锂电负极材料,未来提高盈利能力的关键在哪?

材料每日新鲜报 2023-02-16
2165 字丨阅读本文需 6 分钟

负极材料是锂离子电池在充电过程中,锂离子和电子的载体,起着能量的储存与释放的用途,是锂离子电池的重要原材料之一。根据浙商证券预测,预计2024 年全球锂电负极材料需求量将达159万吨。

一、负极材料产品类型

负极材料是锂离子电池的关键材料之一,占锂电池成本约10%。锂电池负极材料在锂电池中起储存和释放能量的作用,主要影响锂电池的首次效率、循环性能等。锂电池负极材料由碳系或非碳系材料等负极活性物质、粘合剂和添加剂混合制成糊状胶合剂,均匀涂抹在铜箔两侧,经干燥、辊压而成。

锂电池负极材料根据其负极活性物质的不同可分为碳系和非碳系负极材料两大类:1)碳系材料可以分为石墨、硬碳、软碳和石墨烯等负极材料,石墨烯负极材料又可进一步分为天然石墨、人造石墨、复合石墨和中间相碳微球。其中,天然石墨和人造石墨的应用最为广泛,2020年出货量合计占负极材料的99%;2)非碳系材料分为硅基材料、锡基材料、钛基材料(钛酸锂)和金属锂(全固态锂电池负极材料)等。由于人造石墨在循环性能、安全性能、充放电倍率等性能表现上均优于天然石墨,且成本与克容量均与天然石墨接近,成为目前锂电负极材料的主流选择。碳硅负极由于具备高比容量(理论比容量是石墨的十倍)、高安全性与低脱嵌电位成为下一代负极材料首选,但目前产业化仍面临较大阻碍。

二、负极材料市场市占率

从整个发展历史来看,全球锂电池负极材料的行业集中度非常高,主要集中在中国与日韩。

2000年之前日本负极供应占全球95%以上,随着中国实现技术突破,并建立成本优势,中国实现负极材料石墨化弯道超车,目前已成为负极材料的主要产出国。2021年中国负极材料全球占比上升至85%。截至2021年底,全球负极厂商名义总产能110万吨,中国负极厂商总产能达94万吨,韩国、日本总产能16万吨。

中国的负极厂商以贝特瑞、杉杉股份、璞泰来等为代表,韩国负极厂商以浦项制铁为代表,日本负极厂商以日立化成为代表。

贝特瑞是负极材料市场的绝对龙头。从历史来看,贝特瑞依靠天然石墨和人造石墨两条腿并进一直占据国内负极材料出货第一的位置。第二档梯队是璞泰来、杉杉股份、凯金能源,这三家市占率差不是很大,2019年CR4达74%,2020年CR4 达 66%,2021年CR4达64%,负极行业龙头格局明显。随着翔丰华、中科电气、尚太科技等三线企业的新增产能增幅较大,总体市场集中度呈现出下降的趋势。

国内负极材料企业强者恒强,出货最多的前四依然是贝特瑞、杉杉、璞泰来、凯金,年度出货量均突破8万吨。中科电气、尚太科技、翔丰华三小也在逐步赶上前四大巨头,特别是翔丰华,已经对凯金能源的市场地位造成一定冲击。从产量来看,负极材料市场已经形成“四大三小”局面

三、未来:降低石墨化成本成关键

石墨化是负极供应链中最关键的环节之一,其产能直接影响负极最终产能,价格波动对市场与赛道内企业也有着十分明显的影响。

石墨化是标准的高温、高能耗的生产工艺,导致能源成本在总成本中的占比非常高,约有40%~60%左右。高耗能的特性也导致在近年对能耗管理趋严的政策风向下,石墨化生产受“双控”影响产能无法充分利用,新增产能难获批的问题。

石墨化工序按生产的连续性区分,可分为间歇式生产与连续式生产两种:

间歇石墨化:石墨化过程中物料装炉后不移动,经过升温、石墨化、降温等过程后断电出炉;

连续石墨化: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。

以加工设备区分,石墨化可分为坩埚炉,包括艾奇逊炉和内热串接炉两种,箱式炉以及连续炉。坩埚炉与箱式炉均属间歇式工艺,连续炉则名副其实。

坩埚炉是石墨化当前主流生产工艺,艾奇逊炉则是最常用的坩埚炉。该工艺难度不高,技术非常成熟,被行业内企业大量使用,但能耗比较高,也不够环保,不符合当下的经济发展模式。

箱式炉由坩埚炉升级改造而来,有效容积及使用效率明显高于坩埚炉,但总耗能提升不大,从而实现单位电耗的大幅下降。换言之,箱式炉的生产效率更高,相对能耗更低,更为环境友好。箱式炉的缺陷在于技术壁垒高,需要在生产过程中精确控制各项参数,对制造商的工艺水平和生产经验提出更多要求,目前仅被负极行业的少数头部企业熟练使用。

连续式石墨化则代表着产业未来的发展方向。相较于间歇式工艺,连续式石墨化生产过程中没有断电,工序简单且生产周期短,可节省大量中间环节人力、物力以及成本支出;热量利用高,单位能耗更低;生产过程中的废弃物可集中处理,更加环境友好,符合产业升级需求。连续式的缺陷在于炉内温度比较低导致石墨化程度低,最终产品性能与间歇式有差距,无法满足下游需求,当前仅能应用于较为低端领域,且设备维护和折旧费用较为昂贵,一些工艺环节也不够完善,总之就是量产技术亟待突破,尚未进入大规模应用。

上文提到,石墨化在人造石墨中的成本占比可达40%~60%,降低石墨化成本就成了负极生产商提高盈利能力的关键,而这催生的产业趋势就是“一体化”。

所谓“一体化”就是指负极企业整合自身供应链,自建石墨化产能。由于石墨化工艺比较独立,且设备投资需求大,生产周期长(一个周期一般要20-30天),但工艺并不复杂,所以早期的负极企业主要以外协生产的方式进行石墨化。但这种模式在近年受下游锂电池需求暴涨影响,负极需求同步上扬,而作为生产流程中关键环节的石墨化产能不足,供需紧张,加工费开始快速增长,明显挤压了大部分自给率不高的负极企业的利润空间,原本为了节约成本的规划反而开始削弱企业盈利能力,最终导致2021年整个负极行业整体的毛利率下行。

在这样的因素驱动下,负极企业纷纷开始收购或自建石墨化产线,减少外协生产,开始着力提高自供能力,从而实现降本,增强盈利能力,以及保障供应链。这正是当下负极行业最重要的发展趋势之一,也很可能是未来负极企业的核心竞争力之一。

文章来源: ​雪球,锂电动态,深企投

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