璞泰来 锂电池负极行业专题报告:壁垒高格局好,中国龙头全球领先 投机岛

发布时间:2020-04-02 13:01:58   来源:网络 关键词:璞泰来
锂电池负极行业专题报告:壁垒高格局好,中国龙头全球领先
原文标题:锂电池负极行业专题报告:壁垒高格局好,中国龙头全球领先
原文发布时间:2020-01-12 20:09:00
原文作者:未来智库。
璞泰来 投机岛。

(获取报告请登陆未来智库www.vzkoo.com)

1、 产品类型差异化明显,人造石墨为主流

负极是锂离子电池重要的材料,是嵌入嵌出的重要载体,至关重要。锂离子电池作为一种充电电池,主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中,Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌。当对电池进行充电时,电池的正极上有锂离子生成,生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构,它有很多微孔,达到负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中,嵌入的锂离子越多,充电容量越高。同样当对电池进行放电时,嵌在负极碳层中的锂离子脱出,又运动回正极。回正极的锂离子越多,放电量越高。

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负极材料成本占比变化不大,占电池成本的 6-8%。负极材料、正极材料、电解液和隔膜是锂离子电池四大主要原材料。随着锂离子电池技术提高,对负极材料的要求也越来越高。负极材料对锂离子动力电池的能量密度,循环性能,充放电倍率,低温放电性能具有较大的影响。通过拆分目前主流三元电池和铁锂电池成本,我们发现负极材料价值量占电芯价值量的 6%-8%之间。

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1.1、 产品种类繁多,价格差异明显

负极材料主要分为碳材料和非碳材料两类,目前以碳材料为主。其中市场应用程度比较高的是碳材料中的石墨类负极材料,人造石墨和天然石墨占据较大份额。同时各大负极龙头企业也在积极布局未来新型负极材料,硅基负极材料是目前看来最有可能在未来大规模应用的新型负极材料之一。

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负极材料种类繁多,按照下游应用分类主要分为消费类、动力电池类以及储能类,每一类产品又有不同型号的负极材料。以璞泰来产品为例,每个类型下面都至少有5-6 个不同型号的产品满足不同客户需求。

按照原材料质量高低划分,负极材料可以分为低端产品,中端产品,高端产品。人造石墨产品由于性能总体好于天然石墨产品,因此其不同层次产品的价格均高于天然石墨产品。但无论是天然石墨产品还是人造石墨产品,每个层次的价差都十分明显,高端产品价格几乎是低端产品价格的 3-4 倍。从产品的应用来看,高端产品主要应用于高端消费电子和动力电池。中低端产品主要应用于一般消费电子。

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1.2、 材料类型繁多,人工石墨为主流

1.2.1、 人工石墨性能优异,新型负极材料仍在摸索

人造石墨相较天然石墨性能更有优势,价格差距不明显。目前负极材料主要以使用天然石墨、人造石墨、中间相碳微球和硅碳等复合材料为主。我们将这四类负极材料通过 6 个性能指标和销售价格标进行对比。从价格上来看,天然石墨与人工石墨的价格范围分别在平均每吨 2-7 万之间和 2-8 万之间,价差并不明显,相比其他负极材料单吨超过十万元,目前天然石墨和人工石墨经济效益更好,是控制成本最好的选择。随着人们对电动汽车性能和安全性要求越来越高,车企对电池的循环寿命、容量密度能量密度和快充时间要求也在提升。负极材料对于高能量密度、循环性能、充放电倍率方面起到重要作用。从性能指标上看,人工石墨和天然石墨的比容量理论值在 370mAh/g 左右,但是人工石墨的循环寿命大概在 1500 次,相比其他负极材料有明显的优势。其次,在倍率性能和安全性上,天然石墨由于与电解液反应时,相容性较差,在进行粉碎时表面存在诸多缺陷,导致对其充电或放电的性能产生较大不利影响。高膨胀、较差的快速充放电能力、较短的循环寿命使天然石墨不适用于一些高端的应用场景。而人造石墨由于经过了高温石墨化后,表面质地更加光滑,结构更加稳定,性能更好于天然石墨。

硅碳负极材料已用于特斯拉锂电池,但新型负极复合材料大面积应用仍需时间。随着高能量动力电池发展的需求,寻找高比容量、高安全性、低成本的负极材料代替碳材料是未来锂电池负极材料发展的必然趋势。而以硅碳复合材料为首的复合负极材料最大的优势在于可以提高电池的比容量,目前动力电池比容量已经可以达到了365mAh/g,已经趋近于人造石墨理论最大比容量 370mAh/g,未来通过使用人工石墨提高锂离子电池比容量的空间较小,而硅碳复合材料理论上最大的比容量可以高达950mAh/g。目前硅基负极材料应用主要应用于圆柱数码、少量用于软包数码及圆柱动力。特斯拉 Model 3 动力电池中负极材料已经开始应用硅碳负极材料,该产品主要在传统石墨负极材料中加入 10%的硅基材料,使得负极材料克容量达到 550mAh/g 以上,电池能量密度达到 300Wh/kg。

