东将继续聚焦“双碳”目标任务,加快实施可再生能源替代行动,力争“十四五”期间,全省可再生能源发电装机达到9000万千瓦左右,让全省能源结构透出更多绿意、释放更多新动能。
从熔喷料到口罩的一小步带来发展一大步——
跨界整合融合衍生发展新机
  对于新能源新材料企业来说,掌握核心技术才是关键,才有可能在细分领域做到“领头羊”。而成为“领头羊”之后,更进一步的发展往何处去?山东省宏观经济研究院战略规划所所长刘德军认为,新能源新材料有广大的应用场景,企业通过加强研发达到技术领先之后,可以考虑在产业链上做文章,以提高技术利用率。
  去年疫情期间,道恩集团的生产供应实现了从口罩布聚丙烯熔喷专用料到熔喷无纺布,再到口罩的产业链延伸。同时,成功破解熔喷布静电容易衰减和不耐老化的难题,配合改良口罩生产工艺,最终顺利研发出可重复利用口罩,成为抗击疫情的重要力量。
  之所以能快速转型,主要得益于道恩在熔喷料生产方面的技术优势。从熔喷料到口罩,道恩完成的这一小步“跨界”,却带来了意想不到的一大步发展。
  “这次转型更让我们看到了延长产业链的可行性,从而布局更多下游产品。”道恩斯维特公司总经理慎张飞介绍,道恩集团总投资10亿元,建设道恩斯维特(龙口)高端非织造生产基地,主要从事并列双组份无纺布的研发、生产及销售。项目全部建成达产后,可形成无纺布10万吨/年的生产规模,年可实现销售收入20亿元,利税3.9亿元。
  9月4日,光威复材顺利向客户发送风电叶片碳梁20万米。工作人员向记者介绍,光威复材从2014年开展风电叶片碳梁研发工作,2020年已形成7.18亿元的销售规模。
  风电叶片长度超过40米时,碳纤维复材的应用,可提高叶片刚度,减轻叶片重量,提高叶片抗疲劳性能,并使风机的输出功率更平滑均衡,提高风能利用效率。当前,随着能源结构转型和“碳达峰、碳中和”目标任务的推进,风电等新能源加快布局,光威凭借碳纤维,在这一发展大势中再次占据了一席之地。
  “新材料企业需要有坐观全局的发展眼光。”光威复材董事长卢钊钧认为,企业要勇于“跳出院墙”,这一过程虽短期内承受阵痛,但长期看却会换来丰厚回报。
  在光威的产业链条中,精密机械就属于卢钊钧提到的“跳出院墙”板块。装备是“卡脖子”的重要环节之一,做装备投资大、利润低、研发周期长,但卢钊钧认为,要长期培植一个产业,增加国际话语权,必须要有自己生产设备的能力。光威的这一板块跳出了碳纤维及复合材料制品这一产业框架,开发研制了纤维缠绕设备、铺丝铺带设备等导管复合材料成型工艺和制造设备,为攻关一系列“卡脖子”产品奠定了基础。
  除了上下游产品的延伸,新能源新材料与其他诸多行业的跨界融合正成为趋势,成为推进各个行业迈向高端的内生动力。水发能源集团日前正式进军5G基站分布式能源领域,董事长兼总经理郑清涛表示:“在5G基站上搭建分布式能源,降低5G基站运维成本的同时,也可以开辟5G基站分布式能源这种新的业态。”
  聚焦碳纤维、特种尼龙、特高压绝缘材料、先进陶瓷等8个重点产业链,山东深度解剖梳理,精准绘制产业链图谱,形成了科研院所清单、专家智库人才需求清单等系列清单,编制了产业链优化提升方案。同时瞄准产业发展布局空白、链条断点和薄弱环节,牢牢把项目建设抓在手里。2021年上半年,122个省级新材料重点项目开工106个,开工率达88.33%;实现投资额228亿元,计划完成率达75.60%;10个支撑性项目开工8个,实现投资额49亿元,计划完成率达81%。

