1.負極材料簡介

1.1.負極材料：鋰離子電池四大主材之一

負極材料是鋰離子電池的重要原材料之一。負極材料對于鋰離子電池的能量密度、循環(huán)性能、充放電倍率以及低溫放電性能具有影響較大的影響。從鋰電池工作原理來看：在充電過程中，鋰離子從正極材料中分離，經過電解液嵌入至負極材料中。與此同時，電子由負極材料運動至正極材料。由于負極材料具有較多的微孔，因此到達負極的鋰離子將嵌入至微孔中，鋰離子可嵌入負極材料的數量越多，電池的充電容量越高。在放電過程中，鋰離子從負極材料中脫離，經過電解液嵌入至正極材料。負極的鋰離子此時，嵌入至正極材料的鋰離子數量越多，電池的放電容量越高。

負極材料在鋰離子電池成本中占比小于15%。鋰離子電池四大主材為正極材料、負極材料、電解液、隔膜，其成本占比分別約為40%、15%、15%、30%。

1.2.負極材料種類眾多，人造石墨性能突出

鋰電池負極材料主要分為碳材料和非碳材料。碳材料包括：石墨類、石墨烯、無序碳。目前鋰離子電池中應用較多的是石墨類負極材料，比如人造石墨、天然石墨。非碳材料中主要包括：硅基負極材料、鈦酸鋰負極材料等。硅基負極材料中可以分為 SiO 負極材料、硅碳負極材料、硅基合金負極材料。

2.人造石墨主角地位難撼動，硅基負極粉墨登場

2.1.石墨類負極性能優(yōu)化進行時

石墨類負極各有優(yōu)勢，人造石墨更勝一籌。從克容量來看，天然石墨容量略高于人造石墨。天然石墨負極材料的理論容量為340-370mAh/g，人造石墨的負極材料的理論容量為 310-360 mAh/g。從循環(huán)性能來看，人造石墨循環(huán)性能好于天然石墨。根據貝特瑞的數據，天然石墨（GSN產品）的循環(huán)周數為 500 周左右；人造石墨（AGP-2L-P）循環(huán)周數可達6000周。主要原因為天然石墨的顆粒大小不一致，表面缺陷較多，因此容易與電解液反應從而導致循環(huán)性能下降。從膨脹率角度來看，天然石墨膨脹率高于人造石墨。主要原因為鱗片石墨的結晶度較高，片層結構單元化大，具有明顯的各向異性。因此，鋰嵌入和脫嵌過程中體積產生較大的變化。制造成本以及售價來看，人造石墨的成本以及售價高于天然石墨。主要是由于其生產工藝導致。根據鑫欏鋰電的統(tǒng)計（2022 年9 月23 日），天然石墨負極（高端）均價約為 6.1 萬元/噸，人造石墨負極（高端）約為6.80萬元/噸。

天然石墨與人造石墨的組合穩(wěn)固了石墨類負極在負極材料中的地位。根據下游應用的不同需求，石墨類負極產品具有多樣性。1）天然石墨與人造石墨混合，提高負極材料克容量、降低產品成本。天然石墨具有可容量高以及成本較低的優(yōu)勢，人造石墨中混合天然石墨一定程度上可以提高負極材料的容量，生產更具性價比的產品。由于天然石墨為輔助材料，因此人造石墨將會克制天然石墨膨脹率高的問題；2）針狀焦與石油焦區(qū)分高低端人造石墨產品。由于針狀焦原材料要求較高，石墨化性能高于石油焦，因此是高端人造石墨的主要原材料。

