2022年锂电负极材料行业深度分析报告.pdf
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1、2022年锂电负极材料行业深度分析报告正文目录1.负极材料种类丰富,性能衡量指标多样.52.电动化带动需求扩张,中国龙头加速全球供应.82.1.持续深耕实现国产化,中国龙头优势显现.82.2.下游需求持续扩张,总量增长确定性强.103.行业具备多层壁垒,格局向“四大多小”演变.163.1.资金和技术构成进入门槛,行业壁垒较高.163.2.“三大多小”格局向“四大多小”格局演进.174.保供降本为短期诉求,技术迭代为行业主旋律.184.1.石墨负极应用分化,硅基材料潜力较大.184.2.主流厂商积极布局“一体化”,石墨化技术有望加速迭代.195.行业重点公司梳理.265.1.璞泰来:人造石墨龙头
2、,工艺技术行业领先.265.2.贝特瑞:天然石墨龙头,硅基负极领先者.275.3.杉杉股份:综合锂电龙头,加速产能布局.285.4.中科电气:负极领域新星,一体化产能布局加速.295.5.福鞍股份:携手负极龙头贝特瑞,进军人造石墨高景气赛道.305.6.翔丰华:国内纯正负极新贵,加速扩产放量.316.风险提示.32图表目录图 1:锂电池成本结构(单位:%).5图 2:2019年负极材料占NCM811电芯成本(单位:%).5图 3:2 019年负极材料占铁锂电芯成本(单位:%).5图 4:负极材料主要分类.6图 5:2020年全球负极材料市场格局(单位:%).10图 6:2016-2020年中国
3、和全球负极材料产量及中国占比(单位:万吨、%).10图 7:2020年锂电池下游应用占比(单位:%).10图 8:2020年锂电池下游应用出货量(单位:GWh).10图 9:2015-2021我国负极材料出货量及同比增长(单位:万吨、%).11图 10:2015-2020我国负极材料市场规模及同比增长(单位:亿元、%).11图 II:2013-2021H1年全球智能手机销量(单位:亿台).11图 12:2013-2021H1全球P C 出货量(单位:亿台).11图 13:2013-202H1年我国智能手机出货量(单位:亿台).12图 14:2018-2020年全球可穿戴智能设备出货量(单位:亿
4、台,亿块).12图 15:2014-2023E全球数码电池需求量及增速(单位:GWh.%).12图 16:2014-2023E中国数码电池需求量及增速(单位:GWh、%).12图 17:2019年中国储能市场份额(单位:%).13图 18:2020年中国储能市场份额(单位:%).13图 19:2013-2020年中国电化学储能累计装机规模(单位:MW、%).13图 20:2019年我国电化学储能应用场景占比(单位:%).13图 21:2020年中国已投运电力储能项目类型分布情况(单位:%).14图 22:2010-2020年全球锂离子电池组平均价格及同比增速(单位:$/KWh、%).14图 2
5、3:2017-2020中国储能锂离子电池出货量(单位:GWh,%).14图 24:2015-2021全球新能源汽车销量及同比增速(单位:万辆、%).15图 25:2015-2021中国新能源汽车销量及同比增速(单位:万辆、%).15图 26:2020-2021负极材料市场集中度(单位:%).17图 27:2020年负极材料TOP7企业销量(单位:万吨).17图 28:2020年我国天然石墨主要企业市占率(单位:%).18图 29:2021年我国天然石墨主要企业市占率(单位:%).18图 30:2020年我国人造石墨主要企业市占率(单位:%).18图 31:2021年我国人造石墨主要企业市占率(
6、单位:%).18图 32:2014-2021年人造石墨出货量及占比(单位:万吨、%).19图 33:2014-2021年天然石墨出货量及占比(单位:万吨、%).19图 34:2015-2020年我国珪基负极材料出货量及同比增长(单位:万吨、%).19图 35:2019E-2025E全球硅基负极材料需求量(单位:万吨).19图 3 6:江西紫宸人造石墨工艺流程图.20图 37:2020年江西紫宸人造石墨成本结构(单位:%).21图 38:2020年江西紫宸石墨化成本结构(单位:%).21图 39:2021年中国锂电负极石墨化产能分布(单位:%).21图 40:2021年中国锂电负极材料产能分布(