【合肥五年看点】瞄准千亿产业,合肥新站高新区深耕芯屏“主战场”
本报记者 张晓梅 / 吴明 张骅

9月7日,维信诺合肥公司讲解员蔡巍巍将“合肥五年看点”集中采访记者带入到一个魔幻的世界,各种大小不一,色彩各异,有的薄如纸,有的柔似布的显示屏在让记者们大饱眼福的同时,也真正见识了我国显示技术的高深。类似这样的企业正在合肥新站高新技术产业开发区(简称合肥新站高新区)形成集聚之势。正如合肥新站高新区经贸局局长曾艳所表述的那样,合肥新站高新区瞄准千亿产业,深耕芯屏“主战场”。

新型显示产业集聚,综合实力登顶全国
合肥新站高新区产业结构持续优化升级,三次产业结构由0.5:81.8:17.7调整为0.2:59.0 :40.8。主导产业加速集聚,战略性新兴产业产值年均增长16.2%,截至2021年上半年,战新产业约占规上工业比重的88%。
面板产线规模国内领先,建成三条TFT-LCD高世代液晶面板生产线、一条硅基OLED显示器件生产线、一条6代AMOLED全柔面板线,各类面板年出货量约占全国的1/7;集成电路初步形成了以晶合集成、奕斯伟、新汇成、捷达微电子等为核心的产业内部微循环,协同发展特色显著。2019年合肥新型显示器件产业集群入选第一批国家战略性新兴产业集群,新站高新区新型显示产业以产业分类排名第一的成绩跻身国家级。2020年,在全国新型显示十大园区中排名第二。
现代显示产业较有代表的维信诺合肥公司,项目总投资440亿元,项目达产后将实现年产各类屏体2800万片(综合计算),这些屏体会应用于智能手机、智能穿戴、车载、笔记本电脑等领域。
该产线可面向高端市场和客户提供高端产品定制化服务,针对未来高性能柔性产品进行了量产前瞻技术布局,整体产线技术规划水平全球领先。同时,随着市场对屏下摄像、折叠屏、屏下指纹等创新趋势的追求,以及5G商用推进和AI等新技术的发展,将为OLED面板引爆新商机。
维信诺合肥公司总经理助理孙海涛在接受采访时说,本项目是维信诺在全国布局的第三条AMOLED生产线,也是在全国总投资规模最大的一条维信诺生产线,该项目的整体产线技术规划水平方面是全球领先的,定位“全柔高定”(针对柔性AMOLED的技术发展趋势和潜在市场需求,在技术、产品、商业模式等方面持续创新,为高端客户的前沿产品打造特殊工艺路线,提供高端定制化服务。)该生产线可实现柔性产品的更高性能,在超级全面屏、高端折叠、低功耗、高解析度等产品方向上进行前瞻技术布局;可兼容生产中、小尺寸柔性屏体,产品体系更加成熟和多元化。

城市建设快速拓展,硬件支撑作用加快显现
五年来,合肥新站高新区新开工建筑面积3661万平方米,位居全市前列。建成道路48条、总里程70.4公里,城市建成区面积增至60平方公里。城市建设快速拓展,硬件支撑作用加快显现。
“六横六纵”区域路网建成贯通,“轨道交通+主干道+支线道路”的路网新格局逐步形成。铜陵北路高架(北二环—天水路)、文忠路下穿少荃湖隧道、淮海大道、东方大道、魏武路、九顶山路、大众路等一批枢纽工程建成通车,地铁3号线已通车,1号线三期、4号线正在加快建设。市政公用事业全面发展,水、电、气、热、通信等保障能力显著提升。
淮海大道(文忠路—祥和路)道排附属及综合管廊工程位于合肥新站高新区,起点文忠路,终点祥和路,全长5295m,总工期24个月,2020年7月正式开工建设,合同总造价12.96亿。主要施工内容包括道排、桥梁、综合管廊、交通土建、照明、电力(土建)等多个系统,体量大,工期紧,紧邻地铁3号线施工,局部上跨和下穿其结构,安全风险高,各类管线迁改交错复杂。
据项目负责人介绍,自5月22日合肥新站高新区召开“大干150天,打通30条道路”誓师大会以来,项目积极响应大会号召,组织开展了“大干150天,确保年底通车”劳动竞赛活动。制定“年底保通车专项方案”,针对剩余工程量,梳理棘手问题(如综合管廊、道排、桥梁存在交叉施工等),并通过强化项目施工生产组织,优化现场资源配置,细化关键工点和工序施工组织安排,对人员、材料、机械设备的进场进行部署和优化,确保节点工期完成。
7月3日凌晨1点,项目施工的祥和路跨线桥第二联南幅连续梁顶板浇筑顺利完成,标志着合肥淮海大道祥和路跨线桥主体结构全部完工,为淮海大道年底通车奠定了坚实基础。
为保障新九中九月开学交通顺畅,项目围绕9月1日之前完成淮海大道(大众路-相城路段)南幅道排以及附属施工施工节点,在确保工程安全质量前提下,增加2家施工班组,增加8台施工机械,早晚各增加2小时施工作业时间,坚持小雨快干,雨停大干,实行每日总工带班平推制,将原本3个月工期压缩到2个月。目前已顺利完成该路段通车任务。

