20220801-方正证券-电力设备与新能源行业：锂电负极材料一体化、大宗化、新技术产业化.pdf

P 1证券研究报告电力设备与新能源行业/行业专题报告2022 年 8 月 1 日锂电负极材料：一体化、大宗化、新技术产业化分析师：张文臣 登记编号：S1220522010003分析师：刘晶敏 登记编号：S1220522010004分析师：周涛 登记编号：S1220522010002分析师：方杰 登记编号：S1220522030001联系人：申文雯P 2核心观点负极材料是锂离子电池的核心材料之一。在锂电池充放电过程中，负极作为载体负责储存并释放锂离子并使电流从外电路通过。负极材料占锂电池制造成本的5%15%，三元电芯的负极材料成本占比约7%。新型负极材料有硅基负极和硬碳等，硅基负极搭配高镍三元正极材料成为未来高端长续航锂电池发展趋势。1）硅基负极材料主要优势是超高理论比容量（4200mAh/g）、低脱嵌锂电位（0.3V-0.5V）、硅资源储量丰富、低成本等；主要缺点是低导电率和易体积膨胀。为解决上述缺点，目前主要通过掺杂碳系石墨和改性的方法来优化材料性能，例如硅氧复合材料和硅碳复合材料。除优化材料性能外，电池体系优化路径也在研究中。2）硬碳的可逆比容量较高（500700mAh/g），并拥有极佳的低温倍率性能和优异的电解液兼容性，是最具有潜力的负极材料之一。负极材料产品结构以人造石墨为主，天然石墨为辅。2021年人造石墨、天然石墨出货量占比分别为84%、14%。人造石墨成本方面，原材料价格和石墨化费用（石墨化成本中电费占比高）上涨等因素均使其成本持续攀升，降本成为企业主要盈利手段。我们认为目前主要有三种降本措施：1）一体化产能建设，通过向上游延伸和提高石墨化自供比例达成；2）厢式炉工艺替代传统的艾奇逊炉工艺，以降低石墨化的单位耗电量；3）降低电价成本，将石墨化产能建在电费更低的地区。负极材料下游消费端需求持续扩张。全球负极材料需求2025年有望达到241.41万吨，其中动力电池、储能电池、消费电池的用量预计分别为196.89、30.56、13.96万吨。投资建议：拥有更高端负极材料产品（360mAh/g+）、一体化产能建设更快、下游配套客户更好的公司将拥有核心竞争力及更强的盈利能力。建议关注：贝特瑞、杉杉股份、璞泰来、中科电气、翔丰华、尚太科技、索通发展。风险提示：下游需求不及预期；上游原材料价格持续大幅上涨，行业降本不及预期；新技术发展应用不及预期等。bYeWbVxXnNnO6M9R9PtRqQnPmOeRnMmMiNoMtMaQnPsRxNmRoOxNoNpQP 31.锂离子电池负极材料介绍及行业格局2.新型负极材料技术与未来3.石墨负极材料行业现状与发展趋势4.负极材料市场空间广阔，下游消费端产品需求持续扩张5.负极产业链核心公司分析6.投资建议与风险提示目录P 41.1 锂离子电池四大主材之一：负极材料资料来源：WIND，钜大锂电，方正证券研究所测算负极材料是锂离子电池四大核心材料之一。锂电池负极主要由负极活性物质碳材料或非碳材料、粘合剂和添加剂混合制成，涂抹于铜箔的两侧，后经干燥、滚压等工序加工完成。在锂电池充放电过程中，受电极电压作用，正极中的锂离子发生“嵌入”和“脱嵌”电化学反应，负极作为载体负责储存并释放锂离子并使电流从外电路通过。根据锂电池类型和应用场景的不同，在负极材料选择和成本上也存在差异。平均来看，负极材料占锂电池制造成本的5%15%不等，以三元锂电池为例，我们通过对原材料价格测算得出负极材料的占比为7%。电流正极负极电子隔膜锂电池工作原理示意图三元锂电池成本构成正极负极隔膜方形电池内部结构正极61%电解液13%负极7%隔膜4%其他15%P 5资料来源：华经情报网，前瞻产业研究院，凯金能源招股说明书，方正证券研究所锂电池负极材料分类 锂电池负极主要分为碳材料和非碳材料两大类。人造石墨和天然石墨是目前最主流的两大石墨类碳材料负极，复合石墨与中间相碳微球经过掺杂改性和化合物处理加工制成；无定形碳和碳纳米材料石墨烯也同属碳材料负极。非碳材料涵盖硅基、钛基、锡基、氮化物和金属锂，这类新型负极目前仍处研发或小规模生产阶段，尚未实现商业化。锂电池负极上游原材料主要为石油焦、沥青焦、针状焦等焦类化工产品及石墨矿等天然矿类；中游为各类负极材料的生产加工；产业链下游覆盖新能源汽车动力电池、消费电池和储能电池三大领域。