负极行业专题报告：工艺迭代是焦点一体化和连续石墨化有望拉开成本差距.pdf

中 泰 证 券 研 究 所 专 业 领 先 深 度 诚 信 证 券 研 究 报 告 2 0 2 1 . 08. 05 工艺迭代是焦点， 一体化和连续石墨化有望拉开成本差距 负极行业专题报告 苏晨 S0740519050003 陈传红 S0740519120001 2 摘要 负极已经形成“四大三小”的竞争格局，一体化和连续石墨化将导致行业集中度进一步提升： 1、从供需看： 负极产能扩张基本与下游需求增速基本一致，供需关系健康。石墨化紧缺将持续至 22年； 2、从壁垒看： 1）限电政策将进一步推动负极企业一体化布局加速，单吨投资额翻倍带来投资门槛提高； 2）连续石墨 化等新工艺提高了行业技术壁垒。 工艺迭代 &石墨化一体布局将是负极企业超额收益的核心来源： 1、产品端：差异化较大，中高端产品工艺较复杂。 负极材料的差异化特性导致了其价格方差较大，中高端产品工艺复 杂，具备较高的技术壁垒。 2、成本端：工艺领先带来超额利润。 当前正处于一体化布局初始竞争阶段，石墨化工艺从艾奇逊向箱式炉迭代。我们 详细对比了艾奇逊、箱式和连续石墨化等工艺路线的成本结构和工艺难度，连续石墨化未来将成为头部公司强化竞争优 势的核心抓手。 新技术在生产工艺上类似。 我们对比了人造石墨、硅碳和不定性碳，新技术在生产工艺上和石墨基本一致。 投资建议： 我们认为，未来几年负极的竞争将围绕一体化和连续化工艺进行竞争，一体化和连续化领先的公司持续具有 超额利润。 看好具备石墨化一体化布局优势、研发工艺迭代领先的负极企业，建议关注中国宝安（贝特瑞）、璞泰来、 中科电气、尚太科技等。 风险提示： 需求测算不确定性影响的 风险 ，行业产能过剩风险导致竞争格局恶化风险，新技术应用不及预期风险， 经 济环境及汇率波动 ， 研究报告使用的公开资料可能存在信息滞后或更新不及时的风险 目录 CONTENTS 专 业 领 先 深 度 诚 信 中 泰 证 券 研 究 所 下游需求爆发，供需格局改善 产品 &工艺差异化拉大，集中度提升 新技术工艺壁垒高，产业化加速 投资建议 CONTENTS 目录 CCONTENT S 专业领先深度诚信 中 泰 证 券 研 究 所 1 下游需求爆发，供需格局改善 5 需求：负极材料随下游高增 负极材料需求高增 ： 预计 2021-2023年负极材料需求将从 47.7万吨增加到 89.5万吨。 图表： 2020-2023年负极需求预测 来源： 中泰证券研究所测算 项目 电池种类 2020 2021F 2022F 2023F 全球锂电池合计 /Gwh 钴酸锂（ 3C等） 35.0 36.7 38.5 40.5 三元（含 3C） 178.9 261.2 392.3 520.2 LFP 49.8 123.7 184.1 231.6 其他 5.9 7.7 10.0 13.0 总合计 263.4 429.4 625.0 805.3 负极材料单耗（吨 /Gwh） 钴酸锂（ 3C等） 888.0 888.0 888.0 888.0 三元（含 3C） 912.0 912.0 912.0 912.0 LFP 1026.0 1026.0 1026.0 1026.0 其他 1000.0 1000.0 1000.0 1000.0 负极材料需求（万吨） 钴酸锂（ 3C等） 3.1 3.3 3.4 3.6 三元（含 3C） 16.3 23.8 35.8 47.4 LFP 5.1 12.7 18.9 23.8 其他 0.6 0.8 1.0 1.3 总合计 25.1 40.5 59.1 76.1 实际需求 29.6 47.7 69.5 89.5 结构：人造石墨市占率持续提升 图表： 2016-2020年中国锂电池人造石墨与天然石墨材料出货量（万吨） 7.7 10.2 13.3 20.8 30.7 3 3.7 4.6 4.9 5.8 0 5 10 15 20 25 30 35 40 2016 2017 2018 2019 2020 人造石墨 天然石墨 来源： GGII、 中泰证券研究所 2016-2020年，人造石墨出货量由 2016年的 7.7万吨上升至 2020年的 30.7万吨，人造石墨在负极材料中占比从 2016 年的 68%上升到 2020年的 84%，人造石墨出货量大幅提高，在负极材料出货量中占比逐年提高。 