改善民生福祉,营宜居宜业良好环境
社会民生明显改善。合肥新站高新区累计民生投入183.66亿元,年增速12.82%,实施省、市、区民生工程110余项。完成征迁面积297.36万平方米,累计交付回迁安置小区14个、回迁安置房34871套,大幅改善了群众居住条件和居住环境。建设公租房项目17个、20352套,中低收入家庭和新市民近5万人受惠。
自第十一次党代会以来至今,教育事业累计投资25亿元,新建、改扩建幼儿园49所、中小学18所。充分发挥7个区级教育集团的龙头作用,全面推行义务教育均衡发展。高教基地高校、中职学校、技工学校28所,在校学生近17万人,初步构建起覆盖中职、高职、应用型本科高校为一体的现代职业教育体系。安医大四附院、合肥京东方医院等相继开诊,成功引进了市属老年护理院、口腔和骨科医院及合肥市中心血站项目。
为了实现棚改安置房“又好又快”建设,让社区征迁户早日回迁,新站高新区根据《合肥市安置房开发建设管理办法》,引进安置房开发建设品牌单位,由企业采用房地产商业开发模式建设,待交付验收后由区管委会回购。
磨店家园二期C地块住宅产业化项目就是代建回购建设模式。该项目于2020年10月15日全面开工建设,目前项目已完成预售备案,地上主体结构已施工至6层-8层,计划2023年1月3日竣工备案完成,项目交付标准为公共部位部分精装,户内毛坯。
2021年是合肥新站史上新建学校多、新增学位最多的一年,全区总投资13亿元,新建或改扩建教育项目13个,今年秋季交付使用的幼儿园2所、中小学7所,新增义务阶段学位数11190个。目前全区共有7个区属教育集团,均采取“一长多校”的“名校+”办学模式,学校60%教师为原集团本部骨干教师,市区级以上骨干教师或高级教师达到20%。截至目前全区共有公办中小学28所,教职工2000余名,公办在校中小学生3.2万人。
合肥市竹溪小学教育集团梦溪路校区以“办社会满意、家长放心的教育”为己任,秉承“培养坚韧有节、灵动儒雅、富有书香气息的未来人”的办学理念,让竹溪教育之花在新站落地生根。
合肥市竹溪小学梦溪路校区坐落在高教基地,毗邻学林公园,周边高校林立,教育资源丰富。学校紧邻区域内“六纵八横”中的学林路,位于梦溪路与学林路交叉口东北角,占地约28400平方米,总建筑面积约17950平方米,总投资约5000万元,办学规模36个班,可容纳学生1600余人。学校项目工程建设计划于2021年8月份完工,9月份正式开学。

新站高新区将继续坚持教育优先发展,不断加大教育投入,深化教育管理改革,优化整体办学品质、提升教学教研质量、打造新站教育特色品牌,让每个孩子在家门口“好上学”“上好学”,全面提升辖区居民的幸福感、获得感。

编后:合肥新站高新区综合经济实力大幅跃升,规上工业增加值增速连续多年位居合肥第一。“十三五”期间,全区地区生产总值年均增长9.8%,规模以上工业增加值年均增长14.3%,连续多年位居全市第一。财政收入年均增长17.44%,全社会固定资产投资累计完成约2500亿元,其中,工业投资占比达57%。社会消费品零售总额年增长9.6%。2021年上半年,新开工项目27个,开工率达90%。“十四五”期间,合肥新站高新区将加快构建新发展格局,全面对标国家高新区发展要求,全力推动新站经济社会高质量发展,向“千亿产业园区” 的目标奋力迈进!