锂电池负极产业链1.2 负极材料分类及产业链P 6资料来源：凯金能源招股说明书，方正证券研究所1.3 负极材料核心指标对比锂电负极材料性能对比天然石墨人造石墨中间相碳微球石墨烯硅基复合材料钛酸锂克容量(mAh/g)340-370310-360300-340400-6004200165-170首次/库伦效率(%)90%93%94%30%84%97%循环寿命(次)10001500100010300-35030000工作电压0.2V0.2V0.2V0.5V0.3-0.5V1.5V快充性能一般一般一般差优优倍率性能差一般优差一般优安全性良好良好良好良好差优成本低低较高高高高发展方向低成本化、改善循环提高容量、低成本化、降低内阻提高容量、低成本化低成本化、优化材料配套问题低成本化、优化材料配套问题解决钛酸锂与正极、电解液的匹配负极材料对锂电池的容量、能量密度、充电效率、循环寿命、安全性等核心指标均产生直接影响。天然石墨和人造石墨成本较低、生产技术和配套设施完善、石墨类材料稳定性较高，占据负极市场主导地位。但由于天然石墨和人造石墨克容量已应用至材料理论极限，因此以硅基负极为主的高容量新型负极材料正成为主要的研究和发展方向。负极克容量指每克负极活性物质所能释放出的电量，这一指标决定了电池整体的比容量和能量密度。硅基负极理论比容量可达4200毫安时每克，使其成为高能量密度锂电池负极材料的最佳之选。首次效率是指电池首次充放电过程中，放电容量与充电容量的百分比。首次效率越低则代表首次充电时会形成固体电解质（SEI）膜并消耗大量来自正极材料的活性锂，降低电池容量。钛酸锂对锂电位为1.5V，首次充电不形成SEI膜，是当下首次效率最高的负极材料。循环寿命和安全性是需求端关注的重要指标。钛酸锂在电池循环过程中不会析锂，材料稳定性强，在循环寿命和安全性表现突出。快充性能和倍率性能主要指锂离子快速从正极嵌入和脱嵌并不产生锂离子沉积的能力。也决定了电池的充电速率和低温下的性能表现。P 7贝特瑞19%杉杉股份11%璞泰来11%凯金能源10%尚太科技8%中科电气7%其他34%主要负极材料企业人造石墨负极天然石墨负极硅基负极资料来源：WIND，中投产业研究院，各公司年报，高工锂电，鑫椤咨询，方正证券研究所1.4 负极材料竞争格局：龙头企业率先布局新型负极材料、二线企业份额提升2021年中国负极材料市场格局2021年全球负极材料市场格局贝特瑞21%杉杉股份12%璞泰来12%凯金能源11%尚太科技9%中科电气8%翔丰华5%其他22%锂电负极行业集中度高，龙头企业率先研发生产新型负极材料；第二梯队厂商专攻人造石墨负极，企业市占率稳步提升。国内一线负极材料企业市场占有率较为集中，CR3和CR5分别达到45%和65%。负极龙头企业贝特瑞、杉杉股份、璞泰来凭借企业研发生产优势，领跑新型负极材料赛道。人造石墨负极厂商众多，各家企业产品定位精准，形成差异化竞争。璞泰来、贝特瑞、杉杉股份主要生产中高端人造石墨负极。中科电气、凯金能源、尚太科技等成长型二线负极企业，则致力于中低端人造石墨制造。天然石墨负极代表性企业有贝特瑞、翔丰华等。P 81.5 负极材料企业下游客户资料来源：各公司年报，WIND，方正证券研究所在新能源汽车动力电池、储能电池和消费电池的需求带动下，电池企业对负极材料需求旺盛。国内负极龙头企业与国内外优质电池厂商合作紧密，深度绑定下游客户。负极龙头企业与其下游客户P 9资料来源：WIND，高工锂电，方正证券研究所1.6 负极材料产业发展迅猛，出货量逐年拉升2015-2025年中国负极材料出货量及预测7.4 11.8 14.8 19.2 27.0 37.0 72.0 59.5%25.4%29.7%40.6%37.0%94.6%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%010203040506070802015年2016年2017年2018年2019年2020年2021年负极材料出货量（万吨）yoy(%)国内负极材料市场规模快速扩张，出货量逐年拉升。据高工锂电统计数据显示，2021年中国负极材料出货量约为72万吨，同增94.6%，为近年来最高增速。P 101.锂离子电池负极材料介绍及行业格局2.新型负极材料技术与未来3.石墨负极材料行业现状与发展趋势4.负极材料市场空间广阔，下游消费端产品需求持续扩张5.负极产业链核心公司分析6.投资建议与风险提示目录P 112.1 锂电池迈入硅基负极时代资料来源：WIND，Journal of Power Sources,2018,382,176.