竞争格局：四大三小，格局稳定 来源： GGII，中泰证券研究所 经过多年发展，目前负极材料已形成四大三小格局，贝特瑞、杉杉、璞泰来（紫宸）、凯金能源为头部一线企 业，贝特瑞为天然石墨绝对龙头，人造石墨份额稳步提升。 正拓能源 , 4% 中科星城 , 6% 翔丰华 , 7% 凯金能源 , 14% 璞泰来 , 16% 杉杉股份 , 18% 贝特瑞 , 23% 其他 , 13% 石家庄尚太 , 3% 翔丰华 , 6% 中科星城 , 7% 凯金能源 , 16% 璞泰来 , 17% 杉杉股份 , 18% 贝特瑞 , 22% 其他 , 11% 翔丰华 , 5% 石家庄尚 太 , 6% 中科星城 , 7% 凯金能源 , 13% 璞泰来 , 17% 杉杉股份 , 16% 贝特瑞 , 20% 其他 , 17% 中科星城 , 6% 贝特瑞 , 9% 杉杉股份 , 18% 凯金能源 , 19% 璞泰来 , 24% 其他 , 24% 中科星城 , 7% 贝特瑞 , 11% 杉杉股份 , 19% 凯金能源 , 20% 璞泰来 , 22% 其他 , 21% 中科星城 , 8% 贝特瑞 , 12% 杉杉股份 , 19% 凯金能源 , 15% 璞泰来 , 21% 其他 , 25% 图表： 2018负极材料竞争格局 图表： 2018人造石墨竞争格局 图表： 2019负极材料竞争格局 图表： 2020负极材料竞争格局 图表： 2019人造石墨竞争格局 图表： 2020人造石墨竞争格局 负极材料行业产能 从负极材料供给来看，世界负极材料供应商主要在中国和日本，两国负极材料产能之和占世界总产能的 95%以上。 图表： 2020-2023负极材料产能布局情况 来源： wind、隆众资讯等，中泰证券研究所 国内负极产能（万吨） 2020 2021F 2022F 2023F 贝特瑞 13.3 15.5 25.5 29.5 璞泰来 7 12 15 25 杉杉股份 12 12 18 18 中科电气 5 8 9.2 10 翔丰华 2 3 6 9 东莞凯金 6.8 6.8 6.8 11.8 江西正拓 2.4 2.4 2.4 2.4 深圳金润 1 1 1 1 金泰能 1 1 4 4 深圳斯诺 4 4 4 4 石家庄尚太 3 6 10 10 华舜新能源 6 其他 5 10 国内供给合计 57.5 71.7 106.9 140.7 海外供给 12 12 18 20 总供给 69.5 83.7 124.9 160.7 2020年以来，市场比较担忧负极扩产幅度大导致过剩。由于下游需求高增，基本消化了新增产能，我们预计负极 供需格局将维持。 图表： 2020-2023负极材料供需情况测算（万吨） 负极材料供需格局有望优化 来源： wind、隆众资讯，中泰证券研究所测算 29.6 47.7 69.5 89.5 0 20 40 60 80 100 120 140 2020 2021F 2022F 2023F 实际有效供给 实际需求 价格：整体稳步下行，中端人造石墨有所回升 在国内现有的负极材料中。 长期看，负极材料价格稳步下行，短期受石墨化、原材料价格支撑， 低端和高端负极 材料 价格稳定 ，中端 人造石墨价格有所回升。 图表：天然石墨价格走势（万元 /吨） 来源： wind，鑫椤锂电，中泰证券研究所 0 1 2 3 4 5 6 7 8 低端均价 中端均价 高端均价 0 1 2 3 4 5 6 7 低端均价 中端均价 高端均价 图表：人造石墨价格走势（万元 /吨） CONTENTS 目录 CCONTENT S 专业领先深度诚信 中 泰 证 券 研 究 所 2 产品 &工艺差异化拉大，集中度提升 12 来源： 中泰证券研究所 负极企业的差异化来源分布 原材料甄选 高端化石墨 工艺 针状焦布局 石墨化布局 艾奇逊 箱式 连续式 成本端 产品端 硅碳负极技 术领先 我们认为，负极材料企业的差异化主要来源于： （ 1） 成本端：以石墨化、针状焦为核心的一体化布局，核心包括石墨化工艺路径的突破； （ 2）产品端：以高端化石墨工艺及原材料甄选技术，硅碳负极等新产品为主。 负极材料价格分布方差较大，以璞泰来为代表的高端人造石墨价格均价达 5.8万元 /吨，而低端的产品价格仅为 2.3 万元 /吨。 13 来源： 各公司公告，中泰证券研究所 产品差异化：人造石墨价格方差较大 图表：各企业石墨销售均价（ 2020年；单位：万元 /吨） 5.8 4.3 4.2 3.0 3.0 2.6 2.3 0 1 2 3 4 5 6 7 璞泰来 杉杉股份 贝特瑞 中科电气 凯金能源 尚太科技 翔丰华 负极材料指标众多，在平衡中前进。 