鋰電負(fù)極行業(yè)格局如何?
1 行業(yè)格局:過去復(fù)盤和未來預(yù)判
1.1 為什么負(fù)極行業(yè)格局分散?
負(fù)極格局分散系技術(shù)路線、產(chǎn)品定位、客戶分層所致,結(jié)果體現(xiàn)系價(jià)格分層
從技術(shù)路徑來看,璞泰來、中科、尚太主攻人造石墨,翔豐華和貝特瑞多為 天然石墨。
從價(jià)格帶來看,璞泰來、貝特瑞偏高端,中科電氣、翔豐華、尚太偏中低端。
從客戶帶來看,貝特瑞客戶主要系海外高端動(dòng)力、璞泰來主要系高端消費(fèi)電 子和海外高端動(dòng)力,中科電氣系海外二線動(dòng)力和國內(nèi)一線動(dòng)力,尚太、凱金 等主要依托寧德的增長。
技術(shù)路線:負(fù)極分為天然和人造石墨,人造石墨是目前主流
電池性能主要看能量密度、使用壽命、充放電速度、穩(wěn)定性和一致 性。對(duì)負(fù)極來說,材料比容量決定理論能量密度上限,首次效率影 響實(shí)際能量密度,壓實(shí)密度影響體積能量密度,循環(huán)次數(shù)影響電池 壽命,倍率性能影響充放電速度,高低溫性能影響電池在極端情況 下的穩(wěn)定性。
人造石墨各項(xiàng)性能更為均衡,是目前負(fù)極主流。人造石墨比容量和 天然石墨已經(jīng)比較接近且循環(huán)、倍率、高溫性能更優(yōu),在下游應(yīng)用 更廣泛, 2020年國內(nèi)人造石墨出貨在負(fù)極占比達(dá)84%,較17年提升 16pct。
天然石墨:貝特瑞占據(jù)中高端市場(chǎng)、翔豐華占據(jù)中低端市場(chǎng),均價(jià)相差約1.4萬元/噸
天然石墨賽道主要玩家為貝特瑞、翔豐華,從產(chǎn)品性能和 銷售均價(jià)看,貝特瑞所在市場(chǎng)較翔豐華高端:
從性能指標(biāo)看,貝特瑞天然石墨負(fù)極產(chǎn)品在中粒徑、首次 容量、壓實(shí)密度更優(yōu)。而中粒徑、首次容量、壓實(shí)密度越 大越有利于提升電池能量密度。
從銷售均價(jià)看,2019年貝特瑞天然石墨負(fù)極產(chǎn)品均價(jià)較翔 豐華高1.4萬元/噸。
1.2 未來行業(yè)格局如何?
演變1-相互滲透:動(dòng)力和儲(chǔ)能接棒消費(fèi)電子,成為各家必爭之地
消費(fèi)電子市場(chǎng)增速放緩,但高端市場(chǎng)仍盈利好。2020年消費(fèi)電池出貨75GWh,未來幾年增速預(yù)計(jì)保持個(gè)位數(shù)增長,增速慢但盈利狀 況較好,如在消費(fèi)電子市場(chǎng)占據(jù)絕對(duì)份額的璞泰來2017年產(chǎn)品單價(jià)在6.2萬元/噸,單噸盈利1.6萬元,而同期主營動(dòng)力市場(chǎng)的凱金能 源單價(jià)3.5萬元,單噸盈利0.45萬元。
動(dòng)力和儲(chǔ)能接棒消費(fèi)電子,成為各家必爭之地。動(dòng)力和儲(chǔ)能市場(chǎng)屬于新新市場(chǎng),未來幾年都處于高增狀態(tài),從現(xiàn)在到2025年增速均保 持在40%以上。
演變2-加速洗牌:預(yù)計(jì)未來負(fù)極競(jìng)爭態(tài)勢(shì)優(yōu)于電解液,次于隔膜
行業(yè)洗牌的過程常常伴隨擴(kuò)產(chǎn)-價(jià)格戰(zhàn)-龍頭走出(市占率提升),負(fù)極正處于第一階段擴(kuò)產(chǎn),電解液和隔膜已走出龍頭。
電解液價(jià)格戰(zhàn)下,全行業(yè)盈利普遍大幅下滑。17-18年電解液行業(yè)發(fā)生了激烈的價(jià)格戰(zhàn),6F價(jià)格從17年初35萬元/噸一路下跌至18 年4月的15萬/噸,同期電解液從7.5~8.5萬元/噸下降至4~5.5萬元/噸,近乎腰斬。價(jià)格戰(zhàn)下18H1頭部企業(yè)的天賜、新宙邦毛利率下 滑至21%、27%,同比下滑22pct、7pct。