尽管硅碳复合材料的优势十分显著,但是仍存在以下问题阻碍硅碳复合材料产业化的因素:1)循环性能和库伦效率有待提高; 2)电极膨胀率较高; 3)价格过高。目前以硅碳复合负极材料循环寿命在 300-500 次左右,远低于人工石墨的 1500 次,同时目前单吨售价均在 11-12 万元,过高的价格无法满足锂电池降本的需求。并且硅基负极材料在嵌/脱锂过程中会发生严重的体积变化,由于体积变化引起的电极粉化、剥落等问题导致电池性能急剧下降,循环稳定性差。在首次充电过程中,电极材料与电解液发生反应,会形成一层覆盖于电极材料的 SEI 膜,由于形成的 SEI 膜不稳定,容易脱落造成库伦效率较低。

硅氧复合负极材料是目前另外一种最有可能实现商业化的主流技术,但预锂化技术阻碍产业化应用。硅氧复合材料具有特殊结构,对负极的电化学性能提升更加显著,更加贴近动力电池的性能需求,另外该复合材料还可以有效的改善硅体积效应,降低因膨胀效应带来的不安全性。硅氧负极材料工艺中需要添加预锂化步骤,该步骤可以弥补 SEI 膜造成锂损失,也是整个硅氧复合材料的核心工艺之一。目前预锂化技术手段主要分为简单物理混合、稳定的金属锂粉、短路法和预锂化添加剂四种方法。尽管技术手段较多,但是由于对把握预锂化精准度程度要求过高,技术要求难度过高,暂时无法实现大面积商业化应用。未来主流的预锂化技术倾向预锂化添加剂,但该技术稳定性和与其他材料的相容性暂时阻碍其标准化进展,成本较高制约其大面积应用。

1.2.2、 人工石墨工艺更有工艺壁垒

球形化、改性处理以及高温石墨化是天然石墨的核心工艺。天然石墨产品以天然鳞片球化石墨为主要原料,这种原材料缺陷主要体现在三方面:首先,天然鳞片石墨粉具有较大的比表面积,对负极的首次充放电效率影响较大;其次,鳞片石墨的各向异性,锂离子扩散路径较长导致其比容量较低;最后,因为石墨的层间距较小,增加了锂离子的扩散阻力,使得其倍率性较差,当快速充电时,容易出现安全隐患。为了解决这些问题,各厂家主要通过球形化、改性处理、高温石墨化等工艺手段提高负极材料性能。

相较于天然石墨的工艺程序,人造石墨的工艺程序更加复杂,产品效果更好,在特别的步骤中具有较高的工艺壁垒。人造石墨的原料主要为石油焦和针状焦,其中中低端产品以石油焦为主,高端产品以针状焦为主。在工艺程序中较为关键的步骤有原料检验、精碎分级、二次造粒以及表面改性。原料质量的好与坏对最后人工石墨产品结构形体有直接影响,以璞泰来为例,作为国内人造石墨的龙头,公司在这四个工艺中都有自己独特的技术优势。现在为了满足快充的需求,高端产品会定制化多增加一个炭化工序。而且每家公司由于工艺程序在工艺技术、工艺顺序、制造工程装备的不同导致了整体产品品质的差异化。

2、 下游需求扩张,行业增长短期加速、长期空间大

2.1、 消费领域增长平稳,动力需求增长加速

国内消费锂电池增速高于国外消费锂电池增速,未来全球增长较为稳定。负极材料属于锂离子电池中游,受到下游锂电池消费影响。目前锂离子电池消费主要来自 3C消费电子、动力电池和储能。由于对于动力电池要求较高,国内外主流车车企主要以三元锂电池为主,而磷酸铁锂电池主要用于 3C 消费和储能。消费类电池主要应用于智能手机、无人机、VR、可穿戴设备、电动工具、移动电源等领域。2018 年全球智能手机、移动电源等出货量减少,但电动工具、电动自行车、蓝牙等小型 3C 领域应用量增加,弥补了手机等终端的减少量。根据高工锂电数据,2014 年国内消费电池市场需求为 25.20GWh,到 2018 年增长到 36.40GWh,年均复合增长 9.63%。同时海外需求分别为 31.29GW 和 38.86GWh,年均复合增长为 5.57%。国内由于消费升级,消费类电池需求增速高于国外同期增速。未来消费电池呈现存量需求规模大,行业增长较为稳定;我们预计,国内整体消费类电池需求增速仍会高于国外消费类电池需求增速,2020-2022 年全球消费类电池年均复合增速在 8%-10%。