由于各类型电池及厂家对于石墨材料的参数要求不同且持续变化，以日立化成 为例，更多是通过参数控制来获得不同标准的负极材料，结合新工艺如包覆、复合与掺杂等对整体性能进一步提升。 负极技术优势的建立一方面将依赖于产品传统工艺造粒对不同产品迭代带来的经验积累和包覆等新工艺的研发。 14 来源： 各公司公告，中泰证券研究所 产品差异化：负极是产品差异化度较高的电池材料之一 图表：日立化成专利申请分布（ 2014） 工艺 性能优化案例 核心工艺 造粒 石墨材料的颗粒大小对电极比表面积和边缘原子的 比例有很大影响，从而影响石墨负极材料的电池的 制浆工艺、体积能量密度及首次充电时的不可逆比 容量等。优化石墨颗粒的粒度分布及颗粒形貌可提 高人造石墨负极材料的比容量和首次充放电效率。 石墨化 石墨化方式影响比容量、不可逆性以及产品一致性 优化工艺 包覆及表面改 性 炭包覆和表面氧化改性可降低人造石墨负极材料的 比表面积 , 对提高其振实密度、比容量和首次充放电 效率具有明显的作用 掺杂 掺杂微纳米多孔 Si-Ag颗粒来改善石墨的导电性及提高充放电效率 图表：负极材料主要核心工艺 决定人造石墨的品质工艺主要取决于造粒、包覆表面改性、石墨化工艺中，高端人造石墨为提升性能，一般要采 取混料、进一步碳化、包覆等工序，工艺更为复杂。 15 来源： 各公司公告，中泰证券研究所 产品差异化：负极厂商工艺对比 图表：厂商石墨化工艺对比 进料 检验 原料 投入 粗碎 精碎分 级 表面 改性 造粒 整形筛 分 石墨化 打散混 合 筛分 磁选 包装入 库 粗破 烘干 精碎 表面改性 焙烧 石墨化 打散混 合 筛分 磁选 包装入 库 领料 融合 原料 投入 破碎 整形控 制 石墨化 表面改 性 筛分 磁选 包装入 库 进料 检验 低温热 处理 原料预 处理 混料 石墨化 混料 炭化 筛分 磁选 包装入 库 进料 检验 造粒 原料 投入 破碎 造粒 石墨化 破碎 筛分 磁选 包装入 库 进料 检验 混合 混合 璞泰来 翔丰华 凯金能源 尚太科技 贝特瑞 低端负极材料对其产品的性能要求相对较低，技术上较为容易实现，门槛较低。 高端产品工艺复杂且下游需求不断更新，龙头通过产品快速迭代保持领先 。以璞泰来为例，其通过快速迭代保持领 先，每半年度 G系列产品的性能指标均有所提升，持续满足高端客户功能改善、性能提升的技术和市场需求。 16 来源： 各公司公告，中泰证券研究所 产品差异化：中高端具备较高壁垒 图表：各企业专利数量（截至 2020） 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 贝特瑞 璞泰来 杉杉股份 翔丰华 尚太科技 凯金能源 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000 贝特瑞 璞泰来 杉杉股份 翔丰华 尚太科技 凯金能源 图表：各企业研发投入绝对值（万元，截至 2020） 成本差异化：原材料、石墨化为核心成本 在人造石墨整个工序的成本中，焦类原料和石墨化工序占据较大比例，分别约为 42%、 50%。 人造石墨根据其性能分为高、中、低端三类。高端人造石墨负极原材料采用针状焦，低端人造石墨负极材料采用 石油焦，两类人造石墨成本差异主要产生在于原材料焦类原料和石墨化和工序复杂度。 图表：人造石墨负极材料成本构成（ %） 17 单位：万元 /吨 值 值 值 2% 值 石墨化 制造和人工费用 焦类材料 沥青 来源： 公司公告等，中泰证券研究所 图表：高低端人造石墨成本情况 高端人造石墨 低端人造石墨 原材料 针状焦 1t 2.1 石油焦 1.8t 1 石油焦 0.6t 沥青 0.17t 沥青 0.2t 石墨化 1.9 1.6 制造费用 0.2 0.1 人工费用 0.1 0.1 成本合计 4.3 2.8 39.25% 36.8% 34.7% 31.1% 28.8% 27.7% 23.1% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 尚太科技 贝特瑞 中科电气 璞泰来 翔丰华 杉杉股份 凯金能源 1）一体化布局： 1）尚太科技： 100%自供石墨化。 2）贝特瑞：依靠自供石墨化 +天然石墨上游矿山开采、浮选到 负极材料成品一体化获取超额收益。 3）璞泰来自供石墨化。 3）中科电气：石墨化布局 +石墨化工艺改进。 2) 材料选取及替代： 璞泰来、尚太科技等对原材料甄别进行研发，在保证材料性能情况下减少高价格的原材料 用量进行降本。 