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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：…
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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