2.2.硅基負極接棒石墨類負極

石墨類負極容量接近理論上限，硅基負極成為下一代負極材料主力軍。新能源汽車高速發(fā)展加速高能量密度電池發(fā)展進程，硅基負極成為下一代負極材料的首選。從克容量來看，硅基負極擁有絕對優(yōu)勢。石墨負極理論克容量為 372mAh/g，硅基負極理論克容量可高達4200mAh/g。從膨脹率來看，硅基負極材料膨脹率極高。根據數據，硅基負極膨脹率高達300%。從循環(huán)性能看，硅基負極循環(huán)壽命遠低于石墨類負極。目前硅基負極循環(huán)壽命為 300-500 次。主要原因為，硅基負極膨脹率較高，充放電過程中的膨脹會導致硅基負極材料的粉末化，從而影響電池的使用壽命。

從制造成本來看，當前硅基負極材料成本遠高于石墨類負極材料。根據隆眾資訊預測，2022-2023 年貝特瑞的硅基負極和硅氧負極單位盈利均為 6.5 萬元/噸和 6.3 萬元/噸。根據鑫欏鋰電數據統(tǒng)計，截至2022年8月30 日，天然石墨（高端）和人造石墨（高端）的售價分別為6.1萬元/噸和7.1 萬元/噸。 從硅基負極類型來看，硅碳負極與硅氧負極或將成為硅基負極主流技術。目前硅基負極的技術路徑有三種，分別為硅氧負極材料、硅碳負極材料、硅基合金負極材料。1）硅氧負極材料：Li2O 基質環(huán)繞在LixSi 核周圍可充當著鋰離子的快速擴散通道，因此嵌鋰時SiOx富含的Li2O基質能夠使其在循環(huán)和倍率性能方面最優(yōu)化；LixSi 核周圍的Li2O和Li4SiO4基質還可以有效的緩沖體積膨脹。2）硅碳復合材料：將碳材料包覆在硅材料外層，形成硅碳復合材料。從結構上來看，包覆結構改善材料的循環(huán)穩(wěn)定性。碳材料的包覆能夠提高負極材料的導電性能，并且碳材料表面會形成SEI膜，能夠抑制電解液對于負極材料的侵蝕，從而提高負極材料的循環(huán)性能。

3.鋰電池行業(yè)需求爆發(fā)，負極材料維持高景氣

3.1.“新能源汽車+儲能”推升鋰電池需求高增

“三駕馬車”帶動鋰電爆發(fā)式增長。鋰離子電池下游需求場景主要為消費電子、動力電池、儲能電池。從全球來看，鋰電池出貨量整體呈現(xiàn)增長趨勢，且增長幅度較大。根據 EVTank 統(tǒng)計，2021 年全球鋰電池出貨量達到 562.4GWh，同比+90.97%。2021 年中國鋰電池出貨量為327GWh，同比+128.67%。2021 年中國不同類型鋰離子電池出貨量占比均超50%。從趨勢上看，動力電池占比整體呈現(xiàn)下降趨勢，但自2021 年占比有所回升；儲能電池、小動力及 3C 電池占比連續(xù)五年增長，且增速較快。

新能源汽車發(fā)展迅猛，動力電池需求旺盛。新能源汽車需求大增，產銷量持續(xù)上漲。2021 年全球和中國新能源銷量分別為650 萬輛和352萬輛，同比+108%和 157%。新能源汽車需求的旺盛帶動鋰離子動力電池出貨量增長。2021 年全球和中國鋰離子動力電池出貨量分別為371GWh和220GWh，同比+135%和 160%。

