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动力电池负极材料工艺成本和市场格局的探讨

钜大LARGE  |  点击量:463次  |  2018年11月28日  

摘要
负极行业的市场集中度高,“三大五小”的竞争格局、 和电芯企业之间的绑定关系都已经初步形成,绑定电芯龙头的 负极企业,发展前景更佳。随着星城石墨被收购和璞泰来(紫宸)、凯金能源的 IPO,负极企业的证券化在不断加速。

负极行业的市场集中度高,“三大五小”的竞争格局、和电芯企业之间的绑定关系都已经初步形成,绑定电芯龙头的负极企业,发展前景更佳。随着星城石墨被收购和璞泰来(紫宸)、凯金能源的IPO,负极企业的证券化在不断加速。

上市公司中,我们较看好比亚迪的主要负极供应商中科电气(星城石墨)以及CATL的主要负极供应商杉杉股份(上海杉杉科技)。另外建议关注老牌的天然石墨龙头贝特瑞和ATL/CATL的主要供应商、成立仅五年即将上市的璞泰来和凯金能源。

人造石墨循环寿命长、倍率性能好,是主流的负极品种

负极是锂电池的主要组成部分,它是由负极活性物质、粘合剂和添加剂混合制成糊状均匀涂抹在铜箔两侧,经干燥、滚压而成。我们所谈的负极材料主要指的是负极活性物质。

众所周知,锂离子电池的能量密度取决于其比容量和工作电压,其中比容量是由正极比容量和负极比容量共同决定(见下式),而工作电压是正极电压和负极电压的差值(又称为脱嵌锂电压)。由此可见,负极的比容量(越大越好)和工作电压(越低越好)直接决定了锂电池的能量密度,其重要性不言而喻。

工艺成本和市场格局

负极可分为碳材料和非碳材料两大类,碳材料包括人造石墨、天然石墨、中间相碳微球和硬碳软碳等,非碳材料包括硅基材料、锡基材料和钛酸锂等。硬碳软碳在技术上还不够成熟,硅基等合金类负极材料虽然已开始在特斯拉/松下动力电池上应用,但仍处于推广的初期,需求还比较有限。中间相碳微球具备倍率性能优异的特点,但是制备工艺复杂、产率低、成本难以下降,发展也比较受限。目前应用最广的负极材料仍然是天然石墨和人造石墨两大类(以及性能介于天然石墨和人造石墨之间,以天然石墨为基础和其他负极材料掺杂形成的复合石墨)。

工艺成本和市场格局

天然石墨是从天然石墨矿中提炼出来的,它的颗粒外表面反应活性不均匀,晶粒粒度较大,在充放电过程中表面晶体结构容易被破坏。为了解决这些问题,一般采用碳包覆工艺对天然石墨进行改性处理。其优势是比容量大、压实密度高、成本低,缺点是循环寿命短、倍率性能差。

人造石墨是焦炭类原料经过高温石墨化处理后转化成石墨的产品。它的石墨晶粒小、石墨化程度低、结晶取向度小,在倍率性能、循环寿命以及体积膨胀、防止电极反弹方面都好于天然石墨,比容量和压实密度和天然石墨也已经很接近,差距只有2%到3%,主要的缺点是成本高。

工艺成本和市场格局

应用上,国内除比亚迪之外的动力电池基本全部使用人造石墨,比亚迪和日韩动力电池以天然石墨为主,但也在转向人造石墨;手机、笔记本电脑等小型锂电池,高端产品以人造石墨为主,中低端产品采用天然石墨较多。

从我国负极材料的产量结构看,13年时天然石墨占比仍在50%以上;但人造石墨的渗透率不断的提升,到16-17年,人造石墨的产量已经超过了天然石墨的2倍,成为最主要的负极材料品种。

工艺成本和市场格局

人造石墨的骨料分为煤系、石油系以及煤和石油混合系三大类。其中煤系针状焦、石油系针状焦以及石油焦应用最广:

一般来讲,高比容量的负极采用针状焦作为原材料,普通比容量的负极采用价格更便宜的石油焦作为原料,沥青则作为粘结剂。

人造石墨是将骨料和粘结剂进行破碎、造粒、石墨化、筛分而制成。基本的工序流程是一致的,但具体到每家企业的制备工艺,又都会有一定的差异。下图分别是江西正拓、星城石墨和凯金能源3家负极企业的人造石墨制备流程,可以看到有比较明显的区别,例如江西正拓和星城石墨都有碳化环节,凯金能源没有,但多了一个改性处理的环节;石墨化完成后,江西正拓需要多次筛分,而凯金能源和星城石墨只需要一次等等。

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