锂电池负极材料产业链 锂电负极材料行业研究

（报告出品方/作者：方正证券，段迎晟）

1、负极材料以人造石墨为主，技术迭代是行业主旋律

负极是锂离子电池重要组成部分

锂离子电池主要由正极、负极、隔膜、电解液、电池外壳组成。正极活性物质目前主要为三元和磷酸铁锂，负极活性物质为石墨或近似石墨结构的碳硅材料等，电解液为溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂或凝胶状聚合物电解液，电池外壳分为钢壳（方型很少使用）、铝壳、镀镍铁壳（圆柱电池使用）、铝塑膜（软包装）、还有电池盖帽（正负极引出端）。

负极材料目前以人造石墨为主流，硅基为未来发展方向

负极材料是锂离子电池储存锂的主体，使锂离子在充放电过程中嵌入与脱出。负极材料一般分为碳系负极和非碳系负极，其中碳系负极可分为石墨、硬炭、软炭负极等。石墨又可分为人造石墨、天然石墨、复合石墨、中间相炭微球；非碳系负极包括钛酸锂、锡类合金负极、硅基负极等。

人造石墨具有高性价比，成为主要应用材料

人造石墨材料具有高性价比。人造石墨具备首次效率高、使用寿命较长、结构稳定、成本低等优势，经过多年发展，相关技术和配套工艺已经成熟，成为目前应用最广泛、技术最成熟的负极材料，是负极行业目前的主流路线。负极材料以人造石墨为主，占锂离子电池总成本的比例控制在10%左右，通常小于15%。其他部分如正极材料占比在40%以上，电解液为10%～20%，隔膜为20%～30%。

负极材料工艺流程多样

人造石墨生产流程主要分为破碎、造粒、石墨化和筛分四大环节近十余个小工序。破碎是通过机械冲击、剪切及表面修饰,最终达到粉料前驱体定型和功能化的目标；造粒是将不同粒度的原辅材料加入反应釜中，在一定温度和搅拌速率下，使其发生一次颗粒的团聚，复合成二次颗粒；石墨化是指通过高温热处理,完成材料晶格结构重排及规整化；最后的筛分主要包括依次将高温处理后的结块石墨送至破碎机打散，再进入混合机进行常温搅拌混合，然后进入超声振动筛，筛除粒度过大的颗粒物、杂物，最后把筛分后的合格产品石墨进入电除磁机中，将其中的磁性物质分离出来形成最终产品。

2、负极材料市场空间广阔，国内形成“四大三小”竞争格局

全球负极材料市场空间广阔，中国负极材料出货量攀升

2021年全球负极材料市场规模预计超过200亿元。在碳中和目标的驱动下，世界各国政府纷纷加大新能源汽车的普及，推动汽车电动化，新能源汽车销量持续增长，锂离子电池产量逐年增加，带动负极材料市场规模不断扩大。2015-2020年，全球负极材料市场规模持续增长，5年复合增长率达19.76%。2020年全球负极材料市场规模高达193.9亿元，2021年预计可达240亿元。

中国是负极材料主要产地，国内形成“四大三小”竞争格局

n 中国是负极材料最主要产地。2021年，全球负极材料产量为88.27万吨，主要由中国、韩国和日本生产，其中中国产量高达81.59万吨，占比达92%，是负极材料最主要的产地。

2022年Q1负极材料计划新增产能超270万吨，行业竞争加剧

负极行业企业加大新增产能投入。2021年能耗“双控”政策导致石墨化产能紧缺以及下游市场需求持续升温等影响，石墨化价格上升，其他行业企业跨界入局新建产线，负极材料行业企业纷纷扩产，合计计划产能超270万吨，金额超740亿元。

负极材料产能可能出现结构性过剩。据GGII预测，到2025年，各大应用场景合计将产生1800GWh的需求，若按1GWh动力电池需要用1300-1400万吨负极材料计算，上述270万吨的产能能满足约1928GWh-2076GWh的电池产能需求。当石墨化产能逐渐释放，市场竞争将进一步加剧。同时，由于负极材料行业存在技术、客户和资金壁垒，新进入负极材料行业的企业面临的行业竞争将更剧烈，后续出现产能闲置的可能性更大。（报告来源：未来智库）

3、上游原材料成本增加叠加下游需求强劲推动中游负极材料价格上升

上游：焦类原材料价格高企，中游企业面临成本上涨压力

石油焦价格持续上涨。2021年11月-12月，受采暖季政策影响，石油焦价格从2871元/吨回落至2748元/吨，2022年1月至2022年4月叠加冬奥会，疫情等因素，石油焦开工率低，产能受限，导致供应不足，同时石油焦下游负极材料等市场需求旺盛，导致价格连续上涨，到2022年4月份涨至5094元/吨。

中游：2021年人造石墨市占率达84%，硅基负极占比较低

负极材料出货量快速增长，人造石墨、硅基负极增速较高。2015-2021年，负极材料总出货量从7.43万吨增长至72万吨，年复合增长率高达46%，整体上涨趋势显著。其中人造石墨因循环性能、安全性能相对占优，主要应用于动力电池市场和高端电池市场，受益于新能源汽车需求带来的动力电池产量增长，人造石墨保持较高的增长率，人造石墨出货量从4.6万吨增长至60.48万吨，6年复合增长率为53.6%。而硅基负极作为未来的重点研究方向，已经有小范围的试点，出货量从0.03万吨增长至1.1万吨，6年复合增长率达82%。