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未来增量看动力。动力类电池主要应用于新能源汽车领域;随着政策推动、技术进步、消费习惯改变和配套设施的逐步完善,动力电池的增速明显高于整个行业增速。2014 年动力电池市场规模在 4.42GWh,而到了 2018 年增长到 60.33GWh,年均复合增长 92.21%。同时期海外动力电池需求量从 6.5GWh 提上到 37.55GWh,年均复合增长率为 55.03%。过去五年由于动力电池基数较低,整体细分领域保持较高增速。

展望未来全球电动化趋势已不可逆转,各大车企纷纷对未来电动化战略做出规划。欧洲大众、戴姆勒车厂对电动化的投资金额均超过了 100 亿欧元。特斯拉继上海工厂之后,选定了欧洲工厂场地,伴随下游车企资金投入,电动汽车新车型陆续投放市场,动力电池的需求仍将在未来五年迎来需求爆发,行业增速仍将保持较高增速,我们预计 2020-2022 年动力电池需求年均复合增长在 35%-40%左右。

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储能与通信市场基数低,未来增长潜力大。储能电池主要应用于集中式可再生能源并网、辅助服务、电网侧、用户侧等。可在不稳定的光伏、风力等新能源发电、输配电、用电过程中用到。目前全球储能市场主要集中于韩国、加拿大、中国等地。与传统的铅酸电池储能相比,锂离子电池能量密度与功率密度高、循环寿命长,而且对工作环境无特殊要求,可大大减小储能电池体积。目前通信基站储能需求占据总储能电池市场需求近 50%的份额,是储能电源最大也是最具潜力的应用领域。2014 年储能电池市场规模在 2.07GWh,到了 2018 年市场规模达到 4.65GWh,年均复合增量率在 22.43%。同时期海外储能需求为 4.21GWh和 10.74GWh,年均复合增速为 26.38%。2019 年作为 5G 商用元年,伴随未来五年 5G 商用大面积应用,5G 通信基站将加速催生储能电池需求。我们预计 2020-2022 年储能电池领域需求增速有望提高至 40%-45%。

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下游需求扩张,带动负极材料行业增长加速。行业整体需求从 2014 年 7.51 万吨提高至 2018 年 17.72 万吨,年均复合增速达到 23.94%;随着上述三大需求快速增长,2020 年负极材料需求增长加速,我们预计未 2020-2022 年全球负极材料需求将分别达到 30.22 万吨、39.35 万吨、50.80 万吨,年均复合增长 29.65%。每年全球负极材料对应规模空间将达到 123.62 亿、149.71 亿、183.10 亿。

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2.2、 人工石墨占比逐年提高

负极材料行业受益电动汽车需求提升带动,人造石墨销量占比逐年提高。伴随 2014年产量占比 55.85%提高到 2018 年的 69.31%。而天然石墨产量占比从 2014 年的 37.90%下降到 23.82%。人工石墨作为目前主流动力电池厂商的负极材料应用方案,随着动力电池销量增加,国内新建产能主要以人造石墨产能为主,未来人造石墨销量占比有望继续提升。同时,高端消费电子厂商越来越多选择使用人造石墨作为负极材料替代方案来提升整体电池性能。因此人造石墨销量占比将持续提升。

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3、 行业集中于中国,龙头优势明显

3.1、 产业聚焦中国,集中度仍在提高

技术突破,成本下降,产业聚焦中国转移。日本索尼在上世纪九十年代率先将锂离子电池商业化,2000 年之前,日本基本垄断了全球的锂离子电池生产。国内锂离子行业于上世纪 90 年代末开始发展,国内当时企业数量较少,整体规模不大,技术与国外厂家存在很大的差距,原材料基本依赖日本进口。但 2001 年后,中国加入 WTO,全球制造业中心向中国转移,中国逐渐成为了全球规模最大、产业链最齐全的电子制造中心。2000 年贝特瑞掌握天然鳞片石墨的球形化技术,从而实现天然石墨国产化,2005 年杉杉股份推出日后十年被行业模仿抄袭的爆款产品 FSN-1,实现国内人造石墨技术突破。2012 年璞泰来子公司江西紫宸推出了 G1 系列,实现了杉杉股份FSN-1 系列之后的又一次突破。目前国内企业利用资源优势已经将天然石墨工艺做到全球领先水平,贝特瑞在整形分级、机械改性和热化学提纯方面拥有领先全球的技术,球形石墨的纯度可最高达到 99.9995%。国内负极材料的性能与日本的产品之间的差距开始缩小,价格优势让日本产品失去了竞争优势,中国负极材料销量占比持续提高。