“風光”發(fā)電齊發(fā)展，儲能布局再加速。全球以及中國鋰離子儲能電池下游需求旺盛，出貨量增長迅猛。根據EVTank 數據，2021年全球和中國鋰離子儲能電池出貨量分別為 66.3GWh 和42.3GWh，同比+132.53%和+197.43% 。 根 據 國 家 能 源 局 數 據 ， 2021 年中國累計儲能裝機量為43.44GW，同比+22.02%。下游需求增長點：1）新能源裝機量大幅提升，儲能需求隨之抬升。根據國家能源局數據，2020 年和2021 年我國風電和光伏發(fā)電累計裝機量分別 534.6GW 和 637.1GW，同比+28.92%和+19.62%。2020 年我國風電和光伏新增裝機量分別為71.69GW和48.28GW，同比+178.44%和 60.35%。從新能源特性看，新能源發(fā)電具有不間歇性，因此需要通過儲能解決新能源消納以及沖擊電網的問題。從政策層面看，要求新能源強制配儲 10%-20%，且配儲時長為2 小時；2）電化學儲能技術占比持續(xù)提升。根據 CNESA，全球和中國的電化學儲能占比呈現(xiàn)上漲的趨勢。截至 2021 年，全球和中國的電化學儲能累計裝機量占比分別為10.05%和 11.8%。成本的降低是推動電化學儲能發(fā)展的重要因素；3）電化學儲能成本大幅下降，儲能經濟性逐步提升。根據派能科技招股說明書，2021 年家用儲能系統(tǒng)成本和平準化度電成本分別為450 美元/kwh和0.07美元/kwh。

5G 手機+穿戴設備齊飛，小型鋰電需求穩(wěn)定增長。全球以及中國鋰離子電池穩(wěn)定增長。根據 EVTank，全球和中國鋰離子小型電池出貨量持續(xù)攀升。2021 年全球和中國鋰離子小型電池出貨量分別為125.10GWh和71.81GWh，同比+16.05%和 20.08%。下游產品的需求增長以及升級換代是鋰離子小型電池增長的動力：1）5G 手機銷量高增，鋰電池需求增長。根據 IDC 數據，2020 年和 2021 年全球 5G 手機出貨量分別為2.4億臺和5.3億臺，同比+1183.42%和 120.83%。5G 手機芯片的耗電量是4G手機芯片的 2.5 倍。基于 5G 手機耗電量大增，為保證手機續(xù)航能力，手機電池容量將大幅增長。2）可穿戴設備成為新增長點。全球可穿戴設備銷量持續(xù)創(chuàng)新高。根據 IDC 數據，2021 年全球可穿戴設備銷量為5.33 億臺，同比+19.86%。可穿戴設備產品結構中，主要以智能耳機和智能手表為主。2021 年智能耳機和智能手表占比分別為58.16%和23.92%。從長期來看，AR 和 VR 或將帶來新的鋰離子小型電池需求。

3.2.人造石墨需求較大，硅基負極出貨持續(xù)高增

人造石墨地位穩(wěn)定，硅基負極出貨量維持高速增長。分負極材料種類來看，1）天然石墨受其特性影響，增速相對緩慢。2017-2021年我國天然石墨出貨量持續(xù)攀升，但增速相較于人造石墨以及硅基負極緩慢。根據GGII 統(tǒng) 計 ， 2018/2019/2020/2021 年 我國天然石墨出貨量分別為4.58/4.77/5.84/10.08 萬噸，分別同比增長16%/4%/22%/73%。2020年和2021 年天然石墨出貨量大增的主要原因是新能源汽車銷量的上漲所致，但是由于天然石墨的能量密度較低，因此天然石墨整體的出貨量以及增速不及人造石墨； 2）人造石墨綜合性能突出，負極材料霸主地位難撼動。根據GGII統(tǒng)計 2018/2019/2020/2021 年我國人造石墨出貨量分別為13.3/20.8/30.7/60.5萬噸，分別同比增長 32%/56%/48%/97%。2021 年我國人造石墨出貨量占比為 84%，同比提高了 5pct。人造石墨的出貨量高增的主要原因為新能源汽車對于續(xù)航要求提高，人造石墨的能量密度相對于天然石墨更高，因此出貨量占比有所提升； 3）硅基負極增速不斷提升，有望成為重要的負極材料之一。根據GGII 統(tǒng) 計 2018/2019/2020/2021 年 我 國硅基負極出貨量分別為0.25/0.37/0.6/1.1 萬噸，分別同比增長 56%/48%/62%/83%。