，方正证券研究所锂电池下游对高能量密度、长续航、快充等性能需求提升，硅基负极的超高比容量将推动电动汽车续航迈入新的里程碑。目前行业正朝着高镍正极搭配硅基负极的技术体系迈进，综合提升了锂电池能量密度、环境友好性及安全性。锂电池材料发展路线Energy Density 能量密度/Environment Benignity 环境友好/Safety 安全性Graphite石墨Liquid organic electrolyte液态有机电解液LiFePO4磷酸铁锂GraphiteSi(Ox)硅氧GraphiteSi 硅碳Lithium金属锂Non-flammable liquid organic electrolyte不易燃液态有机电解液Non-flammable liquid organic electrolyte/ionic liquids 不易燃液态有机电解液/离子溶液Solid polymer/inorganic electrolyte固态聚合物/无机电解液NMC(111)NCA镍钴铝NMC(532)LiNi0.5Mn1.5O4NMC(622)NMC(811)Sulfur硫Metal/SulfurMetal/AirToday当下Near-term Future近期Mid-term Future中期Long-term Future远期Beyond Li(-ion)负极电解液正极P 122.2 新型负极材料：硅基负极简介及发展路线资料来源：WIND，硅及硅基负极材料的研究进展 Vol.42,No.12，凯金能源招股说明书，方正证券研究所硅基负极材料主要优势在于其超高理论比容量(4200mAh/g)、低脱嵌锂电位(0.3V-0.5V)、硅资源储量丰富、低成本、对环境友好等特点。硅材料的低电导率和易体积膨胀的问题，是目前硅基负极材料面临的主要挑战。硅材料导电性较差(300%），可能导致硅材料块体出现裂纹并粉化，造成电极失效，引起电池容量迅速衰减并降低电池循环性能；硅的体积变化可能导致SEI膜发生破裂，新暴露在表面的硅在充放电过程中会继续生成新的SEI膜，持续消耗来自正极的锂和电解液，导致电池内阻增加、容量迅速衰退。为了解决硅材料的两大问题，硅基负极通过掺杂碳系石墨及改性的方法来优化材料性能并实现产业化。目前主流硅基负极技术路线包括硅氧复合材料（SiO/C）和硅碳复合材料（Si/C）；硅基合金材料能量密度优异，但由于工艺复杂和成本问题目前尚在研发阶段。导电性差材料体积膨胀倍率性能电池容量首次效率充放电效率循环性能首次效率安全性硅材料特性及影响指标硅碳复合材料制造流程硅氧复合材料结构图包覆碳化微米硅纳米硅溶解P 132.3 硅基负极材料技术优化路线资料来源：WIND，西华大学学报锂离子电池高性能硅基负极材料研究进展 第37卷4期，Joule 1,4760,2017.，方正证券研究所通过对材料设计和电池体系两方面进行优化，硅基负极性能将进一步提高，逐渐达到产业化标准。材料优化方面，硅材料纳米化增加了硅的比表面积，缓冲材料体积膨胀产生的压力，从而维持充放电后活性材料的完整性；同时缩短锂离子的扩散距离，提高离子迁移率，有利于提升倍率性能。表面包覆、构筑空腔、合金化都有效的解决了硅体积膨胀的问题。硅基负极复合改性提升了硅的导电性并加强材料机械强度，维持结构稳定，从而增强循环稳定性。电池体系优化主要解决了硅基负极与锂电池其他主材的配套问题。新型电解液添加剂可以减少SEI膜形成，提高硅基负极的电化学性能。新型高粘性和愈合型粘结剂能较好维持电极完整性，避免体积膨胀所导致的电极粉化现象。预锂化可分为电化学预锂化和物理预锂化两种途径，通过预先嵌锂的方式增加了电池体系内的锂含量并减少SEI膜对锂的消耗，明显提高了首次库伦效率。目前部分材料优化技术已实现应用，电池体系优化路径还处于研究阶段。材料优化尺寸控制纳米化D150 nm表面包覆碳包覆硅颗粒构筑空腔合金化硅基合金材料材料复合硅氧/硅碳复合材料电池系统优化电解液添加剂稳定SEI膜/减少SEI膜形成氟代碳酸乙烯酯(FEC)粘结剂：连接活性物质、集流体和导电剂常规粘结剂：自愈合粘结剂：预锂化电化学预锂化工业化操作示意图材料及电池系统技术优化路线P 142.4 硅基负极材料制备工艺资料来源：WIND，新材料在线，中国粉体网，JACS，中国知网，贝特瑞公开发行说明书、方正证券研究所整理硅碳负极和硅氧负极结合了硅、碳的双重材料优势，其特点为高克容量、高导电、低膨胀、循环稳定。硅材料解决了碳材料克容量上限问题。