深度分析：新能源電池產業(yè)鏈，行業(yè)格局的變化與機會

本文來源微信公眾號“方德港美股”。

邏輯看點：

1、鋰電四大材料負極格局最好

負極是鋰電池的主要組成部分，目前主流應用為人造石墨負極和天然石墨負極。負極材料占動力電池材料成本約為6%，相對較低。由于技術突破和行業(yè)屬性的影響，中國負極企業(yè)逐漸掌握了話語權，在全球中的占有率逐年提升，預計市占率未來將進一步提升至90%。相比于其他鋰電材料，負極行業(yè)集中度較高，競爭格局最好。

2、人造石墨性能差異大，高端人造石墨工藝復雜

人造石墨負極的原材料被分為煤系、石油系以及煤和石油混合系三大類格，原材料的種類繁多導致了負極性能的差異。普通人造石墨加工需要經過四大工序，而高端石墨需要更多的工序，存在一定的技術壁壘。

3、看好負極一線龍頭和二線海外供應

人造石墨負極主導高端消費和動力電池，國內動力以人造為主而海外動力仍以天然為主。隨著新能源汽車發(fā)展對動力電池需求的加大和人造石墨負極滲透率的上升，人造石墨需求增速逐年提升。目前，主流的負極企業(yè)均已經和各大電芯龍頭形成了綁定關系。

一、 四大材料，負極格局最好

1.1現(xiàn)有負極材料以石墨類碳材料為主

負極是鋰電池的主要組成部分，它是由負極活性物質、粘合劑和添加劑混合制成糊狀均勻涂抹在銅箔兩側，經干燥、滾壓而成。我們所談的負極材料主要指的是負極活性物質。

負極可分為碳材料和非碳材料兩大類，碳材料包括人造石墨、天然石墨、中間相碳微球和硬碳軟碳等，非碳材料包括硅基材料、錫基材料和鈦酸鋰等。

目前應用最廣的負極材料仍然是天然石墨和人造石墨兩大類(以天然石墨為基礎和其他負極材料摻雜形成的復合石墨），硅基等合金類負極材料雖然已開始在特斯拉/松下動力電池上應用，但仍處于推廣的初期，需求還比較有限。

中間相碳微球具備倍率性能優(yōu)異的特點，但是制備工藝復雜、產率低、成本難以下降，發(fā)展也比較受限。硬碳和軟碳在技術上還不夠成熟。

動力電池對循環(huán)壽命和安全性要求高，人造石墨是動力電池主流應用方向。

1.2負極成本占比低，競爭格局最好 在動力電池的材料成本中，負極占比約為7%，下游企業(yè)對負極價格的敏感程度較低，更看重穩(wěn)定的供貨能力。 在四大材料中負極的競爭格局最好，2019年CR3和CR5分別為57%和79%，頭部企業(yè)更加受益。其中天然石墨負極貝特瑞一家獨大，人造石墨負極以江西紫宸、東莞凱金、寧波杉杉三家分得63%的市場份額。

1.3負極全球格局好，日本企業(yè)將逐漸式微 從全球競爭格局來看，海外目前的負極公司僅有日立化成、三菱化學等兩家，而國內則有貝特瑞、杉杉、江西紫宸、凱金能源能多家公司，相比于電池、隔膜、正極材料等，石墨負極國內企業(yè)的市占率和出貨量占比最高，預計未來國內企業(yè)市占率繼續(xù)攀升到90%以上，原因是負極是高耗能以及技術密集型行業(yè)，中國企業(yè)會比較有優(yōu)勢。

二、 人造石墨負極工藝拆解 2.1鋰離子電池介紹

鋰離子電池由正負極、隔膜和電解液等組成，其中負極材料是影響鋰離子電池容量、循環(huán)和倍率（快充）性能發(fā)揮的關鍵因素之一。鋰離子電池作為一種充電電池，主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中，鋰離子在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌。負極跟電解液、銅箔接觸，充放電過程中體積會膨脹，并且會形成SEI膜，消化鋰離子，并影響首次充放電效率和循環(huán)壽命。

