半岛彩票:电动车的负极江湖：一代枭雄大有来头

　　这是一篇枯燥的行研内容，字数破万，系公开信息的逻辑性归拢，意在自上而下地对动力电池负极体系做一审视。其中的”下“，我们选取的标的是2017年末登录A股的全球锂电池人造负极材料龙头——璞泰来(SH:603659)：2017年末IPO发行价为16.53元，最新股价为117.6元，市值超过800亿，4年6个月股价翻了7.25倍。

　　K线走势很美，又是当下的热门赛道，一众投资者春风得意。但鲜有人躬身追问的是，如火如荼的电动车负极材料江湖水有多深？走入其中，你会发现“时代造势，能人造局”这句话诚不我欺：主导中国电动车负极江湖的一方枭雄，出身竟是17年前执掌过百亿公募基金的老牌明星基金经理。

　　锂离子电池由正极、负极、电解液和隔膜四部分组成。负极材料，是电池充电过程中锂离子和电子的载体，起着能量的储存与释放作用。

　　公开资料显示，截至2020年底，新能源汽车的成本中，动力电池占42%，电机10%，电控11%，电驱零部件7%，整车其他部件30%。动力电池所占的42%中，正极17%，负极6%（占动力电池的14%），电解液6%，隔膜13%。

　　目前，全球锂电池负极材料以天然/人造石墨为主，新型负极材料如中间相炭微球（MCMB）、钛酸锂、硅基负极、HC/SC、金属锂在快速增长中。

　　√氧化还原电位随锂离子的插入脱出变化应该尽可能少，这样电池的电压不会发生显著变化，可保持较平稳的充电和放电；

　　石墨，英文名graphite，质软、有滑腻感，是一种非金属矿物质，具有耐高温、耐氧化、抗腐蚀、抗热震、强度大、韧性好、自润滑强度高、导热、导电性能强等物理、化学性能。

　　石墨是目前广泛应用的负极材料，但石墨也有很多不足之处。比如石墨的低电位，与电解质形成界面膜，并且容易造成析锂；离子迁移速度慢，故而充放电倍率较低；层状结构的石墨在锂离子插入和脱嵌的过程中会发生约10%的形变，影响电池的循环寿命。

　　非石墨类负极主要是软碳和硬碳。硬碳（hard carbon），亦名：难石墨化碳，是高分子聚合物的热解碳,这类碳在3000℃的高温也难以石墨化。硬碳有树脂碳、有机聚合物热解碳(PVA,PVC,PVDF,PAN等)、碳黑(乙炔quē黑)。硬碳有利于锂的嵌入而不会引起结构显著膨胀,具有很好的充放电循环性能。

　　硬碳容量大于常规碳类材料的理论容量，高倍率、循环性能、安全性能优，但是首效低，大概85%，电压平台3.6V，低于石墨的3.7V，成本高。改进思路主要是提高首效（降低比表面积，形成更规则的硬碳；表面包覆，控制SEI形成）；提高材料收率（化学工业生产中，投入单位数量原料获得的实际产品产量与理论产品产量的比值），降低成本。

　　与石墨负极相比，钛酸锂具有更高的嵌锂电位，可有效避免金属锂的析出和锂枝晶的形成。钛酸锂具有远高于石墨的热力学稳定性，不易引起电池的热失控，从而具有更高的安全性。

　　同时，钛酸锂在锂离子嵌入、脱出的过程中，晶体结构能够保持高度的稳定性，具有极为优良的循环稳定性。此外，钛酸锂还具有优异的低温性能，快速充电能力，较高的性价比，因而在大规模储能等领域具有较好的应用前景。

　　但钛酸锂的电子和离子电导率低，极大限制了其在大电流充放电条件下的倍率性能。以钛酸锂为负极的锂离子电池在充放电循环和存储过程中，普遍存在“胀气”现象，即电池内部不断产生气体，特别是在高温条件下，胀气更为严重。