锂电池负极行业研究:未来行业格局如何演变?

1 行业格局:过去复盘和未来预判

1.1 为什么负极行业格局分散?

负极格局分散系技术路线、产品定位、客户分层所致,结果体现系价格分层

从技术路径来看,璞泰来、中科、尚太主攻人造石墨,翔丰华和贝特瑞多为 天然石墨。

从价格带来看,璞泰来、贝特瑞偏高端,中科电气、翔丰华、尚太偏中低端。

从客户带来看,贝特瑞客户主要系海外高端动力、璞泰来主要系高端消费电 子和海外高端动力,中科电气系海外二线动力和国内一线动力,尚太、凯金 等主要依托宁德的增长。

技术路线:负极分为天然和人造石墨,人造石墨是目前主流

电池性能主要看能量密度、使用寿命、充放电速度、稳定性和一致 性。对负极来说,材料比容量决定理论能量密度上限,首次效率影 响实际能量密度,压实密度影响体积能量密度,循环次数影响电池 寿命,倍率性能影响充放电速度,高低温性能影响电池在极端情况 下的稳定性。

人造石墨各项性能更为均衡,是目前负极主流。人造石墨比容量和 天然石墨已经比较接近且循环、倍率、高温性能更优,在下游应用 更广泛,2020年国内人造石墨出货在负极占比达84%,较17年提升 16pct。

天然石墨:贝特瑞占据中高端市场、翔丰华占据中低端市场,均价相差约1.4万元/吨

天然石墨赛道主要玩家为贝特瑞、翔丰华,从产品性能和 销售均价看,贝特瑞所在市场较翔丰华高端:

从性能指标看,贝特瑞天然石墨负极产品在中粒径、首次 容量、压实密度更优。而中粒径、首次容量、压实密度越 大越有利于提升电池能量密度。

从销售均价看,2019年贝特瑞天然石墨负极产品均价较翔 丰华高1.4万元/吨。

1.2 未来行业格局如何?

演变1-相互渗透:动力和储能接棒消费电子,成为各家必争之地

消费电子市场增速放缓,但高端市场仍盈利好。2020年消费电池出货75GWh,未来几年增速预计保持个位数增长,增速慢但盈利状 况较好,如在消费电子市场占据绝对份额的璞泰来2017年产品单价在6.2万元/吨,单吨盈利1.6万元,而同期主营动力市场的凯金能 源单价3.5万元,单吨盈利0.45万元。

动力和储能接棒消费电子,成为各家必争之地。动力和储能市场属于新新市场,未来几年都处于高增状态,从现在到2025年增速均保 持在40%以上。

演变2-加速洗牌:预计未来负极竞争态势优于电解液,次于隔膜

行业洗牌的过程常常伴随扩产-价格战-龙头走出(市占率提升),负极正处于第一阶段扩产,电解液和隔膜已走出龙头。

电解液价格战下,全行业盈利普遍大幅下滑。17-18年电解液行业发生了激烈的价格战,6F价格从17年初35万元/吨一路下跌至18 年4月的15万/吨,同期电解液从7.5~8.5万元/吨下降至4~5.5万元/吨,近乎腰斩。价格战下18H1头部企业的天赐、新宙邦毛利率下 滑至21%、27%,同比下滑22pct、7pct。

隔膜价格战下,头部企业恩捷仍保持高毛利。隔膜行业也是在17-18年发生价格战,以恩捷为例,18年隔膜单价元/平,同比下滑 32%,而恩捷毛利率仍然保持在60%,单平净利润1.4元/平。

演变3-真正的龙头:我们认为未来负极龙头是技术+成本均领先的全能型选手

此前负极市场比较割裂,一方面有天然/人造之分,另一方面又有高中低之分。一般而言消费电子市场用户价格敏感性低且电池成本占 比小,产品偏高端,动力市场用户敏感性高且电池成本占比高,产品偏低端。