隔膜價(jià)格戰(zhàn)下,頭部企業(yè)恩捷仍保持高毛利。隔膜行業(yè)也是在17-18年發(fā)生價(jià)格戰(zhàn),以恩捷為例,18年隔膜單價(jià)元/平,同比下滑 32%,而恩捷毛利率仍然保持在60%,單平凈利潤1.4元/平。
演變3-真正的龍頭:我們認(rèn)為未來負(fù)極龍頭是技術(shù)+成本均領(lǐng)先的全能型選手
此前負(fù)極市場(chǎng)比較割裂,一方面有天然/人造之分,另一方面又有高中低之分。一般而言消費(fèi)電子市場(chǎng)用戶價(jià)格敏感性低且電池成本占 比小,產(chǎn)品偏高端,動(dòng)力市場(chǎng)用戶敏感性高且電池成本占比高,產(chǎn)品偏低端。
割裂的態(tài)勢(shì)正在被打破,消費(fèi)電子盈利好但增速放緩,此市場(chǎng)龍頭為謀求新的利潤增長點(diǎn),動(dòng)力市場(chǎng)是必爭之地,典型如璞泰來。動(dòng) 力市場(chǎng)并非就是低端市場(chǎng)的代名詞,其也有高端市場(chǎng)并且高端產(chǎn)品占比在提升,這從高鎳在三元的占比可以看出。
此外,人造石墨負(fù)極也不是負(fù)極技術(shù)迭代的終點(diǎn),未來發(fā)展方向在硅基負(fù)極。 因此,未來的負(fù)極行業(yè)絕對(duì)龍頭需具備全方位的優(yōu)勢(shì):1)高端市場(chǎng)更看技術(shù)競(jìng)爭,負(fù)極廠需保持領(lǐng)先的技術(shù)迭代能力;2)中低端市 場(chǎng)更看重成本競(jìng)爭,成本競(jìng)爭依賴一體化+工藝know-how降本。
2 增效-技術(shù)漸進(jìn)式迭代=天然石墨→人造石墨→硅基負(fù)極
硅基負(fù)極是負(fù)極發(fā)展方向,暫未大規(guī)模商用系導(dǎo)電性差+體積膨脹嚴(yán)重
硅理論克容量有絕對(duì)優(yōu)勢(shì),是未來負(fù)極材料的發(fā)展方向。石墨材料的理論克容量上限372mAh/g,目前高端產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到360- 365mAh/g,接近理論容量上限。因此需要更高能量密度的新材料來應(yīng)對(duì)需求。硅最能夠滿足更高能量密度的需求(理論克容量為 4200mAh/g),是市場(chǎng)公認(rèn)的下一代負(fù)極。
但導(dǎo)電性差、體積膨脹等問題制約了硅材料在負(fù)極上的商業(yè)化應(yīng)用:
硅材料屬于半導(dǎo)體材料,電子導(dǎo)電性和離子導(dǎo)電性差,不利于材料電化學(xué)性能的發(fā)揮。
硅嵌/脫鋰過程中伴隨著巨大的體積變化,從而影響循環(huán)壽命。Si材料在與Li進(jìn)行合金化的過程中體積膨脹可達(dá)300%以上(石墨材 料在12%),容易導(dǎo)致顆粒的粉化和破碎、SEI膜的破壞,從而嚴(yán)重影響鋰離子電池的循環(huán)壽命。
硅易與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),造成能量快速衰減。鋰鹽 LiPF6分解產(chǎn)生的 HF 會(huì)與 Si 反應(yīng),Si 負(fù)極與電解液的界面不穩(wěn)定,Si 負(fù)極 材料表面形成的固體電解質(zhì)膜(SEI 膜)不能適應(yīng) Si 負(fù)極材料在脫嵌鋰過程中的巨大體積變化而破裂],使Si 表面暴露在電解液中, 導(dǎo)致固體電解質(zhì)膜持續(xù)生成、活性鋰不斷消耗,最終造成容量損失。