碳材料导电性较强，两种材料复合提高了硅负极的导电率。碳材料在循环过程中体积变化小于10%，抑制了硅材料体积膨胀的缺陷，从而保证电极结构和电池的循环稳定性。硅基负极制备工艺相较石墨负极更为复杂，尚未大规模生产。硅碳负极是将纳米硅与基体材料通过造粒工艺形成前驱体，然后经表面处理、烧结、粉碎、筛分、除磁等工序制备而成。硅氧负极是将纯硅和二氧化硅合成一氧化硅，形成硅氧负极材料前驱体，然后经粉碎、分级、表面处理、烧结、筛分、除磁等工序制备而成。目前硅基负极生产工艺存在差异，主流制备工艺有化学气相沉积法、机械球磨法、高温热解法、溶胶凝胶法等。制备工艺工艺简介优点缺点化学气相沉积法在一定温度和压力下，通过气相反应，在硅衬底上沉积碳膜 循环稳定性好 首次充放电效率高 对设备要求简单，复合材料杂质含量少，适合工业化生产 总比容量相对较低 成本高、不利于工业化生产机械球磨法机械研磨形成微纳级颗粒，使硅碳混合均匀（须严格控制研磨时间）明显降低活化能，提高电/热化学性能 粒度较小，分布均匀 工艺简单，成本较低，适合工业化 反应物在机械力作用下混合，颗粒团聚现象严重溶胶凝胶法硅盐为前驱体，在液相中水解缩和，并加入碳源，干燥烧结固化制备硅碳负极材料 碳材料分布均匀 较高的可逆比容量 循环性能好 结晶度高，颗粒分布均匀 碳凝胶稳定性差，循环过程碳壳产生裂痕，导致负极材料结构破裂 凝胶含氧量高，形成不导电的二氧化硅，降低首次效率高温热解法含碳量高的高聚物或有机物为原料，通过高温裂解得到碳颗粒并使之与硅复合成负极材料 能较好缓冲充放电过程体积变化 工艺简单、易产业化 硅分散差，碳层分布不均 颗粒易发生团聚硅基负极材料主流制备工艺P 152.5 负极企业加快布局硅基负极资料来源：公司公告、凯金能源招股说明书，贝特瑞公司官网、WIND，方正证券研究所硅基负极材料搭配高镍三元材料电池体系正成为未来高端长续航锂电池发展趋势，负极厂商积极研发并布局硅基负极材料，以满足未来市场需求。负极龙头企业贝特瑞、杉杉股份均计划建设万吨级硅基负极产能基地。硅基负极生产企业研发及产能现状研发情况产能情况杉杉股份主要应用于高能量密度3C数码、电动工具、电动汽车用动力电池已完成第二代硅氧产品的量产，正在进行第三代硅氧产品和新一代硅碳产品的研发实现在消费和电动工具领域的规模化市场应用，并已通过全球优质动力客户的产品认证 长循环硅基负极材料：实现电动汽车的长续航性能，已批量出货 高首效硅基负极材料：实现硅基负极材料在高端新能源汽车及高端消费电子场景应用，目前处于中试阶段 2022年6月发布对外投资公告，关于杉杉年产4万吨锂离子电池硅基负极材料一体化基地项目（一期规划年产1万吨，预计2022年底开工）硅氧负极实现百吨级销售贝特瑞拥有硅碳和硅氧两大系列产品，已批量应用于终端产品公司的硅碳负极材料已经突破至第三代产品，比容量从第一代的650mAh/g 提升至第三代的 1,500mAh/g，正在开发更高容量的第四代硅碳负极材料产品公司已完成多款氧化亚硅产品的技术开发和量产工作，部分产品的比容量达到 1,600mAh/g 以上。已有硅负极产能3000吨，正在扩建2000吨产能 拟在深圳市光明区内投资建设 年产 4 万吨硅基负极材料项目(2023年12月底前建成投产年产 1.5 万吨硅基负极材料产能，于2028年前实现年产4万吨硅基负极材料产能全面达产)璞泰来第一代氧化亚硅材料已进入量产导入阶段，高首效氧化亚硅和高容量纳米硅碳等新一代硅基产品的技术开发已基本完成在多孔硅、硬碳、软碳、超理论容量石墨、锂金属负极等新型负极材料技术方面进行了预研和探索。凯金能源公司的硅基负极材料主要集中在氧化亚硅（SiOx/C）和纳米硅(Nano-Si/C)两个方面：氧化亚硅负极材料已开发至第三代，首次效率从第一代的 77%（容量1600mAh/g）己提升至第三代的90%（容量1400 mAh/g)；纳米硅负极材料己开发至第三代，容量1500mAh/g，首次效率87%。公司己建有新型硅基负极材料小试研究和中试开发生产硬件平台，同时建有年产300吨的生产线，目前已经实现对宁德时代等知名客户的批量出货。贝特瑞高容量硅系复合材料S600D50(m)15.0-19.0振实密度(g/cm3)0.8-1.0比表面积(m2/g)1.0-4.0压实密度(g/cm3)1.4-1.70.1C容量(mAh/g)600-650P 162.6 特斯拉4680电池硅基负极材料应用资料来源：锂离子电池材料研究进展（李春晓，2017），Tesmanian，Tesla，方正证券研究所 4680电池产能释放，有望带动硅基负极需求。