技术突破,市场份额稳步提高。2000 年我国负极材料企业占全球份额不足 8%。随着十几年行业发展,2016 年我国出货量已达到全球 71%,而日本的出货量下滑到不足30%。到了 2018 年,中国负极材料市占率从之前的 71%提升到了 73.4%,份额再次扩大。从全球龙头企业占比来看,排名全球前五的企业只剩下日立化成一家日本负极材料企业,其他四家负极材料企业均来自中国。未来随着电池厂商的产能扩张,国内负极厂商加速产能扩张,中国企业在负极材料市场份额有望持续增加,我们预计未来市场份额占全球比例将提升到 80%以上。

日本企业以大型集团为主,负极材料业务多为主业派生而成。日本企业中日立化成、日本炭黑和日本 JFE 以人造石墨为主,日本三菱化学以天然石墨为主。相对中国负极材料企业,日本企业更多是由主业相关派生出的子业务,占公司总营收比重较低。以人工石墨和天然石墨龙头企业日立化成和三菱化学为例,日立化成是全球知名化工集团,在化学材料领域拥有尖端的核心技术,公司的业务覆盖了感光性干膜、板材、液晶显示材料、半导体材料、太阳能电池、负极材料等各种电子原材料。公司最早建有碳素工厂,主要生产石墨电极、石墨坩埚等石墨制品,后慢慢向下游负极材料市场拓展。三菱化学同样是日本最大的化学公司,业务覆盖功能材料和塑料产品、石油化工、碳及农业产品。由于公司的核心业务是化学产品,公司通过煤焦厂所产的煤焦油沥青进行附加值的提升,进入针状焦领域,同时通过上下游产业延伸,布局负极材料行业。

从国内看,负极材料行业集中度较高,"三大五小"的竞争格局仍在优化中。"三大"分别指贝特瑞、杉杉股份和紫宸科技(璞泰来子公司),"五小"分别是深圳斯诺、正拓新能源、湖南星城(中科电气子公司)、翔丰华和凯金新能源。2018 年前五大龙头企业占据国内市场 76.7%。随着多家负极材料企业新增产能的逐步释放,负极材料市场竞争格局将聚焦于各龙头之间竞争,低端产能将被逐步出清,拥有核心技术和优势客户渠道的企业将会获得更多市场份额,市场集中将进一步提升。其中"五小"格局中的五家公司也将出现分化,正拓新能源和深圳斯诺由于客户结构原因,近两年增速较低,斯诺甚至从 2017 年的营收 5.4 亿下降到 2.72 亿,叠加未来没有产能扩产规划,深圳斯诺和正拓新能源将在二线材料类厂商竞争中逐渐掉队。而另外三家在近两年营收中出现较大增速,客户结构也从国内客户向全球拓展,"五小"格局将向"三小"转变。

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在国内天然石墨市场中,贝特瑞具有龙头地位。公司是国内第一家将天然石墨深加工产品用于锂离子电池的企业,同时布局锂离子电池负极材料整个产业链。在天然石墨工艺设计以及制作成本具有核心优势,是天然石墨细分领域龙头,长期市占率保持在 50%以上,2019 年二季度更是达到了 73%。

人造石墨龙头占比提升,第二梯队出现分化。人造石墨领域集中度较为集中,前五家企业的市占率近三年稳定在 70%以上,前三家龙头企业的市占率在近三年中稳步提高,2019 年二季度已经达到 64%,前五大企业正在逐渐拉大与其他企业之间的差距。杉杉股份和璞泰来是该细分领域的领导企业,其中璞泰来主要聚焦高端市场,凭借在原材料甄选、表面改性、二次造粒等核心工艺设计上的技术优势,2018 年第一次成为人造石墨领域出货量第一的企业。在中低端产品方面,由于凯金新能源产品价格相对较低,在客户层面牢牢绑定优质客户宁德时代,在 2018 年出货量上实现了大幅增长,一举排名第二。二线负极材料厂商越来越多以上市募资、联合优质上市公司等形式拓展资金募集渠道。2019 年凯金新能源与翔丰华都已完成证监会上市信息报送,湖南星城并入中科电气,通过上市公司融资渠道加快自己产能投建。未来由于人造石墨需求增多,其产能扩产需要大量资金支持,拓宽融资渠道成为未来人造石墨厂商持续发展的核心要素之一。

