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最新負極材料行業(yè)發(fā)展分析
發(fā)布時間：
2024-01-24 09:09
行業(yè)發(fā)展概況
1. 負極材料基本情況
鋰電池主要由正極材料、負極材料、電解液、隔膜組成，其中負極材料是鋰電池的關(guān)鍵材料之一，約占鋰電池成本的10%。負極材料的晶體結(jié)構(gòu)、粒度分布、元素含量、振實密度等指標直接決定了鋰電池的能量密度、首次效率、安全性、循環(huán)壽命等性能。
在鋰電池充放電過程中，鋰離子在兩極發(fā)生氧化還原反應(yīng)，進行化學(xué)電源的能量轉(zhuǎn)換，負極材料在其中發(fā)揮儲存和釋放能量的作用。具體來看，當電池充電時，正極上的鋰離子脫嵌，以電解液為載體，穿過隔膜，插入到負極層狀結(jié)構(gòu)中，電子則通過外部電路由正極流向負極；當電池放電時，負極上的鋰離子脫插，以電解液為載體，穿過隔膜，嵌入到正極材料中，電子則通過外部電路由負極流回正極。
圖1. 鋰電池充放電過程
注：Cathode/Anode Material（正極/負極材料）；Electrolyte（電解液）；Separator（隔膜）；Electron（電子）；Charge/Discharge（充電/放電）；Current（電流）；Li ion（鋰離子）
2. 負極材料分類及特點
負極材料由負極活性材料、粘合劑和添加劑混合制成糊狀均勻涂抹在銅箔兩側(cè)，經(jīng)干燥、滾壓而成。負極材料按所使用的活性材料的不同，可劃分碳系材料（石墨、無序碳、石墨烯）和非碳系材料（硅碳復(fù)合材料、鈦酸鋰等）。
圖2. 負極材料分類
碳系材料由于具有高比容量、低電化學(xué)電勢、良好的循環(huán)性能、低成本、無毒、在空氣中穩(wěn)定等優(yōu)點，所以成為目前市場上最成熟的鋰電池負極材料。尤其是市場化應(yīng)用程度最高的人造石墨和天然石墨，材料性能、性價比等綜合優(yōu)勢明顯。
非碳類材料雖然在某些方面有特殊的優(yōu)勢，但其技術(shù)仍然不成熟，大多數(shù)還處于研發(fā)階段，目前最有可能率先取得突破的是硅基材料。這是因為石墨的理論容量為372mAh/g，目前部分廠家產(chǎn)品可以達到365mAh/g，基本達到極限值，而硅作為負極材料，其能量密度達到4,200mAh/g左右，遠高于石墨負極材料，能量密度優(yōu)勢明顯，發(fā)展?jié)摿Υ蟆?/span>
主要負極材料特點對比情況如下表所示：
3. 負極材料產(chǎn)業(yè)鏈
負極材料產(chǎn)業(yè)鏈由上游的原材料及設(shè)備供應(yīng)商以及外協(xié)廠商、中游的負極材料廠商、下游鋰電池廠商構(gòu)成。具體來看，上游主要為針狀焦、石油焦、瀝青、天然石墨礦、碳材料、硅材料等原材料供應(yīng)商，流化床、回轉(zhuǎn)爐、球磨機等設(shè)備供應(yīng)商，以及石墨化、破碎等外協(xié)加工廠商；下游廣泛應(yīng)用于動力電池、消費電池、儲能電池領(lǐng)域。
圖4. 負極材料產(chǎn)業(yè)鏈
4. 負極材料市場概況
負極材料行業(yè)經(jīng)歷了“中間相碳微球材料為主、日企主導(dǎo)市場”的起步期，“石墨材料為主、國內(nèi)企業(yè)崛起”的跨越發(fā)展期，到如今的“探索新型負極材料、國內(nèi)企業(yè)主導(dǎo)市場”的快速上升期。
圖5. 負極材料行業(yè)發(fā)展歷程
近年來，受益于新能源汽車、通信儲能、電力儲能、智能穿戴等應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展，鋰電池負極材料市場迎來爆發(fā)式增長。在全球市場，根據(jù)GGII數(shù)據(jù)，2017年全球鋰電池負極材料出貨量24萬噸，2022年全球鋰電池負極材料出貨量156萬噸，較2021年同比增長71.4%，2017-2022年復(fù)合增長率達到45.4%，預(yù)計到2025年全球鋰電池負極材料需求將超過190萬噸。
圖6. 全球鋰電池負極材料出貨量（萬噸）
在國內(nèi)市場，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，2017年我國鋰電池負極材料出貨量14.9萬噸，2022年我國鋰電池負極材料出貨量137.0萬噸，較2021年同比增長90.3%，2017-2022年復(fù)合增長率達55.9%，均超全球增速。同時，2022年，我國鋰電池負極材料出貨量占全球87.8%的市場份額，市場地位顯赫。
從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來看，人造石墨負極材料出貨量快速上升。人造石墨產(chǎn)品占比持續(xù)提升，市場份額從2017年的67.9%上升至2021年的84.00%，出貨量達60.5萬噸，但2022年產(chǎn)品占比有所下降；天然石墨占比持續(xù)下降，市場份額從2017年的26.2%下滑至2021年的14.00%，出貨量為10.1萬噸，但2022年出貨量有所增長，出貨量達到26.3萬噸。這兩個產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變化一是受動力及儲能市場需求帶動，人造石墨對比天然石墨具有更好的一致性與循環(huán)性。本土鋰電池企業(yè)逐步轉(zhuǎn)向人造石墨，材料采購也偏向于天然與人造石墨混合材料，一定程度上降低了純天然石墨的采購，促使人造石墨成為了市場主要產(chǎn)品。此外，以硅基負極為代表的其他負極材料，受到國內(nèi)圓柱電池產(chǎn)品主要出貨型號切換，以及方型動力電池高鎳體系升級暫緩的影響，2022年出貨量不足兩萬噸，未能實現(xiàn)預(yù)期增長，市場占比持續(xù)低迷。