硅基負(fù)極的劣勢(shì)可通過納米化、氧化亞硅和碳包覆三種方式改進(jìn)
硅單質(zhì)能量密度高但體積膨脹大導(dǎo)致循環(huán)、倍率性能差,故難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,一般采用以下方式改性:
納米化:硅納米化后可明顯縮小體積,提高循環(huán)性能,但納米粒子合成工藝復(fù)雜,粒徑大小和形貌不易控制。
與石墨復(fù)合:碳材料的體積變化較小、循環(huán)性能良好,硅材料體積膨脹大、循環(huán)性能差而比容量最大,將兩種材料復(fù)合可得到具有 高容量、體積變化較小、循環(huán)性能較好的硅碳復(fù)合材料。根據(jù)硅顆粒在碳顆粒中的分布形式不同,復(fù)合材料可分為包覆型、嵌入型 和分子接觸型。
采用氧化亞硅:硅氧材料較硅單質(zhì)有效緩解了體積膨脹,提升了循環(huán)性能,但降低了首次效率。SiOx材料在嵌鋰過程中的體積膨脹 僅為118%左右(硅單質(zhì)在300%),從而極大的提升了Si基材料的循環(huán)壽命,然而SiO材料獨(dú)特的反應(yīng)機(jī)理使得Li在首次嵌入到材 料的過程中會(huì)生成沒有電化學(xué)活性的Li4SiO4材料,導(dǎo)致SiOx材料的首次效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于石墨和硅碳材料。
3 降本-縱向一體化&工藝know-how
3.1 縱向一體化
視角1-生產(chǎn)工序:人造石墨負(fù)極核心工序在造粒和石墨化,是體現(xiàn)know-how的關(guān)鍵
人造石墨負(fù)極生產(chǎn)工序包括破碎、造粒、石墨化、炭化(可選)、篩分:
破碎:將石墨原料和瀝青按不同比例混合,并放入空氣流中進(jìn)行磨粉,將5-10mm粒徑的磨至5-10微米。
造粒:造粒是負(fù)極生產(chǎn)核心環(huán)節(jié),具體分為熱解和球磨:1)熱解是指在反應(yīng)釜中,按照溫度曲線進(jìn)行電加熱,于200~300℃攪拌 1-3h,而后繼續(xù)加熱至400~500℃,攪拌得到粒徑在10-20mm 的物料,降溫出料;2)球磨是指將熱解后的物料在球磨機(jī)進(jìn)行 機(jī)械球磨,10-20mm 物料磨制成6-10μm 粒徑的物料。
石墨化:在石墨化爐中對(duì)炭材料進(jìn)行2000度以上的高溫?zé)崽幚怼?/p>
核心在造粒和石墨化,炭化一般適用于對(duì)快充有需求的產(chǎn)品。
造粒:石墨顆粒的大小、分布和形貌影響著負(fù)極多個(gè)性能指標(biāo)。顆粒越小,倍率性能和循環(huán)壽命越好,但首次效率和壓實(shí)密度越差, 反之亦然,生產(chǎn)核心在于合理的粒度分布。
石墨化:核心在于裝料方式、通電曲線的控制(升溫和降溫)。
視角2—成本結(jié)構(gòu):石墨化和焦類占比較大
從人造石墨負(fù)極成本構(gòu)成看,占比最大的是石墨化(42%),其 次是焦類(14%)。早年行業(yè)體量較小,負(fù)極企業(yè)產(chǎn)能不足,將石墨化和部分粉碎、 造粒工序外協(xié),又粗形成了加工費(fèi),加工費(fèi)合計(jì)占比在50%左右。
3.2 工藝know-how
石墨化的持續(xù)降本:
1)電費(fèi)在成本占比達(dá)60%,低電價(jià)區(qū)域擴(kuò)建石墨化產(chǎn)線,搶占稀缺資源。
石墨化是傳統(tǒng)炭素行業(yè)的一種高耗能的成熟工藝,電費(fèi)成本占比在60%,電價(jià)對(duì)石墨化成本影響顯著。如璞泰來的山東興豐2020年 Q1石墨化成本為1.13萬元/噸(電價(jià)在0.6元/度),而內(nèi)蒙興豐為0.78萬元/噸(電價(jià)在0.3元/度)。