3.2、 需求升级,聚焦全球龙头供应链

3.2.1、 进入门槛提升,客户粘度增强

认证步骤繁多,动力电池厂商认证时间较长,客户黏性度高。负极材料厂商如果想要进入电池厂商供货名单,一般要经历样品测试、小试、中试、大试等环节,条件满足者才会得到电池厂商的审核认证,通过认证后的负极材料供应商还需要经历小批量供货、批次稳定供货等多个环节去验证负极材料供应商整体交付能力。电池厂商对整个认证的过程所需要的时间要求不同,一般消费电池厂商认证时间较短,国内消费电池厂商认证在 0.5 年到 1 年左右,国际龙头消费电子厂商在 1.5 年到 2 年之间。而动力电池厂商由于对电池性能要求较高:一般国内动力电池厂商认证过程在1-2 年,国际龙头动力电池厂商的认证时间在 2-3 年。一旦进入供货名单,电池厂商和负极材料供货厂商的粘性较强,特别是在动力电池细分领域。主要原因有以下两点:首先,动力电池对于稳定性和安全性要求很高,一旦动力电池的正极材料、负极材料和电解液的体系匹配确定后,不能随意更改;其次,根据 IATF16949 要求,原材料一旦通过电池生产制造商进入汽车厂商供应体系后,未经过汽车厂商同意,材料不得更换。

3.2.2、 电动全球化,龙头企业受益

龙头企业客户结构优秀,具有先发优势。目前负极材料的商业模式是捆绑龙头电池制造厂商,联合开发,因此下游客户的装机量直接影响到负极材料厂商的销量。随着国内电池厂商的白名单制度的取消,越来越多的国际龙头电池厂商进入中国市场。国内负极材料龙头企业也加快对国际客户的开拓。其中贝特瑞、杉杉股份、璞泰来的产品主要定位于高端类产品,早早进入国外著名电池厂商供应链白名单,领先第二梯队 1-2 年时间,随着自身产能扩张,未来将会获得更大的订单份额。在第二梯队的负极材料公司中,领先企业率先改造自己客户结构,其中中科电气子公司湖南星城已经与 SKI、LG 已经展开合作。凯金新能源已经通过了松下、三星 SDI、LG 化学的送样或中试检测。翔丰华已经通过了LG化学认证测试,同时正在积极接触三星SDI、松下等国际知名锂电池企业,加速进军海外市场。第二梯队负极材料厂商通过客户结构改造,减弱对单一客户依赖度。而未来客户结构单一、质量较差的负极材料厂商将逐步被市场淘汰。

由于优质负极龙头已经绑定较好客户,未来其产能释放更为有效,我们预计这将带来行业集中度进一步提升。由于新能源汽车渗透率增加,下游核心电池厂商产能快速扩建,龙头负极材料目前高端产能供不应求。为了缓解供需矛盾,负极材料厂商开始加大全工序生产线建设力度。以第一梯队负极材料供应商,璞泰来和杉杉股份为例,璞泰来为满足动力快充电池需求,2019 年发行可转债募集资金建设"3 万吨全工序高性能锂离子负极材料"产能,新增产能中均包含炭化等工艺,解决公司目前在动力快充领域产能不足的问题。杉杉股份目前 80%负极材料收入来自动力电池,前五大客户 LG、ATL、宁德时代、三星和 SKI 占营业收入 75%。杉杉股份在内蒙古包头新建 10 万吨负极材料一体化项目于 2018 年上半年开工建设,定位同样是高端全工序产品。未来龙头企业通过资金、品牌优势,产能扩张速度将与二、三线负极材料企业产能差距进一步拉大,叠加上下游一体化建设,成本优势更加明显。

3.2.3、 龙头更具议价能力

过去两年原材料上涨挤压行业利润,龙头企业影响较低。由于 2017、2018 年上游原材料价格上涨,负极材料厂商毛利率受到挤压。以上市公司璞泰来、贝特瑞、凯金新能源和翔丰华为例,根据公司近五年的毛利率变化,贝特瑞主要以天然石墨产品为主,受原材料上涨影响较低。并且贝特瑞在天然石墨细分领域处于绝对龙头的地位,议价能力较高,整体盈利水平比较稳定,近五年毛利率都在 30%多。而以人造石墨产品为主的璞泰来、凯金新能源和翔丰华,他们的毛利率波动更加受原材料价格的影响。由于公司产品的定位不同,以中低端产品为主的负极材料厂商受到的影响更大,例如凯金新能源、翔丰华这两家公司,他们的下游客户主要集中于国内电池厂商。而璞泰来主要聚焦于国内、国外核心龙头电池厂商,所提供的产品以高端产品为主,议价能力更强。

4、 降低成本,加速布局全产业链

4.1、 原料端:龙头加速布局针状焦,成本压力趋缓

负极材料的主要成本来自两方面,一方面为原材料的采购,另一方面来自加工费用。这两方面的成本之和占总成本的 90%左右。原材料主要包含初级石墨、焦类原料、沥青、外购人造石墨半成品和外购天然人造半成品。