人造石墨市占率逐年提高,天然石墨市占率不断萎缩。2015-2021年，人造石墨市占率逐年提高，从61%提高至84%，是最主要的负极材料，而天然石墨市占率逐年萎缩，从29.6%下降至14%。而2021年硅基负极的占比仅有1.5%。

下游：全球锂离子电池行业高速发展，中国是主要产地及市场

全球锂离子电池行业高速发展。受益于锂离子电池在下游消费电池市场得到广泛普及以及动力电池市场的大规模应用，锂离子电池全球市场规模自2015年来始终保持着较快增长。同时在全球“碳中和”目标的推动下，各国政府出台新政策再次加大新能源汽车补贴，新能源汽车销量持续增长，带动锂离子电池出货量同步增长。2015-2020年，全球锂离子电池出货量从100.8GWh提高到294.5GWh，年增速均高于15%。到2021年，出货量已达562.4GWh，同比增长91%，6年复合增长率达33.2%。据EVTank预测，2030年之前全球锂离子电池出货量的复合增长率将达到25.6%，到2030年总体出货量或将接近5TWh。

中国锂离子出货量占全球出货量超50%。根据GGII统计，中国锂离子电池产量已连续十年位居全球首位。2015-2021年，中国锂离子电池出货量从46GWh增加到327GWh，2021年同比增长高达129%，6年复合增长率达38.7%。2021年，中国锂离子电池出货量占全球锂离子电池出货量比重达58.1%，是锂离子电池最主要的生产国之一。

4、硅基负极为未来发展方向

硅基负极——下一代高能量密度负极材料

锂电负极材料体系亟待突破。根据美国USABC提出的2025年电池发展目标，电动交通工具锂电负极的比容量需达2000mAh/g，使用年限在15个日历年以上，并满足1000周次的循环要求。对此发展目标，当下的锂离子电池体系，正极已从早期钴、锰酸锂升级为磷酸铁锂和三元材料，而负极材料体系，石墨的理论克容量为 372mAh/g，随产业日趋成熟，目前高端石墨已接近理论容量，新的负极材料体系的开发迫在眉睫。

硅基负极技术尚未成熟，处于商业化初期

硅氧、硅碳负极材料是目前较为主流的硅基负极材料。根据分散基体的不同，未来最有可能希望实现较大规模应用的新一代高容量硅基负极材料主要有硅氧、硅碳和硅合金负极材料三大类，硅碳复合负极材料以及硅氧负极材料的工艺相对成熟，综合电化学性能较优，是目前最为主流的硅基负极材料。硅碳负极材料是将纳米硅与基体材料通过造粒工艺形成前驱体，然后经表面处理、烧结、粉碎、筛分、除磁等工序制备而成。目前硅碳负极商业化应用容量在450mAh/g以下，成本较低，虽然首效相对较高，但循环寿命较差，主要用于3C数码领域。硅氧负极材料是将纯硅和二氧化硅合成一氧化硅，形成硅氧负极材料前驱体，然后经粉碎、分级、表面处理、烧结、筛分、除磁等工序制备而成。目前商业化应用容量主要在450-500mAh/g，成本较高，虽然首效相对较低，但循环性能相对较好，主要用于动力电池领域，特斯拉即使用硅氧负极掺混人造石墨方式应用。

硅基负极大规模商业化还存在问题

膨胀造成材料的粉化与电极的破坏：在充放电过程中，硅和锂会进行合金化反应，硅的体积会发生100%~300%的膨胀，这种不断收缩膨胀会造成硅负极材料产生裂纹直至粉化，破坏电极材料与集流体的接触性，使得活性材料从极片上脱离，引起电池容量的快速衰减；其次，膨胀在电池内部会产生很大的应力，对极片形成挤压，随着多次循环，极片存在断裂的风险。这种应力还可能造成电池内部孔隙率的降低，减少锂离子移动通道，造成锂金属的析出，影响电池安全性。

改性为硅基负极材料商业化重点技术

纳米化从结构上缓解膨胀问题。通过纳米化设计硅结构，从形态上可分为零维、一维、二维和三维。零维硅纳米结构主要为密实结构、多孔结构及空心结构，避免了锂化过程中硅负极的粉化，显著提升了硅负极的循环稳定性，缓解硅负极整体被破坏。一维硅纳米结构可以在外表面形成稳定的SEI层，硅壳内自由空间可以有效防止体积膨胀造成的机械断裂，但电极制作过程不同于目前商业制造的方法，开发成本是工业化所必需解决的实际问题；二维硅纳米结构有利于抑制体积膨胀，增大与电解液的接触面积但尚未落地应用，需要面临能量密度低以及生产成本放大的问题。三维硅纳米结构解决了电解液接触面积和体积膨胀容纳空间的问题，其硅材料具有更高的电极密度和结构完整性。

报告节选：

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）

精选报告来源：【未来智库】。未来智库 - 官方网站

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