7、单位:%).21图 4 1:石墨化加工费自2020年 12月以来不断走高(元/吨).23图 4 2:受石墨化加工费影响人造石墨负极价格不断上涨(单位:元/吨).23图 4 3:主要人造石墨厂商的月度排产受限于石墨化不足(单位:吨,%).24图 44:2016-2021璞泰来营业收入及同比增长(单位:百万元、%).26图 45:2016-2021璞泰来归母净利润及同比增长(单位:百万元、%).26图 46:2021年璞泰来营收结构(单位:%).27图 47:2016-2021璞泰来销售毛利率(单位:%).27图 48:2016-2021贝特瑞营业收入及同比增长(单位:百万元、%).27图 49:
8、2016-2021贝特瑞归母净利涧及同比增长(单位:百万元、%).27图 50:2021年贝特瑞营收结构(单位:%).28图 51:2016-2021贝特瑞销售毛利率(单位:%).28图 52:2016-2021杉杉股份营收及同比(单位:百万元,%).28图 53:2016-2021杉杉股份归母净利润及同比(单位:百万元,%).28图 54:2021年杉杉股份营收结构(单位:%).29图 55:2016-2021杉杉股份毛利率(单位:%).29图 56:2016-2021Q1-3中科电气营收及同比(单位:百万元,%).29图 57:2016-2021Q1-3中科电气归母净利润及同比(单位:百万
9、元,%).29图 58:2021H1中科电气收入构成(单位:%).30图 59:2016-2021Q1-3中科电气毛利率(单位:%).30图 60:2016-2021Q1-3福鞍股份营业收入及同比增长率(单位:百万元,%).30图 61:2016-2021Q1-3福鞍股份归母净利润及同比增长率(单 位:百 万 元,%).30图 62:2021H1年福鞍股份收入构成(单位:百万元,%).31图 63:2016-2021Q1-3年福鞍股份销售毛利率(单位:%).31图 64:2016-2021翔丰华营收及同比(单位:百万元,%).31图 65:2016-2021翔丰华归母净利润及同比(单位:百万元
10、,%).31图 66:2021年翔丰华营收结构(单位:%).32图 67:2016-2021翔丰华销售毛利率(单位:%).32表 1:负极材料主要性能指标及介绍.6表 2:锂电池负极材料特性对比(单位:rnAh/g,%,次).7表 3:不同类型负极材料优缺点、应用领域及发展方向对比.8表 4:第一阶段锂电负极国产化进程中的重要突破.8表 5:第二阶段锂电负极国产化进程中的重要突破.9表 6:第三阶段锂电负极国产化进程中的重要突破.9表 7:铅酸电池与磷酸铁锂电池性能对比情况.14表 8:三大运营商5G 建设计划(单位:亿元、万个).15表 9:全球锂电池负极材料需求测算(单位:万辆,KWh/辆
11、,G W h,万吨).16表 1 0:主要负极企业客户资源.17表 1 1:负极生产各大生产环节.20表 12:2021年负极材料投资扩产项目汇总(单位:亿元,万吨).22表 1 3:主要人造石墨厂商产能及石墨化自供率梳理(单位:万吨,%).24表 1 4:直流艾奇逊炉与内热串接石墨化炉的技术对比(单位:。(:,kWh/t,%).25表 1 5:三种石墨化工艺的产品性能对比(单位:%,mAh/g,m2/g).26表 1 6:行业重点公司盈利预测与估值(单位:亿元、元/股、倍).321.负极材料种类丰富,性能衡量指标多样负极材料是锂离子电池的重要组成部分。锂电池主要由正极、负极、电解液和隔膜组成
12、,负极材料主要影响锂电池的容量、首次效率、循环性能等。锂离子电池作为一种快充电池主要依靠锂离子在正极和负极之间快速移动来工作,在充放电过程中,锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌。负极材料由负极活性物质、粘合剂和添加剂混合制成糊状均匀涂抹在铜箔两侧,经干燥、滚压形成。负极材料在动力电池成本的占比约为5%15%.在NCM811电芯中,负极材料占电芯成本约为7.85%;在铁锂电芯中,负极材料占电芯成本约为6.07%.图1:锂电池成本结构(单位:%)正极材料 40%资料来源:翔丰华公告,浙商证券研究所图2:2019年负极材料占NCM811电芯成本(单位:%)资料来源:翔丰华公告,浙商证券研究所图3:2