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针状焦价格上涨,焦类采购成本占比大幅提高。过去几年钢铁行业变化,主要由于电炉炼钢需求增加,石墨电极需求增加导致负极原材料针状焦产能供不应求,针状焦价格大幅上涨,因此焦类原材料采购额占比在近两年大幅得到提高。以翔丰华为例,2016 年焦类原料采购额为 1404.58 万元,而到了 2018 年这个金额达到了 1.72亿,焦类采购额占比从 2016 年的 22.49%提升到 2018 年的 69.13%。因此,未来企业对于上游原材料的把控能力成为体现各家龙头企业竞争实力的一个表征。

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4.2、 针状焦产能扩充,未来价格有望回归合理水平

低硫焦用于锂离子电池负极材料和石墨电极制造。焦类原料主要分为石油焦和针状焦。一般石油焦按硫分又分为高硫焦、中硫焦和低硫焦。高硫焦主要为普通的生焦,用于化工生产,如制造电石、碳化硅等;中硫焦即为普通的熟焦,大量用于炼铝;由于低硫焦里含硫量低,主要用于锂离子电池负极材料和高功率石墨电极,普通的石油焦用在普通功率石墨电极骨料。高功率石墨电极骨料用 70%的优质石油焦+30%的针状焦。超高功率石墨电极骨料则需要 100%针状焦。

动力电池在未来针状焦应用占比将大幅提升。针状焦是炭素工业一种重要的原料,具有良好的石墨化性能,主要用于生产超高功率石墨电极和人工石墨负极材料。以针状焦为原材料的超高功率石墨电极具有电阻率低、体积密度大、机械强度高、膨胀系数低、抗热震性能好等优点。针状焦按原材料又分为煤系针状焦和油系针状焦。煤系针状焦以煤焦油沥青为原材料;而油系针状焦,以减压渣油为原材料。在相同条件下,油系针状焦制造石墨电极的成型难易度将低于煤系针状焦,因为煤系针状焦易在 1500-2000°C 时易膨胀,所以温升速度要严格控制,不易采用串接石墨化工艺生产。煤系针状焦的优势在于其电阻率低于油系针状焦,整体导电率更优。根据 2017、2018、2019 年针状焦在下游应用对比发现,针状焦 75-80%的产量用于石墨电极制造领域,剩余 20-25%用于负极材料制造。随着下游动力汽车的高速增长,以及石墨电极行业供给过剩,针状焦应用于负极材料的比例将持续提高。

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油系针状焦进口依赖度格局短期难以改善,煤系针状焦价格进入下行趋势。2017、2018 年由于电弧炉炼钢法大规模替代地条钢产能,带动了石墨电极需求,由于国内供给不足,2017、2018 年针状焦进口量明显增加,进口数量是 2016 年两倍多,价格大幅上涨。以全球重要针状焦供应商菲利普为例,2016 年菲利普 66 价格最低煤系针状焦和油系针状焦为单吨 450 美元和 500 美元,到 2017 年煤系针状焦价格达到单吨4500 美元,半年时间涨幅达到 10 倍。随着 2019 年国内煤系产能投产,价格明显回落。2020 年国产煤系新增产能将高于 2019 年新增产能投放,进口煤系针状焦有望下跌至单吨 1000 美元,我们预计下降空间 30%-50%。由于我国国情多煤少油,油系针状焦产能较少,高端负极材料产品对进口油系针状焦维持高位,菲利普 66 进口油系针状焦价格下跌速度明显低于行业整体平均下跌速度。

锂电池负极行业专题报告:壁垒高格局好,中国龙头全球领先

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国外垄断高端技术,国内技术突破仍需时间。针状焦生产技术最早起源于国外,日本企业主导高端煤系针状焦,代表企业为日本三菱和日本新日铁公司。英美等国主要以油系针状焦为主,代表企业有英国菲利普、美国碳/石墨集团海波针状焦厂、日本兴亚株式会社和日本水岛制油所。我国对针状焦研究起步较晚,上世纪九十年才完成煤系针状焦和油系针状焦工业生产。目前我国煤系针状焦龙头企业为宝钢石化、平煤鞍山开炭、山西宏特和黑龙江宝泰隆,油系针状龙头企业为锦州石化、山东京阳、山东益大等。虽然国内针状焦技术随着研发的投入,在研发工艺较以前取得了重大进步,但是距离日、英、美等龙头国家技术还有不小差距。以中日针状焦产品对比,国内针状焦体积密度、机械性能以及电阻率都不如日系产品。两国产品性能差别主要来自于工艺设计,主要体现在两个方面;首先在原料预处理环节中主要设备沉降器的结构、数量不同,并且每个企业采用的芳香烃溶剂不同;其次在延迟焦化环节中,企业对工艺的参数,操作周期不同。