3.3.負極材料需求測算

關鍵假設：

1）動力電池：全球汽車電動化趨勢明顯，動力電池出貨量或將維持高 增 。 我 們 假 設 ， 2022-2025 年 國內動力電池出貨量分別為217/325/472/637GWh ； 2022-2025 年 海外動力電池出貨量分別為227/318/430/537GWh。1）人造石墨，2022-2025 年國內需求量分別約為20/27/36/45 萬噸，海外人造石墨需求量分別約為20/25/32/37 萬噸；2）天然石墨，2022-2025 年國內需求量分別約為4/5/7/8 萬噸，海外天然石墨需求量分別約為 4/4/6/6 萬噸；3）硅基負極，2022-2025 年國內需求量分別約為 0.2/0.6/2/4 萬噸，海外需求量分別約為0.8/2/3/5 萬噸；

2）消費電池（含電動工具）：消費領域電池增長幅度相對小，增速相 對 較 緩 。 我 們 假 設 ， 2022-2025 年國內消費電池出貨量分別為83/93/105/117GWh ； 2022-2025 年 海 外消費電池出貨量分別為61/69/78/87GWh。1）人造石墨，2022-2025 年國內需求量分別約為7/7/8/8萬噸，海外人造石墨需求量分別約為 5/5/5/5 萬噸；2）天然石墨，2022-2025 年國內需求量分別約為 1/1/1/1 萬噸，海外天然石墨需求量分別約為1/1/1/1 萬 噸 ；

3 ） 硅 基 負 極 ， 2022-2025 年國內需求量分別約為0.4/0.4/0.9/1 萬噸，海外需求量分別約為 0.3/0.4/0.9/1 萬噸；3）儲能電池：從增速上儲能增速相對較快，由于新能源裝機量高增，疊加海外需求增長。我們假設，2022-2025 年國內儲能電池出貨量分別為83/93/105/117GWh ； 2022-2025 年 海 外儲能電池出貨量分別為61/69/78/87GWh 。 1 ） 人 造 石 墨 ， 2022-2025 年國內需求量分別約為6/8/9/10 萬噸，海外人造石墨需求量分別約為4/4/5/6 萬噸；2）天然石墨，2022-2025 年國內需求量分別約為 1/2/2/3 萬噸，海外天然石墨需求量分別約為 1/2/3/3 萬噸；3）硅基負極，2022-2025 年國內需求量分別約為0.03/0.1/0.2/0.4 萬噸，海外需求量分別約為0.03/0.1/0.2/0.5 萬噸；

4）負極材料單 GWh 用量：隨著負極材料工藝以及技術的更新，單GWh 用量整體呈現(xiàn)下降趨勢。我們假設，2022-2025 年人造石墨單GWh用量分別為 0.11/0.10/0.10/0.09 萬噸/GWh；2022-2025 年天然石墨單GWh用量分別為 0.11/0.10/0.10/0.09 萬噸/GWh；2022-2025 年硅基負極單GWh用量分別為 0.09/0.09/0.08/0.08 萬噸/GWh；

5）負極材料需求測算：從全球負極材料需求來看，2022-2025年人造石墨需求分別為 91/109/131/153 萬噸；2022-2025 年天然石墨需求分別為13/15/19/22 萬噸；2022-2025 年負極材料需求分別為1.72/3.56/6.83/12.19萬噸。

4.負極材料短期供給偏緊，長期有產能過剩風險

4.1.“三大多小”向“四大多小”演變

負極行業(yè)高度聚集，國內競爭格局逐步走向“四大多小”。從全球競爭 格 局 來 看， 中國市場份額相對較為穩(wěn)定。2021 年中國占全球負極材料市場的比重為 86.10%，遠高于其他國家。從國內競爭格局來看，國內競爭格局略微有所變化，“四大多小”趨勢逐步明顯。