下游市場需求概況
負極材料是鋰電池的重要組成材料之一，近年來，鋰電池出貨量及產(chǎn)業(yè)規(guī)模快速上升，預(yù)計未來仍將保持高速發(fā)展趨勢，為負極材料市場需求增長奠定堅實的基礎(chǔ)。
在全球市場，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，2017年全球鋰離子電池出貨量144GWh，2022年全球鋰離子電池出貨量958GWh，2017-2022年復(fù)合增長率達到46.1%，并預(yù)計2025年出貨量將達到2,212GWh，預(yù)測期內(nèi)復(fù)合增長率為32.2%。
圖9. 中國鋰電池出貨量
在國內(nèi)市場，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，2017年我國鋰離子電池出貨量81GWh，2022年我國鋰離子電池出貨量655GWh，2017-2022年復(fù)合增長率達到51.9%，超過全球增速。且2017年，我國鋰離子電池總體出貨量在全球的占比為56.3%，這一數(shù)據(jù)在2022年達到了68.4%。預(yù)計2025年，我國鋰電池市場出貨量將超1,390GWh，未來三年復(fù)合增長率為28.5%。
行業(yè)未來發(fā)展趨勢
1. 產(chǎn)業(yè)鏈縱向一體化布局，實現(xiàn)降本增效
負極材料成本中，原材料與石墨化加工環(huán)節(jié)成本占比超過85%，是負極產(chǎn)品成本控制的兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。負極材料產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展初期，石墨化、碳化等生產(chǎn)環(huán)節(jié)由于資金投入大、技術(shù)壁壘高，主要依靠外協(xié)廠加工；針狀焦、天然石墨礦石等原材料向相應(yīng)的供應(yīng)商進行采購。
如今，隨著全球競爭加劇，愈來愈多的負極材料企業(yè)通過產(chǎn)業(yè)鏈縱向一體化布局，把控關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)與核心原材料，實現(xiàn)降本增效。貝特瑞、杉杉股份、璞泰來等龍頭企業(yè)通過外部收購、建設(shè)一體化基地項目等方式實現(xiàn)石墨化自供，同時石墨化加工企業(yè)也向前布局進入負極材料制造體系。此外，也有龍頭企業(yè)通過獲得礦山開采權(quán)、參股等方式實現(xiàn)針狀焦原材料的自供。一體化布局已經(jīng)成為負極材料企業(yè)構(gòu)筑核心競爭力的重要一環(huán)。
2. 行業(yè)壁壘較高，市場集中度快速提升
資金、技術(shù)和客戶構(gòu)建多重行業(yè)壁壘，負極頭部企業(yè)地位不斷加強。一是資金壁壘，負極材料設(shè)備工藝、新產(chǎn)品研發(fā)、產(chǎn)業(yè)規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)鏈上下游布局等均需要長時間的大量資金投入，且過程存在不確定性，對企業(yè)資金實力有一定要求，存在資金壁壘。二是技術(shù)壁壘，企業(yè)進入后，生產(chǎn)工藝不斷改進需要企業(yè)擁有深厚的技術(shù)背景，并對原料選擇和工藝細節(jié)等方面有深入研究，技術(shù)壁壘相對較高。三是客戶壁壘，出于產(chǎn)量和品質(zhì)等因素考慮，下游優(yōu)質(zhì)客戶通常與頭部負極材料企業(yè)建立合作關(guān)系，且由于客戶在產(chǎn)品選擇上十分謹慎，材料進入供應(yīng)體系后不會隨意替換，客戶粘性高，因此行業(yè)客戶壁壘較高。
行業(yè)壁壘較高，疊加龍頭企業(yè)話語權(quán)優(yōu)勢，負極材料行業(yè)集中度較高。根據(jù)高工鋰電數(shù)據(jù)，我國負極材料行業(yè)集中度CR6由2020年的50%，提升至2021年的80%，市場集中度提升較快。
3. 石墨類負極材料仍是當下主流，硅基材料未來應(yīng)用潛力較大
石墨類負極材料綜合優(yōu)勢明顯，是當下甚至更長時間段內(nèi)鋰電池負極材料的主流。根據(jù)高工鋰電數(shù)據(jù)，2022年，石墨類負極材料市場占有率約98%，尤其是人造石墨負極材料，其市場份額達到了約80%。
相對于石墨類材料，硅基負極材料理論容量更高，是極具應(yīng)用潛力的新型負極材料。但由于技術(shù)成熟度以及與負極其他材料的匹配問題，目前硅基材料尚未大規(guī)模應(yīng)用。隨著新能源汽車對續(xù)航能力要求的不斷提高，鋰電池負極材料也在向著高比容量方向發(fā)展，硅基負極材料的研發(fā)和導(dǎo)入有望加速進行。
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