低電價(jià)區(qū)域?qū)儆谙∪辟Y源,政策上對(duì)高耗能項(xiàng)目的審批趨嚴(yán),早期進(jìn)行擴(kuò)產(chǎn)的企業(yè)有先發(fā)優(yōu)勢(shì)。如內(nèi)蒙發(fā)改委今年1月指出:在未來 要實(shí)行更加嚴(yán)格的高耗能項(xiàng)目節(jié)能審查政策(石墨化是典型的高耗能項(xiàng)目) ,并進(jìn)一步提出不再審批鐵合金、電石、PVC、水泥熟 料、石墨電極材料、蘭炭等項(xiàng)目。
2)裝爐方式分為坩堝和箱體,具體選用體現(xiàn)know-how
廂式爐工藝單位能耗較坩堝大幅降低,理論上成本更低,但具體生產(chǎn)中哪種成本更低體現(xiàn)各家know-how。廂式爐單爐較坩堝爐有 效容積成倍增加,而總耗電量僅增加約10%,產(chǎn)品單位耗電量降低40%-50%左右。廂式爐理論上成本更低,但受熱均勻性低于坩 堝,因此對(duì)石墨化工藝掌握程度及技術(shù)優(yōu)化水平要求較高,廂板拼接過程精度較高,裝料吸料操作難度加大,加熱過程需更加精確 地控制送電曲線及溫度測(cè)量,控制不好材料容易出現(xiàn)受熱不均。
4 重點(diǎn)企業(yè)分析
4.1 璞泰來:一體化產(chǎn)能釋放帶來生產(chǎn)效率的提升,實(shí)現(xiàn)降本,動(dòng)力市場(chǎng)拓份額
公司17-18年布局石墨化,19年布局針狀焦,自建炭化產(chǎn)線,21年全工序一體化在四川開花結(jié)果。一體化優(yōu)勢(shì)來自于以下兩點(diǎn):
延長產(chǎn)業(yè)鏈利潤鏈條。工序上,我們預(yù)計(jì)公司石墨化盈利約在0.3萬元/噸,其他工序在0.1萬元。原材料上,我們判斷公司以前 多用熟焦,現(xiàn)多用生焦自行加工成熟焦(熟焦和生焦的差價(jià)約在5000元/噸)。
提高生產(chǎn)效率。一體化前,我們認(rèn)為公司負(fù)極制備流程是江西(前端工序)-內(nèi)蒙(石墨化)-溧陽(炭化)-四川(中歐班列), 一體化后預(yù)計(jì)運(yùn)輸費(fèi)用可節(jié)省0.1萬元/噸。
公司在石墨化和焦類的know-how的積累如下:
石墨化:公司同時(shí)擁有坩堝爐和箱體爐裝爐工藝,可根據(jù)產(chǎn)品需求選擇其一。公司20年對(duì)部分爐子進(jìn)行技改,但并未針對(duì)所有產(chǎn) 線,山東興豐36個(gè)窯爐27個(gè)改為廂式爐工藝,內(nèi)蒙56個(gè)窯爐28個(gè)改為廂式爐工藝,以便公司后續(xù)針對(duì)不同產(chǎn)品采用不同的裝爐 工藝。
針狀焦:公司四大核心技術(shù)之一便是“原材料甄選技術(shù)”。在豐富的材料實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和電池的性能數(shù)據(jù)的積累下,形成以針狀焦為 主、普通石油焦為輔、瀝青焦補(bǔ)充的原材料甄選原則。
4.2 中國寶安-貝特瑞:負(fù)極看好石墨化新技術(shù)+硅基負(fù)極
看好貝特瑞負(fù)極領(lǐng)域技術(shù)持續(xù)迭代:
石墨化:公司成功引進(jìn)石墨化新技術(shù),技術(shù)降本初見成效。我們推測(cè)公司石墨化新技術(shù)為連續(xù)式石墨化,理論電耗僅為間歇式 爐的13-16%,考慮到運(yùn)行周期較長,我們預(yù)計(jì)連續(xù)式石墨化熟練產(chǎn)業(yè)化后,石墨化成本可降為目前間歇式艾奇遜爐的一半。
硅基負(fù)極:公司同時(shí)擁有硅氧、硅碳兩種技術(shù)路線,現(xiàn)有產(chǎn)能3000噸。硅基負(fù)極尚處于發(fā)展初期,預(yù)計(jì)可為公司帶來高毛利。