特斯拉在2020年Battery Day上就披露公司将在4680电池中采用硅基负极。考虑性能和成本改善的一步到位，特斯拉从原始冶金硅本身出发，自主设计电极中的粒子与包覆方法，减少负极中的SiO层能够使电池维持比功率并拥有更高的循环寿命。仅颗粒包覆技术一项就可使车辆续航里程增加20%，并将每千瓦时的生产成本降低 5%。颗粒包覆法改进前后续航里程（km）车型改进前改进后LR Model Y316379SR Model 3250300LR Model X351421LR+Model S402482特斯拉4680电池概念图比容量(mAh/g)放电电压(V)满电压实(gcm3)首效(%)体积能量密度(Wh/L)质量能量密度(Wh/kg)理论提升(%)实际提升(%)全电池值理论提升(%)实际提升(%)全电池值3653.801.3592-650-2403803.781.35923.621.56603.622.02454003.761.32914.893.06707.284.02504203.741.30906.723.567310.825.02524503.721.25897.964.067616.608.02595003.691.15888.505.068327.3712.02696003.621.108822.1810.071549.9220.028815003.460.8088112.08-257.89-20003.430.6088110.40-373.41-不同比例硅基负极相对石墨负极容量的提升P 172.7 新型负极材料：硬碳的性质与性能资料来源：“Hard carbons for sodium-ion batteries and beyond.”(2020)，中国粉体网，方正证券研究所硬碳指难石墨化碳，是一类以高分子聚合物为前驱体经高温热解得到的碳材料，一般在1000左右热解树脂制备得到。作为新型负极材料的一种，硬碳可逆比容量可达500-700mAh/g，与石墨相比，硬碳具有更大的层间距和更丰富的孔隙结构，具有极佳的低温倍率性能和优异的电解液兼容性，使其成为最具潜力的负极材料之一。硬碳良好的倍率性能使它在EV和HEV领域得到关注并已小范围的使用。但直到目前，商品化硬碳大多属于低容量型普通硬碳，首次库伦效率和极片压实密度较低，使其实际应用严重受限。不同的硬碳形貌的举例类别常见硬碳树脂碳酚醛树脂、环氧树脂和聚糠醇PFA-C等有机聚合物热解碳PFA、PVC、PVDF、PAN等碳黑乙炔黑等生物质碳葡萄糖、纤维素、柚子皮等常见硬碳类别嵌入填充模型吸附插层模型吸附填充模型三阶段模型硬碳储钠机制模型P 182.8 硬碳在电池领域的应用资料来源：Xie,Fei,et al.“Hard carbons for sodium-ion batteries and beyond.”(2020)，Carbontech，方正证券研究所随着新能源汽车产业的发展，电池生产厂家不断探索负极体系。日本日立和GS汤浅公司（GS Yuasa）以及韩国LG均采用了硬碳材料作为动力电池的负极材料，应用于EV和HEV。国内电池材料厂家也在积极研发并小规模生产了部分硬碳产品。硬碳在钠离子电池应用及优势国内硬碳研发及生产企业公司成果或项目武汉比西迪现有高端硬碳、快充硬碳等产品贝特瑞2009年开始布局和研究硬碳、无定型碳等负极材料。硬碳的研发团队已经完成十几篇的原创核心技术布局，涵盖了硬碳基础研究及生产加工等各个方面，建立了完善的知识产权体系杉杉股份拥有硬碳方面的技术积累和量产能力中科电气在硬碳研发已经布局相关专利宝武碳业陆续开发出硬碳负极材料，产品性能达到行业前茅翔丰华针对钠离子电池开发了高性能硬碳负极材料，目前正在相关客户测试中宁德时代开发了具有独特孔隙结构的硬碳材料。宁德时代发布的第一代钠离子电池，并未选用无负极技术，而是使用硬碳作为负极材料。华为公开了一种硬碳负极材料相关专利，公开号为 CN112645300A。裕丰碳素主要研发生产碳纤维粉、碳纤维毡、沥青基碳纤维、锂电池硬碳负极材料、活性炭纤维等新材料产品。璞泰来钠电池的负极材料是采用硬碳，目前的硬碳材料有少量用在快充的产品中。P 191.锂离子电池负极材料介绍及行业格局2.新型负极材料技术与未来3.石墨负极材料行业现状与发展趋势4.负极材料市场空间广阔，下游消费端产品需求持续扩张5.负极产业链核心公司分析6.