18 来源： 翔丰华招股说明书，中泰证券研究所 成本差异化：一体化布局 &材料迭代 图表：主要负极公司毛利率对比（ 2020年） 成本差异化：石墨电极 &负极双景气，原材料价格上涨 来源： 隆众咨询、 wind,中泰证券研究所 价格变动： 长期随着石油市场价格变动，短期受行业供需影响 （ 1） 2019/8-2020/1：该段时期石油价格稳定，但随着行业不断扩产，针状焦价格走低。 （ 2） 2020/1-2020/10 ：行业受疫情大环境影响，市场活力受限。同时石油市场价格保持相对稳定影响，针状焦价 格变动幅度较小 。 （ 3） 2020/11至今 ：国内疫情转好，市场恢复迅猛。负极材料需求提升叠加石墨电极下游电炉开工率维持高位， 焦类需求提升，同时油浆价格上涨，推动针状焦、石油焦上涨。 图表： 2019/8-2021/7针状焦、石油焦、油浆价格变动情况（万元 /吨） 19 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 针状焦生焦平均价格（左） 针状焦煅后焦平均价格（左） 油浆平均价格（右） 来源： 公司公告 ,中泰证券研究所 图表：电炉开工率（下， %）及粗钢产量（上，万吨） 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 20 17 -03 20 17 -05 20 17 -07 20 17 -09 20 17 -11 20 18 -01 20 18 -03 20 18 -05 20 18 -07 20 18 -09 20 18 -11 20 19 -01 20 19 -03 20 19 -05 20 19 -07 20 19 -09 20 19 -11 20 20 -01 20 20 -03 20 20 -05 20 20 -07 20 20 -09 20 20 -11 20 21 -01 20 21 -03 20 21 -05 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 成本差异化： 21H2针状焦产能投放，供需将缓解 资料 来源： 华经情报局，百川盈孚，观研网等，中泰证券研究所 我国针状焦发展是在主流市场需求迅速增长的大背景下兴起的，国产针状焦企业纷纷扩产。 2020年国内市场产能 为 149万吨， 21年下半年新增产能有望释放，供需预计缓解。 图表： 2011-2020年中国针状焦产量及增速 20 图表：针状焦新增产能 9.2 11.6 9.5 7 5.3 8 15.12 35.5 44.5 50.2 -40% -20% 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% 140% 160% 0 10 20 30 40 50 60 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 产量（万吨） 增速（ %） 单位：万吨 成本差异化：材料迭代降本 左图 来源： 专利网，中泰证券研究所 优质针状焦本身石墨化度较高，经过石墨化后性能更为优异，目前高端人造石墨使用较多。但其价格较石油焦价 格大幅提高，通过工艺的提升进行对材料的迭代，在保证性能的前提下，将石油焦用量占比提升或减少其他材料的 用量降低成本。 江西紫宸拥有原材料甄选技术可以对原材料的使用进行优化，杉杉、贝特瑞、凯金等亦通过工艺优化原材料的成 本。 21 公司 专利 杉杉股份 原材料采用石墨碎，其成本低，来源稳定；与现有技术相比，本发明使 用石墨碎制备的人造石墨负极材料能保证较高的振实密度、首次效率、 倍率性能和循环容量保持率，满足人造石墨负极材料的使用要求。 原材料采用的针状焦窑前粉和煤沥青价格低廉，节约了生产成本。产品 有第一颗粒结构的大倍率快速充放电能力、高振实特点，又有第二颗粒 结构的高容量特点，可应用于乘用车动力锂电池 贝特瑞 减少制作极片过程中粘结剂和导电剂的用量，使电池成本降低。包覆层 更加牢固致密，粉末电阻率为 7 10-6m以下，锂离子电池的循环稳定 凯金能源 无需对原料进行包覆改性，得到高倍率快充石墨负极材料 图表：公司降本专利案例 成本差异化：需求高增 &供给受限，石墨化加工价格上行 来源： 隆众数据，中泰证券研究所 石墨化加工价格变动原因： 2019年锂电池市场增速减慢，负极材料需求增长放缓；随着负极巨头厂商配套石墨化 和新晋石墨化代工企业新产能投产，石墨化产能供应充足，代工价格逐步走低。 