　　硅是目前发现的理论克容量最高的负极材料。硅的理论容量高达4200mAh/g，超过石墨372mAh/g十倍以上，充一次电将实现1000公里以上续航。

　　硅的最大的缺陷是体积膨胀。在充放电过程中，硅的脱嵌锂反应将伴随大的体积变化（＞300%），造成材料结构破坏和机械粉化，导致电极材料间及电极材料与集流体的分离，进而失去电接触，致使容量迅速衰减，循环性能恶化。由于剧烈的体积效应，硅表面的SEI膜处于破坏-重构的动态过程中，会造成持续的锂离子消耗，进一步影响循环性能。

　　因为体积膨胀，限制了硅的现阶段商业化应用。现在解决硅充放电膨胀的方法有纳米硅、多孔硅、硅基复合材料。其中硅、碳复合材料是一个重要研究方向，包括包覆型、嵌入型和分散型。

　　纳米硅，通过制备成纳米线，使得所有的硅得到利用，并预留膨胀空间，可有效改善循环性能。但是该方法成本较高，工艺制程复杂，制备难度较大。

　　硅/碳复合材料，主要是碳包覆，虽然预留了膨胀空间，改善了循环性能，但是压实密度小，工业化难度大。

　　此处特别指出的是，今年一月份，广汽集团（SH：601238/HK：02238）曾对外发布卫星：“石墨烯电池”将于今年9月量产。该消息引爆市场同时引发社会广泛关注。实际上，广汽集团所宣称的该“石墨烯电池”，及属于硅基负极电池一种，即“掺杂石墨烯的硅基负极锂电池”。

　　硅基负极龙头是在新三板挂牌的贝特瑞(OC:835185)，其研发的硅基负极已批量供应三星和松下，2019年出货量达2255吨，位列全球第一。值得一提的是，近日股价大涨的中国宝安(SZ:000009）是贝特瑞第一大股东，持有后者75%股份。

　　璞泰来硅碳中试车间已经做完，中科院物理所建在溧阳紫宸工厂，预计2021年出货1000吨级别，用于消费类，价格从10-30万元都有，掺硅5%比较多，10%比较难，可能到20%。

　　硅基负极的生产技术处于发展阶段，产品还未实现标准化。因其在充放电过程中存在巨大体积膨胀导致循环寿命短，现多用于圆柱电池中，应用受限，因此短期内硅基负极扩张速度较慢。另外，硅基负极23万/吨的均价远高于5万/吨的石墨类负极，大幅提升了电池的材料成本，所以硅基负极下游需求增长较为缓慢。

　　金属锂，是密度最小的金属之一。标准电极电位-3.04V，理论比容量3860mAh/g，仅次于硅的4200mAh/g。应用领域锂硫电池（2600wh/kg）、锂空气电池（11680wh/kg）等。

　　锂金属电池有很高的容量表现，但是使用中，存在锂枝晶、负极沉淀、负极副反应现象，严重影响电池的安全，故而现阶段处于概念性阶段。

　　（2）现阶段锂离子动力电池负极材料基本上是石墨类碳负极材料，石墨类负极材料仍将是未来几年内锂离子电池负极材料的主流材料。对石墨类碳负极材料进行表面包覆改性，在石墨材料中加入硅炭、硅氧或其他添加剂，增加与电解液的相容性、减少不可逆容量、增加倍率性能是当下提升的一个重点。

　　（4）硬碳、软碳、合金等负极材料，虽然有较高的容量，但是循环稳定性差，对其的改性研究仍在探索中。市场对高能量密度电芯的需求加速，可能会加快该类材料的研发和应用。

　　5）锂金属负极，虽然具有很高的能量密度，但是其存在的锂枝晶等安全问题尚无行之有效的解决办法，大规模实际应用尚需时日。

　　（1）高工锂电GGII数据显示：2020年中国负极材料出货36.5万吨，其中人造石墨占比达到84%，天然石墨占比16%。人造石墨出货量由2016年的8.03万吨上升至2020年的30.7万吨，年均复合增长率近40%。

　　石墨的原材料主要是焦炭，2014-2020年，焦炭价格整体震荡上行，负极材料企业的毛利率整体在下行。

　　（2）ICC鑫椤资讯统计：2020年全球负极产量达54万吨，中国锂电负极材料出货量44.56万吨。

　　贝特瑞总产量继续领跑全球 ，同样也是天然石墨类负极材料产量最高的企业。2020年，贝特瑞总出货量国内占18%，全球占14%。江西紫宸（璞泰来旗下负极材料公司）总出货量升至全球第二位，人造负极出货量全球第一位。2020年国内人造负极材料市场，江西紫宸出货占17%，上海杉杉、广东凯金紧随其后分别占14%。