投资建议与风险提示目录P 203.1 负极材料价格走势资料来源：WIND，方正证券研究所 受上游原材料价格上涨、能耗双控政策、石墨化产能限制等因素影响，自2021年一季度起天然石墨和人造石墨负极价格快速上行。低、中、高端天然石墨及人造石墨负极都经历了不同程度的涨价，低端天然石墨负极材料价格从1.65万元/吨上涨至2.70万元/吨，增幅为63.64%；低端人造石墨价格从2.10万元/吨攀升至4.00万元/吨，涨幅高达90.48%。2019年-2022年7月天然石墨价格走势2019年-2022年7月人造石墨价格走势P 213.2 人造石墨出货量显著增长资料来源：GGII，方正证券研究所目前负极材料市场依旧保持以人造石墨为主，天然石墨为辅的产品结构。2021年我国人造石墨出货量为60.5万吨、同比涨超100%，占总出货量的84%；天然石墨出货10.1万吨、同比增长73.8%，占比为14%；其他负极材料出货量为1.4万吨。中国负极材料出货量中国负极材料出货量结构变化趋势62.2%66.9%68.2%70.8%77.8%81.4%84.0%29.7%27.1%26.4%24.0%18.1%15.7%14.0%8.1%5.9%5.4%5.2%4.1%3.0%2.0%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%2015年2016年2017年2018年2019年2020年2021年人造石墨出货量占比天然石墨出货量占比其他出货量占比4.67.910.113.62130.160.52.23.23.94.64.95.810.1010203040506070802015年2016年2017年2018年2019年2020年2021年人造石墨出货量（万吨）天然石墨出货量（万吨）其他P 22资料来源：翔丰华招股书，方正证券研究所 天然石墨成本中，直接材料占比最高。根据翔丰华招股书，2017-2019年占比约80%。人造石墨成本中，石墨化加工和直接材料占比较高。根据翔丰华披露，2017-2019年两者合计占比超过90%。3.3 人造石墨成本受石墨化加工费影响较大2017-2019年 翔丰华天然石墨成本拆分2017-2019年翔丰华人造石墨成本拆分79.4%80.6%80.6%7.8%7.2%4.0%4.0%7.6%7.8%7.2%11.5%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%2017年2018年2019年直接材料炭化加工费炭化运费直接人工制造费用32.5%42.9%43.0%58.7%50.1%49.4%4.7%3.2%3.8%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%2017年2018年2019年直接材料石墨化加工费石墨化运费直接人工制造费用P 23资料来源：CBC金属网，尚太科技招股书，琛锴新材公司官网，方正证券研究所 天然石墨上游原料为天然鳞片石墨。天然鳞片石墨属于单晶体，其晶体呈鳞片状，是石墨矿石经过浮选后得到的。人造石墨上游原料包括焦类（煤系针状焦、石油系针状焦、石油焦）和沥青。针状焦外观为银灰色，是有金属光泽的多孔固体，结构有明显流动纹理，根据生产原料的不同，将针状焦分为油系针状焦（原料：石油油渣）和煤系针状焦（原料：煤焦油沥青）两种。石油焦是指石油的减压渣油经焦化装置，在 500-550下裂解焦化而生成的黑色固体焦炭，是无定形炭体。沥青用作粘结剂。3.4 人造石墨原材料主要是焦类天然石墨和人造石墨上游原料焦类型及其偏光结构油系针状焦石油焦天然鳞片石墨煤系石油焦P 24资料来源：WIND，百川盈孚，方正证券研究所 天然石墨上游原料天然鳞片石墨价格持续上升。鳞片石墨主要分布在东北鸡西、萝北两地及山东等地，东北地区天然鳞片石墨（天然石墨195）目前已涨至约3800元/吨，同增 72.73%，山东地区同比涨幅也达到了35.71%。人造石墨的原料不同，焦类价格差异大，也是成本控制的重要环节。目前油系和煤系针状焦价格均涨至每吨11000元以上，石油焦涨至每吨4800元以上，预计后续受益于下游需求增长的带动，原料焦类价格仍有上行趋势。3.5 人造石墨上游原材料价格波动剧烈2019年-2022年7月天然鳞片石墨（195）及球形石墨价格走势2019年-2022年7月针状焦及石油焦价格走势P 25资料来源：无机材料学报，中国粉体网，方正证券研究所 天然石墨需经过粉碎、球化、分级、纯化等工序；是由鳞片石墨加工为球形石墨、再通过改性后成为天然石墨。