2.2負極材料性能指標多

負極材料作為動力電池的四大材料之一，可以通過多種參數(shù)對其性能進行評價。如首次效率、振實密度、真密度、壓實密度、面密度、比表面積、比容量等。負極材料的性能直接影響動力電池，其性能的優(yōu)良相應的體現(xiàn)在動力電池的關鍵性能中，如循環(huán)壽命性能、膨脹變形問題和倍率性能。

2.3人造石墨四大工序 人造石墨是將原材料和粘結劑進行破碎、造粒、石墨化、篩分而制成?；景拇蠊ば?，包括破碎、造粒、石墨化和篩分，四大工序又細分成十幾道工序，流程基本是一致的，但具體到每家企業(yè)、不同級別人造負極，其制備工藝又都會有一定的差異，如江西紫宸產品比較高端，在后段有碳化包覆。 人造石墨的四大工序中，破碎和篩分相對簡單，體現(xiàn)負極行業(yè)技術門檻和企業(yè)生產水平的主要是造粒和石墨化兩個環(huán)節(jié)。 而高端人造石墨，會多一些工序，例如二次造粒、碳化包覆、二次包覆、摻雜改性等。

2.4負極原材料種類多，不同原材料性能和價格差異性大 原材料：人造石墨的原材料分為煤系、石油系以及煤和石油混合系三大類。其中煤系針狀焦、石油系針狀焦以及石油焦應用最廣。 不同的焦，如石油系針狀焦和煤系針狀焦、國產焦和進口焦等，價格差別較大，也是成本控制關鍵點。 一般來講， 高比容量的負極采用針狀焦作為原材料，普通比容量的負極采用價格更便宜的石油焦作為原料，不同原材料是決定人造石墨性能的重要因素，影響人造負極比容量、循環(huán)壽命、倍率性和壓實密度等，如選用各向同性焦，能提高產品性能。目前行業(yè)趨勢是選用國產焦等低成本焦，通過工藝控制提升性能，降低成本，降本保質。 差異性：不同公司所用原料焦差異較大，造成成本、產品價格和性能差異性也大。 其中江西紫宸總經理馮蘇寧曾任職于鞍山熱能研究院，而該研究院是國內煤系針狀焦領域的領先單位，因此江西紫宸在原料焦選用上獨具慧眼，為研發(fā)高端人造負極產品和參股針狀焦企業(yè)打入堅實基礎。

2.5石墨化是成本差異化最大的環(huán)節(jié) 石墨化：石墨化是利用熱活化將熱力學不穩(wěn)定的碳原子實現(xiàn)由亂層結構向石墨晶體結構的有序轉化，因此，在石墨化過程中，要使用高溫熱處理（HTT）對原子重排及結構轉變提供能量。為了使難石墨化炭材料的石墨化度得到提高，也可以添加催化劑。 為了得到較好的石墨化效果，需要做好三個方面：

1、 掌握向爐中裝入電阻料和物料的方法（有臥裝、立裝、錯位和混合裝爐等），并能根據(jù)電阻料性能的不同調整物料間的距離； 2、 針對石墨化爐容量和產品規(guī)格的不同，使用不同的通電曲線，控制石墨化過程中升降溫的速率； 3、在特定情況下，在配料中添加催化劑，提高石墨化度，即“催化石墨化”。 差異性：不同品質的人造石墨，升降溫速率、保溫時間、催化劑等不一樣，預計所用石墨化爐類型不同，導致性能和成本差別比較大。脫離前后端工序的石墨化，特別是升降溫過程基本是程序化的，但石墨化時間長，設備投資大，因此較多委外處理，沒技術外泄風險。

三、 人造石墨負極展望 人造石墨負極循環(huán)性能好，能量密度高，在高端消費電池領域和動力電池領域應用場景較好， 2016-2019年人造石墨負極在動力和消費電池中的滲透率逐年提升。隨著新能源汽車行業(yè)的發(fā)展 和人造石墨在鋰電池中滲透率的提升，預計2020-2022年人造石墨的全球需求增速將逐年提升。