2020年底开始，由于电动车需求爆 发叠加国内部分地区（石墨化产能相对集中的地区）受限电政策影响，石墨化产能较为紧张，石墨化价格走高。 我 们预计供需紧张要持续至 21年下半年。 图表： 2019/6-2021/6 国内石墨化加工费用报价情况 22 0 0.5 1 1.5 2 2.5 单位：万元 /吨 石墨化自供比例显著影响毛利率，自供比例提升 20%，毛利率提升近 6%。 23 来源： 尚太科技招股说明书，中泰证券研究所 成本差异化：石墨化自给降本显著 项目 2020年 2019年 2018年 石墨化加工单价 1.24 1.44 1.69 石墨化加工运费 0.03 0.03 0.03 公司自产石墨化单位成本 0.64 0.85 0.96 公司负极材料销售量所需石墨化产量 20,846.59 11,942.66 3,691.09 委外加工占比影响毛利额 石墨化委外加工占比 30% 3,958.01 2,248.21 840.89 石墨化委外加工占比 50% 6,596.69 3,747.01 1,401.49 影响负极材料毛 利率 石墨化委外加工占比 30% -7.98% -6.43% -7.90% 石墨化委外加工占比 50% -13.30% -10.72% -13.17% 提升委外加工占比后负极材料 毛利率 石墨化委外加工占比 30% 30.04% 34.20% 27.93% 石墨化委外加工占比 50% 24.72% 29.91% 22.66% 图表：尚太科技石墨化自供比例 /毛利率影响测算（单位：万元、吨） 石墨化产能趋紧，短期内新增产能有限 限电 +下游高需求，石墨化加工供需趋紧。由于内蒙古电价较低，约 40%石墨化产能建在内蒙古，内蒙古限电 。因 此，石墨化加工需求也将随之 成比例攀升，预测在 2023年将达到 83.6万吨。据隆众数据，内蒙地区独立及配套负极 石墨化企业限电比例 20-50%不等，约影响 5.4-13.6万吨产能，占比整体产能比例约 7.7%-19.6%。 以 90%收率计算， 2021年对应石墨化加工需求为 44.5、 64.9、 83.6万吨产能。 图表：中国 2020年石墨化产能情况（万吨） 24 图表：石墨化加工需求测算（万吨） 来源： 百川盈孚 ,中泰证券研究所 地区 产能 内蒙古 27.8 四川 11.8 山西 8.3 青海 5.6 陕西 3.5 其他地区 12.5 合计 69.5 2020 2021F 2022F 2023F 负极材料实际需求 29.6 47.7 69.5 89.5 人造石墨需求测算 24.8 40.1 58.4 75.2 石墨化加工需求（ 90%收率） 27.6 44.5 64.9 83.6 石墨化：属于重资产行业，投资成本较高 石墨化定义： 石墨化是人造石墨制备过程中的关键环节，也是成本差异化的最大环节。该环节是利用热活化将热 力学不稳定的碳原子实现由乱层结构向石墨晶体结构的有序转化。 石墨化建设单吨投资成本整体相对较高，平均在 1万元 /吨以上。 图表：针状焦石墨化机制示意图 25 图表：石墨化晶格转变示意图 来源：环评报告、公司公告，中泰证券研究所 石墨化建设单吨投资（万元 /吨） 福建翔丰华 1.0225 成都爱敏特新能源 1.1964 璞泰来 1.1953 图表：石墨化投资成本列示 来源： 李子坤 石墨化技术的现状与发展 ,中泰证券研究所 石墨化：双碳背景下，负极准入门槛提高 图表：一体化布局及负极单产能投放单吨投资额（万元 /吨） 26 来源： 公司公告 ,中泰证券研究所 在双碳背景下，由于石墨化加工的高能耗，目前内蒙地区对于独立的第三方石墨化加工新增产能将愈发趋严，审 批难度加大。同时石墨化代工价格走高情况下，新增负极产能在石墨化自供比例不足的企业盈利压力较大，未来一 体化产能建设将是趋势。 由于石墨化重资产，一体化趋势将准入门槛提高，整体平均单吨投资额将达到 3.4万 /吨， 较单投资负极产线 1.7万 /吨要翻一倍。 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 杉杉股份 1 杉杉股份 2 璞泰来 贝特瑞 负极产能平均投资 石墨化工艺：当下以艾奇逊为主流 石墨化工艺路线可以分为连续式和间歇式，目前以间歇式为主。 间歇式包括艾奇逊、内串、箱体式三类，艾奇逊为目前主流路线。 