国内针状焦产能扩充,以煤系针状焦为主,煤系针状焦价格有望回归合理水平。尽管对进口高端产品依赖度短期无法改变,但国内针状焦厂商近两年陆续产能扩产,2019 年进入新增产能投放周期,2020 年国产针状焦投放力度将高于 2019 年。针状焦供不应求的局面将发生扭转。2017 年我国针状焦产能为 57 万吨,占全球 35.63%。

根据鑫罗咨询统计,2019 年国内产能将达到 117 万吨,新增产能 60 万吨,其中煤系针状焦 45 万吨,油系针状焦 15 万吨。2020 年国内针状焦产能预计达到 230 万吨,对应 2019、2020 年全球产能分别为 240、350 万吨,2020 年我国产能占全球比例将提高到 65%左右。璞泰来 2019 年收购振兴炭材 32%股权,以参股的形式率先进入上游原材料领域:其 4 万吨煤系针状焦已建成开始试生产。龙头负极材料厂商积极布局上游原材料,打造负极材料一体化建设,以降低原材料价格波动对公司盈利的影响,增强产品竞争力。

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4.3、 关键工序:石墨化工艺日渐成熟,超高温技术已成主流

超高温技术是当前石墨化的最优选择。石墨化工序在造粒工序之后,指的是在高温下将前一步加工后的材料中的碳原子由杂乱不规则排列转变为规则排列的六方平面网状结构,即石墨微晶结构,其目的是获得石墨高导电、高导热、耐腐蚀、耐摩擦等的性能。石墨化温度高达 2000℃以上,持续时间超过 8 个小时。石墨化温度越高,石墨化的微晶结构发育越完善,因此,目前高端的人造石墨产品均采用超高温石墨化。

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由于超高温石墨化过程是在 2300-3000℃下进行的,工业上只有通过电加热实现。在此过程中,反应炉内的焙烧品既是电流通过的导体,也是被加热到高温的对象。工业上广泛采用的炉型有两种:1985 年艾奇逊发明的艾奇逊式样的石墨化炉,以及美国人卡斯特纳发明的内热串接石墨化炉。就目前来说,艾奇逊石墨化工艺仍然占主导地位。该工艺在 21 世纪初被应用在负极材料的生产当中,具有产量大、温差大、电耗较高的特点。另外两种石墨化炉是真空石墨化炉和连续石墨化炉。连续石墨化炉是指以连续的产出方式生产石墨化制品的炉子,用以解决艾奇逊炉所带来产能低、电耗高、操作环境恶劣等缺点。因此,连续石墨化炉将是主要开发课题和研究方向。

4.4、 石墨化加工费居高不下,降本措施值得关注

石墨化加工参数不同是产品差异化原因之一,高端产品石墨化加工费用更高。石墨化是人造石墨负极材料生产加工的重要一环,该工序对人造石墨负极材料生产成本和产品质量控制具有重要影响。起初,负极材料厂商的石墨化加工环节都是外协。主要原因是,石墨化基地的建设均是固定资产,投资较大,石墨化电阻料废料的处置需要稳定的钢厂、铝厂客户资源,专业性较强。并且石墨化、原料粉碎工艺均是碳素行业传统成熟的工艺,可选择外协加工的厂商比较多。由于各家产品石墨化加工参数要求不一样,导致单位产品石墨化加工价格有所差异。璞泰来 2016-2018 年的单吨加工费用分别为 2.65 万、2.25 万和 2.29 万,其中主要是石墨化加工环节费用,明显高于杉杉股份,而翔丰华和凯金新能源石墨化代工费则更低一些。因为璞泰来人造石墨产品定位较高,且温控等加工工艺复杂,其石墨化加工费要显著高于同行业其他公司。

石墨化加工产能瓶颈打破,龙头进入石墨化加工领域,加速负极材料一体化建设进度。2017 年石墨化加工产能遇到瓶颈,加工费用从 2017 年年初每吨 1.5 万元加工费上涨至最高的每吨 2. 2 万元,一年时间单价涨幅达到 46.67%。2018 年璞泰来收购山东兴丰进入石墨化加工领域,2019 年内蒙古新建石墨化加工新厂开始建设。2017 年中科电气子公司湖南星城收购贵州格瑞特新材料有限公司,参股集能新材料进入石墨化加工领域,预计 2020 年石墨化产能将达到 3.5 万吨。龙头负极材料厂商为更好保证自身石墨化需求以及保证整体共供应链体系的稳定,加速负极材料一体化建设,纷纷通过自建、并购、参股的方式进入石墨化加工领域。随着龙头企业产能扩建,石墨化加工单价有望进一步下降。