3.1 韓國消費鋰電廠家以天然石墨為主，中日廠家以人造石墨為主 對比17年和19年主要消費鋰電大廠的供應鏈，五家大廠可以分為兩個陣營，三星、LG都是以天然石墨為主的消費電芯廠，而索尼、松下和 ATL則是以人造石墨為主的，過去三年這一點沒有發(fā)生變化，LG、索尼的人造/天然石墨采購比例基本沒有變，三星、ATL均適度加大了人造石墨的采購比例，是因為隨著紫宸率先導入二次造粒、包覆等工藝，膨脹系數(shù)、壓實密度和容量，性能大幅好于天然石墨和傳統(tǒng)工藝人造石墨，且大幅領先于競爭對手，包括日企，而消費電子特別是小軟包電池對負極性能要求最高，因此率先大幅導入，并占領市場大部分份額。 松下由于特斯拉model3 所用21700圓柱負極中天然石墨占比高，因此其天然石墨占比在提升。還可以看到，進入消費電池海外供應鏈的，只有貝特瑞、杉杉股份和江西紫宸(璞泰來)。

3.2消費軟包電池負極以人造石墨為主，圓柱電池以天然石墨為主 那么為什么三星、LG以天然石墨為主，而索尼和ATL則選擇了人造石墨呢？這與其電池的封裝類型有關，三星、LG的出貨結構中，圓柱電池占絕對的主力；索尼和ATL則是以軟包電池為主。

圓柱電池的特點是鋼殼封裝，即使負極發(fā)生了膨脹，也頂不破鋼殼，因此喜歡價格便宜的天然石墨；軟包電池則是較軟的鋁塑膜封裝，如果使用天然石墨，第一膨脹會比較大，第二與電解液的相容性不好，容易產氣，導致鋁塑膜破裂，所以軟包電池大部分是使用人造石墨。三星、LG近年來加大了人造石墨的用量，也是因為其出貨結構中軟包電池的比重在變大。

3.3海外動力以天然石墨為主，國內動力以人造石墨為主 再來看17年和19年主要動力電池大廠的采購比例，我們列出5家企業(yè)：三星、LG、AESC、CATL和比亞迪：(松下的動力和消費是合并統(tǒng)計的， 因為用的都是18650和21700圓柱電池，參照上表），和消費不同，日韓的動力大廠，除了松下外，絕大部分還是以天然石墨為主的。

只有LG在2019年采購一部分璞泰來、日立化成和杉杉的人造石墨，三星采購少量貝特瑞的人造負極，AESC還是100%的天然石墨，這是因為韓國企業(yè)對電池體系理解比較好，電解液配方能力強，天然石墨形成的SEI質量好，使得低成本的天然石墨，循環(huán)壽命也夠用，但隨著動力對膨脹性能和快充性能要求越來越高， 韓國企業(yè)負極從天然石墨切換到人造石墨將加快，如LG在加快導入人造石墨，因其是大軟包電池，對膨脹系數(shù)要求非常高。

3.4高端消費和動力電池由人造石墨主導，低端由天然石墨主導 消費市場方面，軟包和快充圓柱電池的滲透率預計還將繼續(xù)提升，有利于人造石墨提升滲透率。 歷史上來看，2010年到2017年，軟包電池的滲透率都是在提升的，而方形電池則顯著下降，圓柱電池的增量主要是來自于特斯拉，這部分用的人造石墨和天然石墨混合。 動力市場方面，由于人造石墨在長循環(huán)壽命和快速充放電兩方面的優(yōu)勢，預計海外日韓動力電池企業(yè)也將從天然石墨逐漸轉向人造石墨，且由于LG用的是軟包技術路線，模組變大帶來的電芯尺寸變厚變長，對膨脹系數(shù)要求更高，將會快速從天然石墨切換到人造石墨。 例如，LG化學在ZOE中將人造石墨的用量提高到了50%，而大眾MEB平臺590模組，將以人造石墨為主。而國內，高鎳三元還是配套人造負極，而預計隨著磷酸鐵鋰滲透率提升，且國內電池廠對材料理解進一步加深，天然石墨滲透率會提升。

（編輯：陳秋達）