连续式并无特定的设备，一般是指生产中没有 断电的过程 , 石墨化的产品需要经过一系列的温区 , 从而实现连续石墨化。 27 艾奇逊石墨化炉 箱体式石墨化炉 内串石墨化炉 来源： 中国粉体网，李子坤 石墨化技术的现状与发展 ,中泰证券研究所 间歇式 连续式 图表：石墨化工艺分类 石墨化工艺：箱体、连续式大势所趋 1）箱体石墨化具备装炉量大、吨耗低、环境友好等优势，技术发展较快，且取得了实际的产业化应用，有望逐步 替代箱体； 2）连续石墨化加工周期短，吨耗低，相较于坩埚和箱体，其石墨化程度略低，需要进一步改进。 箱体、连续式石墨化炉降本显著，连续式石墨化优势明显。 相较于艾奇逊坩埚炉，其物料电力单耗分别下降 30%、 44.4%，对成本改善显著，此外箱体、连续式石墨化炉加工速率也高于坩埚炉，单位小时产出较坩埚炉 +20%、 +44.8%。此外，连续式石墨化一致性高，加工速率较坩埚炉、箱体炉分别提升近 50%、 20%。 28 来源： 石墨化方式对锂离子电池人造石墨负极材料性能的影响 ,中泰证券研究所测算 图表：石墨化工艺对比 坩埚炉 箱体炉 连续石墨化炉 物料单耗电量（ kw*h） 18000 12000 8000 石墨化度 96.38% 95.82% 93.73% 比表面积 较高 较低 一致性 中 较低 高 加工速率（折算） 41.7kg/h 50kg/h 60kg/h 容量（ mAh/g） 353 353 345 不同石墨化技术路线毛利率敏感性分析 29 来源： 中国粉体网，李子坤 石墨化技术的现状与发展 ,中泰证券研究所测算 项目 A B C D E F G H 原材料 0.46 0.46 0.46 0.46 0.46 0.46 0.46 0.46 石墨化自供比例 艾奇逊 50% 100% 0% 0% 0% 0% 0% 箱体 0% 0% 50% 80% 100% 0% 0% 0% 连续式 0% 0% 0% 0% 50% 80% 100% 外协 50% 0% 50% 20% 50% 20% 0% 石墨化成本单耗 艾奇逊 1.014 1.014 1.014 1.014 1.014 1.014 1.014 1.014 箱体 0.674 0.674 0.674 0.674 0.674 0.674 0.674 0.674 连续式 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 外协 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3 石墨化单位成本合计 1.157 1.014 0.987 0.7992 0.674 0.9 0.66 0.5 其他费用 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 成本合计 1.817 1.674 1.647 1.4592 1.334 1.56 1.32 1.16 售价 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 毛利率 18.0% 21.9% 23.2% 31.9% 37.8% 27.2% 38.4% 45.9% 箱式炉逐步应用，连续化石墨有待突破 箱式炉率先替代。 箱式炉本质仍然是间歇式炉，相较于艾奇逊其装填方式发生了变化，部分厂商已开启对箱式炉 的逐步应用，如璞泰来在已有的艾奇逊产线上进行技改，杉杉股份、翔丰华亦逐步应用箱式炉，箱式炉的技术难点 在于由于其炉体较大，且箱式炉分为上下两层，其产出一致性较差，需要进行技术改进解决，具有一定的技术难度。 连续化石墨炉有待突破，碳化工序或为率先落地。 目前连续式石墨化有两大技术难点： （ 1）一般电煅炉的内衬材料从外到内依次是保温棉、轻质黏土隔热砖和高铝耐火砖，最高达到 1700 1 800 ，无 法达到 3000度以上的石墨化温度要求，导致连续式石墨化产出的产品的石墨化度较低。当前连续式石墨化处于实验 室或小批量生产阶段，内衬材料选取耐高温陶瓷等，但亦需高频度的更换。 （ 2）快速冷却问题，包括出水速度设定等。 生产的高纯散状石墨进入冷却器时温度在 2 500 以上 , 生产的物料 极易被氧化 , 所以冷却方式不能采用常规风冷和水冷 , 如何快速把物料冷却下来并不被氧化也是连续石墨化生产技 术的关键问题，采用高温散状石墨横掠过交错排列的冷却水管 , 水管上安装适量的翅片来强化传热 , 合理调整冷却 水循环速度 , 在隔绝空气的条件下形成无氧化冷却区 , 最终可以保证高纯散状石墨快速冷却下来。 