产能投建集中于低电价区域,区域低电价是成本下降主要路径。石墨化加工成本主要受坩埚、电阻料等直接材料、人工费用、折旧以及水、电费影响,其中电费占比最高。大部分负极厂商都分布在广东、上海、福建等沿海省份,这些地区电力成本较高。从降低成本方面考虑,龙头企业越来越多选择去内蒙古等低电价地区建造石墨化加工厂。通过对比高低电价区域对石墨化加工成本影响,在低电价区域的石墨化加工成本将会降低总成本的 40%左右。在以河北地区为代表的高电价地区,电费为单吨8840 元,占总成本比例较高。而公司新建产能所在地内蒙古,属于我国低电价区域,由于电价优势,电费单吨下滑到 3900 元,电费占比出现大幅下滑。

5、 受益公司

5.1、 璞泰来

格局好。公司自 2012年成立,通过负极材料领域,打通至具有协同作用的锂电设备行业及隔膜邻域,其中负极材料和锂电设备贡献公司 71.34%和 16.7%的营收。目前公司是国内最大的人造石墨负极材料供应商,第三大负极材料供应商。

产能、客户优质,有望成长加速。公司近三年业务保持在 30%以上增速,产能也持续增长,目前公司产能 5万吨。客户方面,公司绑定 LG、三星、ATL和宁德时代等国内外一线电池厂商。随着优质客户对产品需求的快速增长,我们预计公司的产能扩产速度将超过行业增速,从而再度迎来业绩爆发。

成本控制能力强,盈利能力见底回升。公司加速负极材料一体化建设,参股煤系针状焦厂商振兴炭材,4 万吨煤系针状焦产能于 2019 年投产。同时收购山东兴丰,进入石墨化加工领域。完成负极材料一体化建设大幅降低公司制造成本,毛利率已见底回升。

5.2、 杉杉股份

老龙头。杉杉股份成立于 1992 年,早起以服装业务为主。1999 年成立子公司上海杉杉正式转型为新能源上市企业。公司业务覆盖正极、负极、电解液等电池材料厂商。目前公司正极材料材料国内市占率第一,负极材料市占率第二,达到 17.97%。

产能大,客户优。公司目前负极材料产能达到 6 万吨,随着宁德计划产能 5 万吨,内蒙古包头 10万吨高性能锂离子电池产能陆续投放,公司市场占有率有望得到提升。公司绑定宁德时代,国轩高科等国内优质客户。

未来增强成本控制。伴随上游原材料价格上涨带来的成本压力,公司加速布局石墨化产能,目前拥有郴州 7000 吨石墨化产能,未来公司计划加大布局石墨化产能。石墨化产能扩张有助于企业大幅降低成本,保持产品竞争优势。。

5.3、 中科电气(湖南星城)

公司自 2004 年成立,传统主业为磁电装备业务,目前占据电磁冶金行业领先地位,在电磁冶金专用设备国内市场占有率超过 60%,公司目前从传统工业磁力设备想智能集成系统厂商转型。

通过并购完善布局,有成长潜力。2017 年收购湖南星城布局锂电负极业务,2018年,公司收购格瑞特以及集能新材料的投资,进一步延伸和完善了锂电负极业务的产业链。中科星城目前市占率 6.2%。公司目前产能 3.5 万吨,我们预计公司将随着客户需求的增长来加大扩产力度。

客户结构在优化。客户结构升级,公司以前主要客户为比亚迪,2019 年导入消费类电池巨头 ATL 和动力电池厂商 SKI,作为 SKI 稳定供应商将充分受益 SKI 产能扩张。

5.4、 贝特瑞

天然石墨龙头。贝特瑞隶属中国宝安集团(代码:000009)子公司,成立于 2000年8 月,主要专注于锂离子二次电池用材料的研究与开发。经过 20 年的发展,公司已发展成为锂离子负极材料行业领先企业,根据高工锂公司 2018 年数据,公司在国内负极材料领域市占率为 22.4%,产品主要覆盖天然石墨和硅系复合负极材料。

公司客户结构优异。公司 2008年进入三星,2009年进入 LG,2010 年进入三洋,2011年进入松下,2012年进入索尼。目前是国内、外龙头电池厂商稳定锂电材料供应商,其中公司占松下负极材料 70%-80%的市场份额,三星 30%的市场份额。

未来成长可期。公司未来业绩迎来爆发,在天然石墨负极材料领域,全球霸主地位难以撼动。公司布局的新型硅碳负极材料率先应用于市场,产能一万多吨,目前特斯拉Model 3 所用的的锂电池已经开始使用贝特瑞硅碳负极材料。正极材料捆绑 SKI和松下。

(报告来源:开源证券)

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原文标题:锂电池负极行业专题报告:壁垒高格局好,中国龙头全球领先
原文发布时间:2020-01-12 20:09:00
原文作者:未来智库。

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