人造石墨的加工环节主要为原材料的石墨化、粉碎、造粒、碳化；其中石墨化环节为最重要、成本占比最大的环节。造粒环节中二次造粒技术壁垒高，会影响产品性能、增加一定成本。石墨化是将碳原子由热力学上不稳定的“二维无序重叠”排列转变为“三维有序重叠”排列、即六方平面网状的石墨微晶结构，可提升产品的热、电传导性，化学稳定性等。3.6 石墨化为主要的工艺差别天然石墨和人造石墨制造工艺针状焦石墨化机制示意图P 26资料来源：璞泰来年报，证券时报e公司，方正证券研究所整理 因人造石墨需求快速增长、部分地区受限电影响石墨化减产，叠加电费上涨所致的石墨化加工费攀升，上下挤压下导致石墨化产能紧缺，加工费上行，成为负极材料产能释放的核心瓶颈。石墨化成本构成中，制造费用占比最高。同时因为石墨化环节需高温热处理、能耗需求较大，主要成本为电费，通常1吨石墨化产能需耗费1.2-1.4万度电，属于高能耗工艺。不考虑产能紧缺等问题导致的短期石墨化加工价格上涨，我们假设石墨化加工费为1.2万元/吨、电费为0.32元/度（根据凯金招股书2021年H1数据），对应单吨电费成本约0.42万元/吨，假设石墨化加工单吨净利润为0，电费占比约35%。石墨化加工费用持续走高，2022年4月石墨化加工费用接近2.8万元/吨。3.7 石墨化的影响因素2021年-2022年4月石墨化加工费用（元/吨）050001000015000200002500030000石墨化加工费用均价：元/吨2021年璞泰来石墨化成本构成P 27资料来源：尚太科技招股书，方正证券研究所 选用尚太科技的财务数据拆分人造石墨的成本，主要系该公司负极材料全部为人造石墨、且石墨化工序委外加工规模极小，便于了解人造石墨一体化项目的成本构成。公司单位电费逐年下降，主要因为山西电费较低，2019年Q2山西昔阳一期开始投产，叠加生产规模快速增加所致。公司负极材料的原材料包含：普通石油焦、针状焦、低硫煅后石油焦。公司单位制造费用呈下滑趋势，主要因为石墨坩埚开支在制造费用中占比较大，而2019年和2020年石墨坩埚采购均价同比下降20.34%和33.67%所致。3.8 人造石墨负极材料成本拆分尚太科技负极材料业务成本拆分（万元/吨）项目万元/吨金额占比金额占比金额占比金额占比单位电费0.5729.23%0.5328.65%0.4528.13%0.3521.21%单位材料0.4322.05%0.4222.70%0.3421.25%0.5130.91%单位人工0.147.18%0.147.57%0.138.13%0.137.88%单位制造费用0.8141.54%0.7741.62%0.6138.13%0.636.36%单位其他-0.074.38%0.074.24%单位成本1.95100.00%1.85100.00%1.6100.00%1.65100.00%2018年2019年2020年2021年1-6月P 28资料来源：政府官网，高工锂电，方正证券研究所整理 受双控限电政策影响，负极企业的石墨化产能受到影响。根据GGII的调研信息，2021年下半年内蒙古严控高能耗产业，受限电影响、石墨化减产约40%，杉杉、紫宸等负极企业石墨化产能受到影响。其中，头部负极企业整体影响10-20%，中小企业无奈关闭。山西、陕西等地域双控政策相对宽松，对石墨化产能影响有限，预计整体石墨化产能影响约25%。3.9 成本上升趋势明显地区能耗双控举措地区能耗双控举措内蒙古内蒙古工信厅下发关于明确蒙西地区电力交易市场价格浮动上限并调整部分行业市场交易政策相关事宜的通知，提高电价，并开始执行高峰期限电要求，限电时间为每天晚上7点至10点。8月起，蒙西地区每天晚上7点-10点限电，电力交易市场燃煤发电电量成交价格在基准价（每千瓦时0.2829元）的基础上可以上浮不超过10%（上限为每千瓦时0.3112元）。福建严格开展“两高”项目节能审查和环评，严禁产能严重过剩行业新增产能，严控新增“两高”项目规划建设。大力推进能耗“双控”考核预警，按季度通报各地能耗“双控”指标完成情况，对100家“十四五”期间拟投产、达产的高耗能项目和部分在建、拟投产项目开展节能审查专项监察。浙江浙江省杭州市发改委发布2021年全市有序用电和电力需求响应工作方案，组织一批高能耗、高污染企业在7-9月安排集中检修。且落实有序用电限额指标，各区、县（市）发改部门根据企业情况，按照“分档有序用电”，优先满足社会综合效益好的企业用电，控制高耗能、高污染企业用电。