4.2.短期負極材料供需緊平衡，長期或將供過于求

負極材料產能急速擴張，長遠來看存在產能過剩風險。根據華經研究院統(tǒng)計，2021 年全球負極廠商名義總產能110 萬噸，其中中國負極廠商總產能達 94 萬噸，占比 85%，韓國、日本總產能16 萬噸，占比15%。根據各公司公告，2021 年主流負極材料上市公司璞泰來、貝特瑞、杉杉股份、中科電氣、翔豐華產能分別為
15.00/14.47/12.00/6.64/3.50 萬噸。根據百川盈孚大數據統(tǒng)計，2021 年和 2022 年國內各廠商規(guī)劃總產能為652萬噸。

5.“石墨化+一體化”企業(yè)優(yōu)勢凸顯，硅基負極為未來發(fā)展方向

5.1.受“雙控+限電”影響，石墨化供給短期或仍將不足

石墨化是人造石墨的必經之路。石墨化是將物料按一定的升溫曲線進行加熱處理直至物料轉化為石墨制品的過程，該過程以熱能引起的運動為基礎，使碳進一步富集，碳原子實現(xiàn)由亂層結構向石墨晶體結構的有序轉化。石墨化過程為將主材料均勻放入石墨坩堝內，再通過天車吊起平放入石墨化爐中，將電阻料放入爐芯處石墨坩堝外圍，外邊包覆保溫料，將爐體填滿，即完成裝爐。將爐體裝滿后，即進入電加熱過程。通過石墨化爐兩側的電極進行通電加熱，時間通常不超過48 小時，在爐內達到一定溫度后加蓋爐頂并設置集氣罩，爐內溫度將繼續(xù)升至2800℃-3000℃，最終將坩堝內含碳物質在高溫熱處理下，使其具備石墨晶體結構特征。通電加熱結束后，將爐頂打開，靜置冷卻至材料恢復常溫，即結束該生產過程。通常情況下，石墨化工序或提純工序一個周期將達到15-22 天。

“高溫高耗電量+產能擴張較緩”或將導致我國石墨化供需錯配。從供需情況上看，2023 年我國石墨化或將呈現(xiàn)供給不足的情況。根據頭豹研究院測算，2022 年我國石墨化供給和需求分別為72 萬噸和64萬噸；2023年我國石墨化供給和需求分別為 85.3 萬噸和91.4 萬噸。

從能耗上來看，石墨化企業(yè)屬于高能耗企業(yè)。石墨化爐種類多樣，但高溫以及高耗電量難以避免。我國目前主流的石墨化爐為艾奇遜石墨化爐和內串式石墨化爐。根據石墨網統(tǒng)計，艾奇遜石墨化爐和內串式石墨化爐的耗電量巨大，其耗電區(qū)間分別為 4000～4800kwh/t、3300～4000kwh/t。

從石墨化產能布局來看，我國石墨化產能主要集中在西北地區(qū)，市場格局較為分散。1）根據高工鋰電統(tǒng)計，2021 年內蒙古石墨化產能占比為41%、四川為 17%、山西為 12%、青海為8%。由于石墨化需要消耗大量的電力，因此石墨化產能布局整體上是根據電力供應能力以及電價分布的。2）石墨化市場格局較為分散，根據頭豹研究院，2021 年我國外協(xié)廠的石墨化市場占比達到了 63%。在上市公司中，璞泰來石墨化市場份額最大，達到了整體市場份額的 13%。

從政策端來看，雙控政策不斷出臺，石墨化產能釋放受阻。2021年國家發(fā)改委出臺《完善能源消費強度和總量雙控制度方案》后，各省市發(fā)改委相繼出臺相關的雙控政策，石墨化廠商產量受限。以我國石墨化產能占比最大的內蒙古自治區(qū)為例，2022 年 7 月內蒙古自治區(qū)發(fā)改委發(fā)布了《關于完善能耗強度和總量雙控政策 保障“穩(wěn)中求進”高質量發(fā)展的通知》，其中下達了對于各盟市年度能耗強度降低目標任務，以及加強了對于“兩高”項目的認定、管理、審核。