13、019年负极材料占铁锂电芯成本(单位:%)资料来源:翔丰华公告,浙商证券研究所负极材料主要分为碳材料和非碳材料两大类.伴随技术的进步,目前锂离子电池负极材料已经从单一的人造石墨发展到了多种负极材料共存的局面.负极材料主要可以分为碳材料和非碳材料两大类,碳材料主要包括石墨类、石墨烯类和无定型类;非碳材料主要包括锡基材料、钛基材料、氮活材料和硅基材料。图4:负极材料主要分类天*6届资料来源:凯金能源公告,浙商证券研究所负极材料性能衡量指标多样.相对于锂电其他材料,负极材料的性能评价维度更加多元,反映负极材料性能的指标主要有比容量、首次效率、循环寿命、倍率性能、压实密度、振实密度、真密度、比表面积等
14、。比容量是指单位质量的活性物质所能够释放出的电量;首次效率是指首次放电效率,通过第一次充放电循环放电容量除以充电容量计算得出;倍率性能是衡量电池充放电能力的一项指标;比表面是指单位质量物体具有的表面积,是倍率性能的重要影响因素;压实密度是指负极活性物质和粘结剂等制成极片后,经过辐压后的密度,是影响比容量的重要因素;振实密度是依靠震动使得粉体呈现较为紧密的堆积形式下的密度;循环寿命循环则与膨胀是具有正相关关系,负极膨胀后,会导致循环性能变差。表1:负极材料主要性能指标及介绍I 性能指标具体介绍比容量是指单位质量的活性物质所能够释放出的电量。首次效率是指首次放电效率,通过第一次充放电循环放电容量除
15、以充电容量计算得出,由于部分锂离子从正极脱出并嵌入负极后,无法重新回到正极参与充放电循环,形成SEI膜,或者不可逆嵌锂,导致首次充放电效率不是100%。倍率性能是衡量电池充放电能力的一项指标。电池充放电倍率越高,通过意味着电池功率越大,充放电速度越快。比表面是指单位质量物体具有的表面积,颗粒越小,比表面积就会越大。小颗粒、高比表面积的负极,锂离子迁移的通道更多、路径更短,倍率性能就比较好,但由于与电解液接触面积大,形成SEI膜的面积也大,首次效率也会变低,大颗粒则相反.压实密度是指负极活性物质和粘结剂等制成极片后,经过褪压后的密度,压实密度=面密度/(极片碾压后的厚度减去铜箔厚度).压实密度越
16、高,单位体积内的活性物质越多,比容量也就越大,但同时孔隙也会减少,电解液浸润性降低,不利锂离子嵌入和脱出,反而不利于容量的增加.真密度是指材料在绝对密度状态下(不包括内部空隙),单位体积内固体物质的重量。由于真密度是密实状态下测得,会高于振实密度。振实密度和真密度是针对负极,压实密度则针对的是极片.振实密度是依靠震动使得粉体呈现较为紧密的堆积形式下的密度。循环寿命循环性能与膨胀是正相关关系,负极膨胀后,会造成卷芯变形,负极颗粒形成微裂纹甚至颗粒脱落,SEI膜破裂重组,消耗电解液中的锂离子,循环性能变差。资料来源:C N K I,浙商证券研究所各类负极材料各具优势,不同性能指标难以兼顾。从具体的
17、性能指标来看,目前硅碳复合材料理论比容量最大,可 超 过 lOOOmAh/g,碳材料中的硬碳比容量也相对较高;首次效率方面,非碳材料钛酸锂可到达9 9%,接近理论极限,天然石墨和人造石墨均可到 达 90%以上,而硅碳复合材料首次效率则相对较低;循环寿命方面,碳材料基本都在1000次以上,非碳材料中,钛酸锂循环性能最强可到达30000次,而硅碳复合材料仅在300-500次之间。安全性方面,碳材料基本处于居中水平,非碳材料中钛酸锂安全性最好,硅基负极材料较差;快充方面,钛酸锂仍然表现较好。整体上,不同材料各具优势,不同性能指标难以全部兼顾,碳材料中的人造石墨和天然石墨综合性能优异;非碳材料的钛酸锂
18、比容量较差其他性能优势明显;而硅基复合材料的理论比容量具备绝对优势,其他性能仍有待改良。表2:锂电池负极材料特性对比(单位:mAh/g,%,次)1项目类型比 容 量(mAh/g)首次效率循环寿命(次)安全性快充特征技术天然石墨340-37090%1000一般一般成熟人造石墨310-36093%1000一般一般成熟碳材料中间相炭微球300-34094%1000一般一般成熟石墨烯400-60030%1000一般差不成熟软碳230-27080%1000一般好一般硬碳500-70080%1500一般好一般非碳材料钛酸锂硅碳复合材料165-17099%30000最高最好不成熟 100084%300-50
19、0差差不成熟资料来源:凯金能源公告,浙商证券研究所石墨类材料综合性价比较高,硅基材料极具应用潜力.目前,碳材料中的人造石墨和天然石墨是市场的主流负极材料。相比于其他类型锂电池,石墨类电池的技术及配套工艺更成熟,且原料来源广泛,价格便宜,综合性价比方面具备优势,是目前的主流材料.但伴随对锂电池性能需求的提升,石墨类材料的劣势也开始显现,比容量成为其短板,天然石墨比容量已基本达到理论上限。在这种背景下,克容量远高于其他材料的硅基负极材料应运而生,硅基材料也因为更为优异的比容量被视为未来极具应用潜力的负极材料.但在锂电池充放电过程中,硅发生的体积变化很大,导致材料粉化、内阻增加,失去电接触,容量衰减