贵州9月10日，贵州省能源局发布2021年贵州省有序用电方案，根据省内电力缺口规模分红、橙、黄、蓝4个等级进行预警。出现不同等级的预警，启动相应级别的响应。当省内电力供应出现缺口，经省人民政府同意后方能有序用电。江西江西省能源局发布关于进一步完善电力分时段交易机制的通知，拟于2021年7月-12月试行电力分时段交易“基准上限价格+浮动机制”。陕西9月13日，陕西榆林市发改委发布关于2021年度能耗双控目标任务的通知，要求新建成“两高项目”不得投入生产，本年度新建已投产的“两高”项目，在上月产量基础上限产60%。其他“两高”企业实施降低生产线运行负荷、停运矿热炉限产等措施，确保9月份限产50%。云南云南省已开始要求一些当地金属生产商在三个月内第二次降低电力消耗，云南的锌和锡冶炼厂已收到要求降低25%用电量的通知。7月15日起多数企业实行错峰生产，只有晚上可正常或低负荷开工。河南2021年8月河南省郑州，洛阳部分铝加工企业接到辖区电力局通知，大型工业企业视情况限电50%，十千伏以下工业企业全部停产，本次限电预计三周或以上。广东广东电网公司发布通知：根据区政府批复的有序用电方案，从9月16日起执行每周“开二停五”的五级有序用也方案。在错峰日，保安负荷保留在总负荷的15%以下，错峰时间为7:00至23:00。宁夏2021年8月要求加大工业领域节能监察力度，严格执行阶梯电价和差别电价政策。宁夏吴忠要求部分高耗能企业限停产一个月，根据企业节能诊断评估和全市工业能耗目标完成情况随时调整。P 29资料来源：SNE Research，高工锂电，公司公告，方正证券研究所整理 目前负极材料竞争压力加大。从上游来看，原材料与石墨化加工费持续上涨，负极材料公司成本压力较大。从下游来看，动力电池行业集中度高、且电池企业积极布局上游，议价能力较强。从负极行业来看，索通发展等新入局企业积极规划产能，加剧行业竞争。因此，降本成为主要赢利手段。3.10 负极行业竞争压力加大，降本成为主要赢利手段新入局负极材料行业公司的产能规划公司名称公司介绍扩产情况2022年4月8日在甘肃嘉峪关投资建设年产20万吨锂离子电池负极材料一体化项目。2022年5月17日，公司拟通过发行股份和支付现金方式购买欣源94.98%股份。欣源主要产品有人造石墨负极材料，并从事石墨化、一体化等代加工服务。欣源新建年产10万吨负极材料扩产项目、建设期38个月。石大胜华成立于2002年，是全球唯一同时提供锂电池电解液溶剂、溶质、添加剂产品的全产业链公司。通过设立合资子公司，投资建设年产3万吨硅基负极项目，预计2024年4月投产。格瑞芬成立于2018年，为道氏技术碳材料业务的运营平台，产品有石墨烯、碳纳米管、球形石墨、纳米硅及锂电池正负极材料。2022年4月引进比亚迪等战略股东。4月10日拟投资建设年产5000吨碳纳米管粉体，3万吨碳纳米管浆料，15万吨硅碳、石墨负极材料及石墨化加工生产项目。龙佰集团成立于1955年，从事钛产业及新材料研发制造的化工企业，2011年上市。公司石墨负极产能2.5万吨；另有年产20万吨锂电池负极材料一体化项目。索通发展成立于 2003年，2017年上市，是专业从事铝用预焙阳极研发、生产和销售的龙头企业。P 30资料来源：尚太科技招股书，方正证券研究所 石墨化自供比例较高的企业受石墨化涨价的影响相对较小。根据尚太科技招股书测算，以其自身成本为基础，如果将部分石墨化工序进行委外加工，则负极材料毛利率将明显下降。因此，目前一体化产能的建设将有效降低负极材料企业加工成本，提升毛利率。3.11 降本措施一：一体化将有效降本尚太科技采购外协加工服务对负极材料毛利率的影响2018 年2019 年2020 年2021 年 1-6 月1.691.441.241.080.030.030.030.030.960.850.640.563,691.0911,942.6620,846.5924,886.53石墨化委外加工占比30%840.892,248.213,958.014,167.88石墨化委外加工占比50%1,401.493,747.016,596.696,946.47石墨化委外加工占比30%-7.90%-6.43%-7.98%-7.11%石墨化委外加工占比50%-13.17%-10.72%-13.30%-11.85%石墨化委外加工占比30%27.93%34.20%30.04%29.55%石墨化委外加工占比50%22.66%29.91%24.72