　　图：中国负极材料五剑客。来源：新材料在线年，中国负极材料市场出货量达到36.4万吨，同比增长34.9%；其中，人造石墨出货量达到30.5万吨，同比增长43.1%。

　　2020年至今，随着下游新能源汽车中低端车型和磷酸铁锂电池市场份额持续提升，中低端负极材料市场占比有所提升，负极材料头部企业如贝特瑞、江西紫宸、上海杉杉的市占率由57%微幅下降到53%，其他负极材料企业如东莞凯金、石家庄尚太、翔丰华、中科电气市场占有率有所提高。

　　尽管国内各电池负极厂商纷纷扩张产能，但整体的产能利用率并不高，结构性过剩显现，仅高端产品产能供不应求。目前行业中上游厂商，比如杉杉股份，毛利率在20-25%，净资产收益率在5%左右，资本回报已降至社会平均水平。

　　这种情况下，社会资本一般不会再大量涌入。业内人士预测，未来负极材料市场竞争格局将聚焦于龙头之间，低端产能将被逐步出清，拥有核心技术和优质客户渠道的企业将会获得更多的市场份额（寡头竞争）。

　　负极材料竞争格局的演变，也跟下游客户密切相关。负极材料在厂商那里的验证时间较长，一般数码类负极验证时间为6-12个月，动力电池负极验证时间为18-24个月。由于对质量和时间的要求，产品的客户粘性较强。

　　假设：2025年锂离子电池全球需求量达1.04TWh，其中，动力电池920GWh，储能电池60GWh，消费电池60GWh。

　　2025年全球负极需求将达134万吨，其中负极对应的人造石墨需求达到88万吨，市场规模达340亿元（2020年，人造石墨价格降至4万元/吨，方正此处用的是3.86万元/吨）。

　　石墨负极材料行业门槛较低，毛利率水平在锂离子电池四大材料中(正极材料、负极材料、电解液和隔膜)中处于中游，约为25%-35%。

　　直接材料（原材料采购）在负极材料成本中占比约为25-35%，加工费（石墨化委外加工成本）占比可达50%-65%。天然石墨的生产也要石墨化加工。

　　一般，具有高能量密度的负极材料，会选用针状焦为原料，中低端负极材料会选用便宜的石油焦为原料。

　　东莞证券认为，人造石墨的原材料价格较为稳定，大幅上升的动能不足，预期未来原材料价格不会有大幅度的上升，行业内公司的业绩不会因此出现大幅变化。

　　之前在石墨化行情下，国产针状焦企业纷纷扩产，根据鑫椤资讯：2020年中国煤系+油系针状焦产能达164万吨，针状焦需求82万吨，针状焦进入供过于求阶段。假设未来三年国内产能保持在164万吨，在负极和石墨电极保持增长的情况下，预计2020、2021、2022年中国针状焦需求为82、104、125万吨，产能盈余为108、88、70万吨。

　　与璞泰来增资扩产石墨化截然相反，贝特瑞2019年末以来陆续转让负责石墨化加工的山西贝特瑞和金石新材料部分股权，由控股子公司变为参股公司。贝特瑞降低对石墨化加工企业的投资原因是，石墨化加工产能供给趋于宽松，价格下降，行业盈利能力下降；国内环保政策日益严格，落后的石墨化产能可能会被关停；石墨化加工市场化程度高、资产投入大。

　　璞泰来对自己的针状焦和石墨化产能布局引以为豪，作为自己的长期竞争优势，认为下一步将有效控制成本，实际效果如何，我们拭目以待。

　　由于不同应用场景对负极材料的要求不同，且还要与电解液、正极匹配，因此负极不但型号众多、价格分布也非常宽。

　　高工锂电数据，2014-2020年，负极材料价格整体下行，人造石墨价格由2014年初的6万元/吨下跌至2020年初的4.1万元/吨。随着石墨化产能的大幅释放，这一趋势可能将进一步延续。鉴于行业中上游厂商杉杉的资本回报已降至社会平均水。