(报告出品方/作者:太平洋证券,李帅华、王兴网)
一、负极一体化程度加剧是否有利?
1.硅基负极体积膨胀未解决,产业化进程放缓
负极材料可分为碳系负极和非碳性负极。碳材料中的石墨类为锂离子电池主要的负极材料,碳系石墨类具体可分为天然石墨和人造石墨两种,其中人造石墨又可分为中间相炭微球和石墨化碳纤维。
硅基负极材料理论克容量是石墨负极材料的10倍,不会拖累电池能量密度的提升。硅储量比较丰富,具备比较成熟的单质硅制备提纯工艺,嵌锂形成合金对应极高的体积比容量(mAh/cm3)和质量比容量(mAh/g),被认为是最有潜力商业化的负极材料。
硅基负极材料需要攻克的难点:体积剧烈变化和不稳定SEI膜。在电池充电时,Li和Si会发生一系列化学反应,硅被完全锂化会生成Li22Si5,导致晶体Si和非晶态Si嵌锂都会产生超过%的体积膨胀,而碳材料只有16%。放电时Li22Si5会分解成Si和Li+,体积变小。体积膨胀过大会引起颗粒产生裂纹粉化和颗粒断裂,同时体积膨胀导致的应力会使得Li+离子失去向电极继续扩散的动力,最后硅颗粒开裂粉化和电池材料的脱落会不断生成新的表面,导致固体电解质层SEI膜的持续生成,也就是说体积膨胀会导致原来分散的Si颗粒在嵌锂后出现融合,消耗锂离子,进而导致Si负极容量和倍率性能衰减。
2.下游需求旺盛,人造石墨为当前主流
国内与国外市场共舞,开启电动车10年景气周期。新兴造车势力快速放量,贡献市场活跃度。特斯拉销量一直处于高增长态势,年Q1共交付31万辆,同比增长68%。蔚来、小鹏在年交付9.9/9.1辆,创下年度销量新高。随着第三方造车势力的崛起,未来一段时间将对新能源汽车销量贡献纯增量,利好行业长期发展。年国内新能源汽车销量达万辆,同比增长%,预计年销量为万辆,同比增长超50%。根据单车50度电计算,预计年全球动力电池需求为GWh,1KWh消耗1.1kg负极材料,估算年全球动力负极材料需求约55万吨,同比增长超60%。
3.负极材料产业链条长
人造石墨原料包括针状焦、石油焦和沥青焦,这些主要来自于煤化工和石油化工加工的副产品,价格受到石油价格的波动影响。一般来说,高能量密度的人造石墨负极材料主要使用针状焦等作为原料,中低端负极材料则使用低成本的石油焦等。
石墨化是负极材料生产的重要环节。天然石墨原料来自于天然鳞片制备的球化石墨,特点是和工艺简单和成本较低。人造石墨原料包括针状焦、石油焦和沥青焦,主要工艺分为破碎、造粒、石墨化、包覆碳化,其中造粒、石墨化和包覆壁垒较高。
造粒:是人造石墨的关键环节,分为热解工序和球磨工序。1)热解工序:将中间物料投入反应釜中,在惰性气体氛围和一定压力下进行电加热,在-℃搅拌1-3小时,后继续加热至-℃,搅拌得到粒径在10-20mm的物料,降温出料。2)球磨工序:真空进料,将经过热解工序的物料输送至球磨机进行机械球磨,10-20mm物料磨制成6-10微米粒径的物料。
石墨化:使用高温热处理(HTT)对原子重排及结构转变提供能量,利用热活化将热力学不稳定的碳原子实现由乱层结构向石墨晶体结构的有序转化。
包覆碳化:以石墨类碳材料作为“核芯”,在其表面包覆一层均匀的无定形碳材料,形成类似“核-壳”结构的颗粒。通常用的无定形碳材料的前躯体有酚醛树脂、沥青、柠檬酸等低温热解碳材料。无定形碳材料的层间距比石墨大,可改善锂离子在其中的扩散性能,这相当于在石墨外表面形成缓冲层,从而提高石墨材料的大电流充放电性能、循环寿命等。
4.负极一体化程度有利于降本
负极材料产业链条较长,因此在产品本身规模和效率前提下,寻求成本降低的可行解就是整合产业链。从成本结构来看,原材料和石墨化工序(成本包括坩埚、电阻料等直接材料,人工、水电和折旧,其中电费约占60%,耗电高)成本占比较高,-年翔丰华人造石墨负极材料中石墨化加工费占总成本的比例在50%左右。根据璞泰来招股说明书,石墨化工序与前后端生产工序相对独立,固定资产投资较大且石墨化电阻废料处置需要稳定的钢厂和铝厂客户资源,因此早期大部分厂商都选择外协生产。
料来源:公司公告,太平洋研究院整理资料来源:公司公告,太平洋研究院整理负极材料中石墨化工艺会产生附属产品,石墨化焦会在石油焦置于石墨化炉中,经过高温石墨化热处理工艺制作生成的产品。石墨化焦分为增碳剂和铝用炭素,其中增碳剂主要应用于钢铁和铸造行业,铝用炭素主要作为阳极和阴极,应用于电解铝行业。近年来*策对于高能耗高污染的产能不断加强管理,低端石墨化工厂被动退出市场,加上对环境有好的电炉炼钢技术产能的推广,带动石墨化工序加工费的上涨,从而影响供应链的稳定。
布局石墨化能显著降低成本。随着年石墨化加工费的涨价,各大负极厂商纷纷布局石墨化产能,根据公司公告数据,计算中科电气负极材料原材料及部分加工单吨成本的走势,年公司由于产能停工导致成本抬升,之后主要由于石墨化自供比例的提升带来成本的下降。根据尚太科技招股说明书,年上半年公司石墨化外协的单吨成本在1.08万元,比石墨化自产的成本要高0.55万元,如果石墨化自供比例达到%,则可以提升毛利率20pct。
在成本占比较高的还有原材料针状焦、石油焦等,那么需不需要整合全产业链来增强一体化从而达到降低成本?我们认为下场建设焦类原材料产线可能弊大于利。焦类价格波动较大。根据百川盈孚数据显示,年我国针状焦产能约万吨,较上年增加了48.7万吨,总产量为.3万吨,同比增长%。根据GGII数据显示,年我国负极材料出货量在72万吨,同比增长97%。石墨负极单吨消耗针状焦1.3万吨左右,计算得出年我国负极材料理论消耗93.6万吨针状焦,如果再扣除部分负极企业针状焦来源于进口,针状焦供大于求,且比较容易采购,无需亲自新建焦类产线。
我们从尚太科技和翔丰华焦类原材料采购单价来看,焦类采购单价和石油煤炭呈现周期性,波动较大。以尚太科技为例,年和年上半年石墨化工序%自供单吨节约成本比单吨焦类采购成本分别高0.26和0.06万元。根据广东煤基碳材料研究有限公司