割裂的态势正在被打破,消费电子盈利好但增速放缓,此市场龙头为谋求新的利润增长点,动力市场是必争之地,典型如璞泰来。动 力市场并非就是低端市场的代名词,其也有高端市场并且高端产品占比在提升,这从高镍在三元的占比可以看出。

此外,人造石墨负极也不是负极技术迭代的终点,未来发展方向在硅基负极。 因此,未来的负极行业绝对龙头需具备全方位的优势:1)高端市场更看技术竞争,负极厂需保持领先的技术迭代能力;2)中低端市 场更看重成本竞争,成本竞争依赖一体化+工艺know-how降本。

2 增效-技术渐进式迭代=天然石墨→人造石墨→硅基负极

硅基负极是负极发展方向,暂未大规模商用系导电性差+体积膨胀严重

硅理论克容量有绝对优势,是未来负极材料的发展方向。石墨材料的理论克容量上限372mAh/g,目前高端产品已经达到360- 365mAh/g,接近理论容量上限。因此需要更高能量密度的新材料来应对需求。硅最能够满足更高能量密度的需求(理论克容量为 4200mAh/g),是市场公认的下一代负极。

但导电性差、体积膨胀等问题制约了硅材料在负极上的商业化应用:

硅材料属于半导体材料,电子导电性和离子导电性差,不利于材料电化学性能的发挥。

硅嵌/脱锂过程中伴随着巨大的体积变化,从而影响循环寿命。Si材料在与Li进行合金化的过程中体积膨胀可达300%以上(石墨材 料在12%),容易导致颗粒的粉化和破碎、SEI膜的破坏,从而严重影响锂离子电池的循环寿命。

硅易与其他物质发生反应,造成能量快速衰减。锂盐 LiPF6分解产生的 HF 会与 Si 反应,Si 负极与电解液的界面不稳定,Si 负极 材料表面形成的固体电解质膜(SEI 膜)不能适应 Si 负极材料在脱嵌锂过程中的巨大体积变化而破裂],使Si 表面暴露在电解液中, 导致固体电解质膜持续生成、活性锂不断消耗,最终造成容量损失。

硅基负极的劣势可通过纳米化、氧化亚硅和碳包覆三种方式改进

硅单质能量密度高但体积膨胀大导致循环、倍率性能差,故难以实现产业化,一般采用以下方式改性:

纳米化:硅纳米化后可明显缩小体积,提高循环性能,但纳米粒子合成工艺复杂,粒径大小和形貌不易控制。

与石墨复合:碳材料的体积变化较小、循环性能良好,硅材料体积膨胀大、循环性能差而比容量最大,将两种材料复合可得到具有 高容量、体积变化较小、循环性能较好的硅碳复合材料。根据硅颗粒在碳颗粒中的分布形式不同,复合材料可分为包覆型、嵌入型 和分子接触型。

采用氧化亚硅:硅氧材料较硅单质有效缓解了体积膨胀,提升了循环性能,但降低了首次效率。SiOx材料在嵌锂过程中的体积膨胀 仅为118%左右(硅单质在300%),从而极大的提升了Si基材料的循环寿命,然而SiO材料独特的反应机理使得Li在首次嵌入到材 料的过程中会生成没有电化学活性的Li4SiO4材料,导致SiOx材料的首次效率远远低于石墨和硅碳材料。

3 降本-纵向一体化&工艺know-how

3.1 纵向一体化

视角1-生产工序:人造石墨负极核心工序在造粒和石墨化,是体现know-how的关键

人造石墨负极生产工序包括破碎、造粒、石墨化、炭化(可选)、筛分:

破碎:将石墨原料和沥青按不同比例混合,并放入空气流中进行磨粉,将5-10mm粒径的磨至5-10微米。

造粒:造粒是负极生产核心环节,具体分为热解和球磨:1)热解是指在反应釜中,按照温度曲线进行电加热,于200~300℃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;2)球磨是指将热解后的物料在球磨机进行 机械球磨,10-20mm 物料磨制成6-10μm 粒径的物料。