5.2.一體化趨勢加劇，龍頭企業(yè)優(yōu)勢凸顯

一體化是負極材料企業(yè)降本的主要方式，其中石墨化自供率為重中之重。1）石墨化在人造石墨中的占比較高。目前我國大部分負極材料廠商的石墨化都是以外協(xié)廠加工為主。根據璞泰來2021 年年報，公司人負極材料加工費占比為 41.75%；2）電價上漲，抬升石墨化費用。根據璞泰來2021 年年報，石墨化的主要成本為制造費用以及輔助生產費用，占比達到84.16%。由于石墨化需要消耗大量的電力，因此電費對于制造費用以及輔助生產費用的影響較大。隨著各地電力市場改革進程加速，高耗能企業(yè)的電價進一步提升，因此將會推升石墨化的成本；3）受調控政策影響，有效產能不足，石墨化供應緊缺，石墨化加工價格上漲。

4）委外加工石墨化大幅拉低負極材料企業(yè)毛利率。根據尚太科技的測算，2020 年當石墨化委外加工占比達到30%和50%時，負極材料毛利率分別下降 7.98%和 13.30%。

負極材料廠商擴產石墨化產能，石墨化自給率有望提升。根據GGII數據，2021 年璞泰來、杉杉股份、中科電氣、翔豐華、凱金能源石墨化自給率分別為 66.67%、35.00%、53.03%。根據各公司公告（據不完全統(tǒng)計），中科電氣規(guī)劃石墨化產能達 20 萬噸，杉杉股份規(guī)劃石墨化高達50萬噸，貝特瑞規(guī)劃石墨化產能達 28 萬噸。

5.3.硅基負極未來可期

硅基負極克容量高，可大幅提升新能源汽車的續(xù)航里程。續(xù)航里程是新能源汽車的痛點之一。為了滿足消費者的續(xù)航需求，我國純電動新能源汽車續(xù)航里程不斷提高。根據數據顯示，2018-2021 年純電新能源汽車最高續(xù)航里程分別為
565km/660km/706km/840km/1008km。解決續(xù)航里程的方法除了增加電池尺寸，其次是提高電池的能量密度。以磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池為例，歷年來能量密度都是不斷提升的。由于硅基負極的克容量遠高于天然石墨和人造石墨，因此硅基負極的應用可提升動力電池的能量密度，提升新能源汽車的續(xù)航里程。

快充車型紛至沓來，硅基負極高倍率性能傲視群雄。隨著消費者對于補能時長要求的提高，縮短補能時長是發(fā)展新能源汽車發(fā)展需要解決的問題。從供給端來看，已有多家車企已經或即將推出800V的快充車型。為了提升電池的充放電效率，就需要使用高倍率的電池。高倍率電池一般指的是連續(xù)放電能力≥3C 的鋰離子電池，鋰離子電池是一種充電高倍率電池，它主要依賴鋰離子在正極和負極之間移動來工作。因此，具有高倍率性能的負極材料將提高鋰電池的充放電能力。

大圓柱電池推出，負極材料膨脹率容忍度提高。硅先天不如石墨穩(wěn)定，因此在充放電的過程中容易膨脹。一般碳基負極在嵌鋰反應中體積的膨脹不超過 10%，而硅基則能膨脹 360%，從而引發(fā)SEI 膜破損等副反應，導致電池容量衰減。大圓柱電池帶動硅基負極材料需求上漲主要原因為：1）圓柱電池體積更大。硅基負極在充放電的過程中膨脹率極高，大圓柱電池的體積較大，為硅的膨脹預留了一定的空間，減少了膨脹所帶來的影響；2）大圓柱電池表面為弧形。硅基負極的膨脹時多個方向可以分攤膨脹壓力，因此對于硅基負極的膨脹容忍度更高。

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