以天然石墨高温或人造石墨碳化工序或为率先落地路径。 相较于人造石墨的石墨化工序，天然石墨和（一般是高 端石墨做后处理）人造石墨的碳化温度仅需要 1100 左右，连续石墨化或许会在碳化工序率先落地。 30 来源： 中国粉体网，李子坤 石墨化技术的现状与发展 ,中泰证券研究所 31 来源： 翔丰华招股说明书，公司公告等，中泰证券研究所 主要负极厂商石墨化自供比例梳理 2020 2021E 2022E 2023E 贝特瑞 石墨化产能 (万吨 ) 6 6 10 14 负极产能 (万吨 ) 13.3 15.5 25.5 29.5 名义自供比例 45.1% 38.7% 39.2% 47.5% 翔丰华 石墨化产能 (万吨 ) 0.3 0.3 1.5 1.5 负极产能 (万吨 ) 2 3 6 9 名义自供比例 15.0% 10.0% 25.0% 16.7% 璞泰来 石墨化产能 (万吨 ) 5 11.5 11.5 22.5 负极产能 (万吨 ) 7 12 15 25 名义自供比例 71.4% 95.8% 76.7% 90.0% 中科电气 石墨化产能 (万吨 ) 2 3 6 9.5 负极产能 (万吨 ) 5 8 9.2 10 名义自供比例 40.0% 37.5% 65.2% 95.0% 尚太科技 石墨化产能 (万吨 ) 3.8 8.8 8.8 8.8 负极产能 (万吨 ) 3 6 10 10 名义自供比例 126.7% 146.7% 88.0% 88.0% 杉杉股份 石墨化产能 (万吨 ) 4.2 4.2 9.4 9.4 负极产能 (万吨 ) 12 12 18 18 名义自供比例 35.0% 35.0% 52.2% 52.2% CONTENTS 目录 CCONTENT S 专业领先深度诚信 中 泰 证 券 研 究 所 3 新技术工艺壁垒高，产业化加速 碳系性能触及天花板，硅碳负极优势显著 来源： 钜大锂电，中泰证券研究所 锂电池单体能量密度 2020年达到 350Wh/kg， 2025年达到 400Wh/kg，碳化石墨理论极限为 370WH/kg，无法满足需 求。 以 NCA-220正极材料为例，负极材料分别使用石墨， Si-C-450， Si-C-1000， Si-C-2000，电池电芯的能量密度有明 显的提升。 图表：工信部对电池单体能量密度要求（ Wh/kg） 33 图表：不同负极材料的电芯能量密度 正极活性物质分子式 缩写 质量比容量 (mAh/g) 平均电压（ V） LiNi0.8Co0.15Al0.05O2-220 NCA-220 220 3.7 负极活性物质分子式 缩写 质量比容量 (mAh/g) 平均电压（ V） graphite 石墨 365 0.1 Si-C-450 容量 Si-C-450 450 0.2 Si-C-1000 容量 Si-C-1000 1000 0.4 Si-C-2000 容量 Si-C-2000 2000 0.4 350 400 500 0 100 200 300 400 500 600 2020 2025 2030 硅碳负极产业化加速 来源： NE Times，中泰证券研究所 目前硅基负极更像是电解液中的添加剂，其地位与 LIFSI极为相似。 虽然 LIFSI较 6F性能优越，但由于 LIFSI成本 高，无法完全作为溶质，行业内采用以其作为添加剂的方式逐步扩大其用量比例。 以三星 SDI为例，第一代负极硅含量为 2%并落地应用， 2021年 SDI将推出第二代含硅量 7%的电池硅基负极； 2024年 发布第三代，硅含量为 10%。 图表：硅碳负极在车企中的应用情况 34 车企 车型 说明 特斯拉 Model S, Moedl X, Model 3 从 Model S和 Moedl X起，特斯拉就已在石墨负极中掺入硅；到了Model 3， 负极中硅的含量进一步提高 蔚来 蔚来 ET7 蔚来 ET7将搭载负极使用预锂化硅碳负极 广汽埃安 广汽埃安 AION LX 广汽埃安自研海绵硅负极电池技术，搭载于广汽埃安 AION LX，续航里程超千公里 智己 智己 L7 智己 L7的电池同样在负极材料中掺入了硅 硅碳负极需求预测 硅碳负极渗透率有望快速提升： 目前硅碳负极渗透率仍较低，随着硅碳负极材料价格下降，硅碳负 极技术的改进和对电池能量密度要求的提升，硅碳负极掺硅量 &硅碳负极装车量有望带动渗透率提升。 