最新負極材料行業發展分析
發布時間：
2024-01-24 09:09
行業發展概況
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鍵材料之一，約占鋰電池成本的10%。負極材料的晶體結構、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、循環壽命等性能。
在鋰電池充放電過程中，鋰離子在兩極發生氧化還原反應，進行化學電源的能量轉換，負極材料在其中發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，插入到負極層狀結構中，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，經干燥、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、低電化學電勢、良好的循環性能、低成本、無毒、在空氣中穩定等優點，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、性價比等綜合優勢明顯。
非碳類材料雖然在某些方面有特殊的優勢，但其技術仍然不成熟，大多數還處于研發階段，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，能量密度優勢明顯，發展潛力大。
主要負極材料特點對比情況如下表所示：
3. 負極材料產業鏈
負極材料產業鏈由上游的原材料及設備供應商以及外協廠商、中游的負極材料廠商、下游鋰電池廠商構成。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商，流化床、回轉爐、球磨機等設備供應商，以及石墨化、破碎等外協加工廠商；下游廣泛應用于動力電池、消費電池、儲能電池領域。
圖4. 負極材料產業鏈
4. 負極材料市場概況
負極材料行業經歷了“中間相碳微球材料為主、日企主導市場”的起步期，“石墨材料為主、國內企業崛起”的跨越發展期，到如今的“探索新型負極材料、國內企業主導市場”的快速上升期。
圖5. 負極材料行業發展歷程
近年來，受益于新能源汽車、通信儲能、電力儲能、智能穿戴等應用領域的快速發展，鋰電池負極材料市場迎來爆發式增長。在全球市場，根據GGII數據，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年復合增長率達到45.4%，預計到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）
在國內市場，根據相關數據，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。
從產品結構來看，人造石墨負極材料出貨量快速上升。人造石墨產品占比持續提升，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年產品占比有所下降；天然石墨占比持續下降，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。這兩個產品結構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性。本土鋰電池企業逐步轉向人造石墨，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品。此外，以硅基負極為代表的其他負極材料，受到國內圓柱電池產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，未能實現預期增長，市場占比持續低迷。
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，鋰電池出貨量及產業規模快速上升，預計未來仍將保持高速發展趨勢，為負極材料市場需求增長奠定堅實的基礎。
在全球市場，根據相關數據，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年復合增長率達到46.1%，并預計2025年出貨量將達到2,212GWh，預測期內復合增長率為32.2%。
圖9. 中國鋰電池出貨量
在國內市場，根據相關數據，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%，這一數據在2022年達到了68.4%。預計2025年，我國鋰電池市場出貨量將超1,390GWh，未來三年復合增長率為28.5%。
行業未來發展趨勢
1. 產業鏈縱向一體化布局，實現降本增效
負極材料成本中，原材料與石墨化加工環節成本占比超過85%，是負極產品成本控制的兩個關鍵環節。負極材料產業鏈發展初期，石墨化、碳化等生產環節由于資金投入大、技術壁壘高，主要依靠外協廠加工；針狀焦、天然石墨礦石等原材料向相應的供應商進行采購。
如今，隨著全球競爭加劇，愈來愈多的負極材料企業通過產業鏈縱向一體化布局，把控關鍵生產環節與核心原材料，實現降本增效。貝特瑞、杉杉股份、璞泰來等龍頭企業通過外部收購、建設一體化基地項目等方式實現石墨化自供，同時石墨化加工企業也向前布局進入負極材料制造體系。此外，也有龍頭企業通過獲得礦山開采權、參股等方式實現針狀焦原材料的自供。一體化布局已經成為負極材料企業構筑核心競爭力的重要一環。
2. 行業壁壘較高，市場集中度快速提升
資金、技術和客戶構建多重行業壁壘，負極頭部企業地位不斷加強。一是資金壁壘，負極材料設備工藝、新產品研發、產業規模化、產業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，對企業資金實力有一定要求，存在資金壁壘。二是技術壁壘，企業進入后，生產工藝不斷改進需要企業擁有深厚的技術背景，并對原料選擇和工藝細節等方面有深入研究，技術壁壘相對較高。三是客戶壁壘，出于產量和品質等因素考慮，下游優質客戶通常與頭部負極材料企業建立合作關系，且由于客戶在產品選擇上十分謹慎，材料進入供應體系后不會隨意替換，客戶粘性高，因此行業客戶壁壘較高。
行業壁壘較高，疊加龍頭企業話語權優勢，負極材料行業集中度較高。根據高工鋰電數據，我國負極材料行業集中度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，硅基材料未來應用潛力較大
石墨類負極材料綜合優勢明顯，是當下甚至更長時間段內鋰電池負極材料的主流。根據高工鋰電數據，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，是極具應用潛力的新型負極材料。但由于技術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模應用。隨著新能源汽車對續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展，硅基負極材料的研發和導入有望加速進行。
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