石墨化:在石墨化炉中对炭材料进行2000度以上的高温热处理。

核心在造粒和石墨化,炭化一般适用于对快充有需求的产品。

造粒:石墨颗粒的大小、分布和形貌影响着负极多个性能指标。颗粒越小,倍率性能和循环寿命越好,但首次效率和压实密度越差, 反之亦然,生产核心在于合理的粒度分布。

石墨化:核心在于装料方式、通电曲线的控制(升温和降温)。

视角2—成本结构:石墨化和焦类占比较大

从人造石墨负极成本构成看,占比最大的是石墨化(42%),其 次是焦类(14%)。 早年行业体量较小,负极企业产能不足,将石墨化和部分粉碎、 造粒工序外协,又粗形成了加工费,加工费合计占比在50%左右。

3.2 工艺know-how

石墨化的持续降本:

1)电费在成本占比达60%,低电价区域扩建石墨化产线,抢占稀缺资源。

石墨化是传统炭素行业的一种高耗能的成熟工艺,电费成本占比在60%,电价对石墨化成本影响显著。如璞泰来的山东兴丰2020年 Q1石墨化成本为1.13万元/吨(电价在0.6元/度),而内蒙兴丰为0.78万元/吨(电价在0.3元/度)。

低电价区域属于稀缺资源,政策上对高耗能项目的审批趋严,早期进行扩产的企业有先发优势。如内蒙发改委今年1月指出:在未来 要实行更加严格的高耗能项目节能审查政策(石墨化是典型的高耗能项目) ,并进一步提出不再审批铁合金、电石、PVC、水泥熟 料、石墨电极材料、兰炭等项目。

2)装炉方式分为坩埚和箱体,具体选用体现know-how

厢式炉工艺单位能耗较坩埚大幅降低,理论上成本更低,但具体生产中哪种成本更低体现各家know-how。厢式炉单炉较坩埚炉有 效容积成倍增加,而总耗电量仅增加约10%,产品单位耗电量降低40%-50%左右。厢式炉理论上成本更低,但受热均匀性低于坩 埚,因此对石墨化工艺掌握程度及技术优化水平要求较高,厢板拼接过程精度较高,装料吸料操作难度加大,加热过程需更加精确 地控制送电曲线及温度测量,控制不好材料容易出现受热不均。

4 重点企业分析

4.1 璞泰来:一体化产能释放带来生产效率的提升,实现降本,动力市场拓份额

公司17-18年布局石墨化,19年布局针状焦,自建炭化产线,21年全工序一体化在四川开花结果。一体化优势来自于以下两点:

延长产业链利润链条。工序上,我们预计公司石墨化盈利约在0.3万元/吨,其他工序在0.1万元。原材料上,我们判断公司以前 多用熟焦,现多用生焦自行加工成熟焦(熟焦和生焦的差价约在5000元/吨)。

提高生产效率。一体化前,我们认为公司负极制备流程是江西(前端工序)-内蒙(石墨化)-溧阳(炭化)-四川(中欧班列), 一体化后预计运输费用可节省0.1万元/吨。

公司在石墨化和焦类的know-how的积累如下:

石墨化:公司同时拥有坩埚炉和箱体炉装炉工艺,可根据产品需求选择其一。公司20年对部分炉子进行技改,但并未针对所有产 线,山东兴丰36个窑炉27个改为厢式炉工艺,内蒙56个窑炉28个改为厢式炉工艺,以便公司后续针对不同产品采用不同的装炉 工艺。

针状焦:公司四大核心技术之一便是“原材料甄选技术”。在丰富的材料实验数据和电池的性能数据的积累下,形成以针状焦为 主、普通石油焦为辅、沥青焦补充的原材料甄选原则。

4.2 中国宝安-贝特瑞:负极看好石墨化新技术+硅基负极

看好贝特瑞负极领域技术持续迭代:

石墨化:公司成功引进石墨化新技术,技术降本初见成效。我们推测公司石墨化新技术为连续式石墨化,理论电耗仅为间歇式 炉的13-16%,考虑到运行周期较长,我们预计连续式石墨化熟练产业化后,石墨化成本可降为目前间歇式艾奇逊炉的一半。

硅基负极:公司同时拥有硅氧、硅碳两种技术路线,现有产能3000吨。硅基负极尚处于发展初期,预计可为公司带来高毛利。

报告节选:…


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