来源： GGII，石墨盟，前瞻产业研究院，新材料在线，中泰证券研究所 图表：硅碳负极需求及市场空间测算 35 2020 2021F 2022F 2023F 全球新能源汽车销量（万辆） 319.8 593 876.2 1136 全球动力电池总需求 (GWh） 146.55 268.85 433.08 586.34 动力电池负极材料总需求 (万吨 ) 23.5 37.4 54.5 70.3 硅碳负极渗透率 4.00% 6.00% 9.00% 12.00% 硅碳负极总需求 (万吨 ) 0.94 2.24 4.91 8.44 技术路线：硅碳、氧化亚硅各具优势 来源： 锂离子电池硅基负极材料研究与进展 ，中泰证券研究所 由于单硅基作负极材料会出现膨胀现象，导致电池内阻增加、容量快速下降，循环性能变差。为将其改性，从技 术路线上目前主要有两条路线：纳米硅 /炭复合材料；氧化亚硅复合材料。 （ 1）硅 /炭复合材料结合了硅高比容量与炭材料高导电、低膨胀、循环稳定等特点，具有出色的能量密度； （ 2）氧化亚硅复合材料相较于硅 /炭复合材料具有更小的体积效应和更加稳定的循环性能，应用更加广泛，在钢壳、 软包、方形铝壳等各类电芯中均可使用 。 36 图表：碳硅负极制备流程 图表：氧化亚硅制备流程 硅基负极工艺 /资本双高壁垒 来源： 2019贝特瑞硅碳负极扩建环评报告，中泰证券研究所 硅硅基负极相对于石墨负极材料的制备工艺复杂，大规模生产存在一定困难，且各家工艺均不同，产品目前没有 达到标准化，导致其价格一直居高不下，贝特瑞生产的硅基负极 2017-2019年单价分别为 20.8、 21.5、 23.1万元 /吨。 硅基负极材料的制备过程中多用到纳米硅粉，其生产对设备的要求极高，需要较大的资金投入且生产过程中能耗 较大，贝特瑞单万吨硅碳负极投资额达 10亿元，远高于人造石墨单万吨投资（约 1.7亿）。 37 图表：贝特瑞硅碳负极工艺流程示意图 0 2 4 6 8 10 12 石大胜华项目 1 科达洁能 石大胜华项目 2 贝特瑞 图表：厂商硅基负极投资成本（亿元 /万吨） 各厂商硅基产品参数 来源： 各公司官网公开数据，中泰证券研究所 图表：各厂商硅基产品参数 38 厂商 产品名称 D50(m) 振实密度 (g/cm3) 比表面积 (m2/g) 压实密度 (g/cm3) 0.1C容量 (mAh/g) 首次效率 (%) 贝特瑞 S400 15.0-19.0 0.8-1.0 1.0-4.0 1.5-1.8 400-499 92-94 S500 15.0-19.1 0.8-1.1 1.0-4.1 1.5-1.7 500-599 90-92 S600 15.0-19.2 0.8-1.2 1.0-4.2 1.4-1.7 600-650 89-90 S420-2A 14.0-18.0 0.8-1.0 =1.7 =420 91.5-93.5 S450-2A 13.0-17.0 0.8-1.0 =1.7 =450 90.5-92.5 S500-2A 13.0-17.0 0.8-1.0 =1.7 =500 89-91 杉杉股份 AS2 3.0-7.0 =1550 =75 G1S-C450 10.0-20.0 =450 =90 翔丰华 SG09 16.0-20.0 1.65-1.7 420 江西紫宸 Si/C 380mAh/g 17.0-19.0 0.85-0.95 1.4-1.6 375-385 90-92 Si/C 400mAh/g 15.0-17.0 0.85-0.95 1.5-1.7 395-405 89-91 Si/C 420mAh/g 14.0-16.0 0.75-0.85 1.7-1.9 415-425 87-89 Si/C 450mAh/g 17.0-19.0 0.75-0.85 1.9-2.1 440-460 86-88 Si/C 600mAh/g 12.0-14.0 0.65-0.75 2.9-3.1 590-610 83-85 正拓能源 SIC400 15.0-18.0 =1.0 1.0-2.0 =400 =91 SIC420 12.0-16.0 =0.9 1.0-2.0 =420 =91 SIC450 12.0-16.0 =1.0 1.0-2.0 =450 =90 中科星城 GCM-450 20.334 1.6 3.22 1.6 450 90.2 GCM-600 22.524 1.5 4.58 1.5 600 88.7 深圳斯诺 SN-SC1 20.0-23.0 0.8-1.0 1.0-3.0 1.6-1.7 =450 =87