20、较快,并且新型负极材料与其他锂电材料存在一定的匹配问题,其规模化应用仍然存在一定障碍。表3:不同类型负极材料优缺点,应用领域及发展方向对比类型优点缺点应用领域发展方向天然石墨技术及配套工艺成熟,成本低比能量已到极限,循环性能及倍率性能较差,安全性能差钢壳、铝壳,聚合物,圆柱等锂离子电池低成本化,改善循环人;土 N里技术及配套供应成熟,循比能量低,倍率性能较各类长循环方形、圆柱、提高容量,低成本化,降低环性能好差,安全性能差聚合物电池内阻中间相炭微球技术及配套工艺成熟,倍率性能好,循环性能好比能量低,安全性能较差,成本高E V、HEV、电动工具、储能、消费电子类电池提高容量,低成本化石墨烯电化学
21、储能性能优异,充电速度块,可提高锂电池的负载能力技术及配套工艺不成熟,成本高-低成本化,解决与其他材料的配套问题钛酸锂倍率性能优异,高低温性能优异,循环性能优异,安全性能优异技术及 配套工艺不成熟,成本高,能量密度低动力型锂离子电池、储能型锂离子电池、超级电容器解决钛酸锂与正极、电解液的匹配问题,提高电池能量密度硅碳复合材料理论比能量高技术及配套工艺不成熟,成本高,充放电体积变形,导电率低超高容量锂离子电池低成本化,解决与其他材料的配套问题资料来源:凯金能源公告,浙商证券研究所2.电动化带动需求扩张,中国龙头加速全球供应2.1.持续深耕实现国产化,中国龙头优势显现日本率先实现锂电商业化,是负极
22、早期全球龙头。日本是率先实现锂电商业化的国家,在 20 0 0 年以前,日本企业在负极市场的全球占有率达到9 0%以上,是负极早期的全球龙头。但我国自2 0 世 纪 9 0 年代起,负极行业开始起步,并经历了跨越式的发展,实现了负极材料的进口替代.我国负极材料起步于中间相炭微球,逐步实现进口替代.在技术研发方面,1 9 9 7 年,鞍山热能研究院首先研发出中间相炭微球,实现小规模试产;1 9 9 9 年,杉杉股份与鞍山热能研究院成立合资公司,从事负极材料的研发、生产和销售,在国内实现负极材料的商用推广;20 0 1 年,杉杉股份实现中间相炭微球的规模化生产,开始国产化替代,取代日本成为国内中间
23、相炭微球主要供应商.表4:第一阶段锂电负极国产化进程中的重要突破时间 锂电负极国产化进程中的重要发展1997年 鞍山热能研究院首先研发出中间相炭微球,中国锂电池负极材料的研制成功.1999年 杉杉股份与鞍山热能研究院联合成立合资公司,中国锂电负极材料进入商业化阶段.2001年 杉杉股份实现中间相炭微球的规模化生产,开启国产替代化进程。资料来源:头豹研究院,浙商证券研究所锂电行业跨越式发展的十年,中国企业崭露头角。2001-2010年,是我国锂电负极行业跨越式发展阶段。期间,3 c 数码领域开始大规模采用锂电池供能,中间相炭微球受限于比容量较低、价格较高,逐步退出主流应用场景,取而代之的是比容量
24、及成本占优的石墨材料.2003年,贝特瑞成功以天然鳞片石墨为原料开发出球形石墨并实现产业化,完成了天然石墨的改性工作。通过不断创新和工艺改进,贝特瑞天然石墨材料比容量达到 360mAh/g,性能水平国际领先。2005年,杉杉股份成功研制出新型人造石墨材料,成为中国人造石墨领域的龙头企业。至 2010年,贝特瑞负极材料出货量全球第一,成为全球天然石墨领域的龙头企业.表5:第二阶段锂电负极国产化进程中的重要突破时间 锂电负极国产化进程中的重要发展2(X)3年 贝特瑞成功以天然鳞片石墨为原料开发出球形石墨并实现产业化,完成了天然石墨的改性工作.2005年 杉杉股份成功研制出新型人造石墨材料,成为中国
25、人造石墨领域的龙头企业.2010年 贝特瑞负极材料出货量全球第一,成为全球天然石墨领域的龙头企业.资料来源:头豹研究院,浙商证券研究所消费锂电市场步入成熟期,新能源汽车为动力锂电带来新机遇。2011年之后,传统的 3 c 数码市场逐渐步入成熟期,数码锂电需求增速放缓,但新能源汽车的迅猛发展为锂电产业带来了新的发展机遇。在这一阶段,江西紫宸成为行业新星,其 依 靠 FSN-1.G1系列产品在高端人造石墨实现突破,获得迅速发展。负极材料由于技术成熟度和综合性能优势,在锂电市场上得到广泛应用。表6:第三阶段锂电负极国产化进程中的重要突破时间锂电负极国产化进程中的重要发展2011年 新能源汽车产业开始
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