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      負極行業深度研究報告 | 能耗雙控加劇石墨化短缺,高自供率重塑競爭格局

      2021-09-28 1137 行業資訊

      一、 石墨化環節:負極生產關鍵環節,具備高能耗屬性

      (一)石墨化為人造石墨生產關鍵環節

      石墨化是指非石墨質炭經 2000℃以上的熱處理,主要因物理變化使六角碳原子平面網狀層堆疊結構完善發展,轉變成具有石墨三維規則有序結構的石墨質炭。石墨化的目的是為了提高炭材料的熱、電傳導性提高炭材料的抗熱震性和化學穩定性使炭材料具有潤滑性和抗磨性排除雜質提高炭材料純度。

      石墨化屬于高能耗環節,成本占比高。石墨化是利用熱活化將熱力學不穩定的碳原子實現由亂層結構向石墨晶體結構的有序轉化,因此,在石墨化過程中,要使用高溫熱處理(HTT)對原子重排及結構轉變提供能量,這一過程需要消耗大量能量,屬于高能耗生

      產環節,根據2020年頭部負極廠商成本結構看,石墨化成本占人造石墨成本占比約50%,成本占比最大,為生產降本的關鍵之一。由于石墨化工序脫離前后端生產工序、設備投資大、生產時間長,大部分廠商選擇外協生產,目前多數廠商選擇在低電價地區布局負極石墨化生產一體化以提高石墨化自供比率,降低石墨化成本。

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      人造石墨是主流技術路線,2020 年市占率 80%,碳硅負極增速顯著。由于人造石墨在循環性能、安全性能、充放電倍率等性能表現上均優于天然石墨,且成本與克容量均與天然石墨接近,因而廣泛應用于中高端 EV、3C 等領域,成為目前鋰電負極材料的主流選擇;天然石墨則主要應用于低端 EV、儲能、3C 等領域。2020 年人造石墨占比 81%,持續保持高位,下一代負極材料碳硅負極占比 3%,出貨量 1 萬噸,同比增長 233%,占比有望快速提升。

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      2020 年國內負極材料出貨量達 36.5 萬噸,同比增長 35%。根據 GGII 數據統計,2020 年中國負極材料出貨量為 36.5 萬噸,同比增長 35%,其中人造石墨出貨量 29.7 萬噸,天然石墨出貨量 5.8 萬噸,碳硅負極出貨量 1 萬噸,這主要得益于下游鋰離子電池市場需求旺盛,動力、儲能等應用場景放量顯著。

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      (二)人造石墨生產環節梳理?

      人造石墨基礎生產環節主要分為破碎、造粒、石墨化和篩分,其中石墨化壁壘最高,最 能夠體現差異化優勢。人造石墨產品選取針狀焦、石油焦等為主要原料。人造石墨生產 工藝是將原材料、粘結劑經過破碎、造粒、石墨化、篩分四道工序后制成,具體到每一 家企業的具體工序有所區別。其中,破碎與篩分技術門檻較低,生產工藝相對簡單,造 粒與石墨化是體現負極材料企業生產技術與工藝水平的關鍵環節,有利于打造成本、產 品差異化競爭優勢。同時,二次造粒、碳化包覆、二次包覆和摻雜改性等生產工藝能夠 進一步提升負極材料性能,制備高端人造石墨,如江西紫宸在石墨化后端加入碳化包覆 環節以制備性能更優的高端人造石墨負極材料。

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      負極生產工序中石墨化外協加工費用最高。根據凱金能源招股書披露,在石墨化、破碎、 炭化等人造石墨負極生產工序中,石墨化單位加工費最高。

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      負極材料石墨化工藝流程主要包括鋪爐底、砌爐芯、負極材料前驅體及保溫料體裝爐、 送電、冷卻、負極材料及副產品出爐、包裝。

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      決定石墨化加工產能的關鍵工藝環節為裝爐環節。通過不斷優化爐內加工材料的裝爐方 式,爐內空間的使用效率將不斷提高。石墨化加工行業中,企業按照加工物料重量收費, 爐內空間使用效率的提高將提升企業盈利能力。

      (三)不同石墨化工藝對比?

      石墨化工序按照生產的連續性與否可以分為間歇式石墨化工藝以及連續式石墨化工藝。?

      ? 艾奇遜石墨化爐:由美國人艾奇遜發明,自發明之日起便在世界各國得到迅速推廣, 是世界上應用最廣泛的石墨化爐。它是將在焙燒爐中大約于 1200℃進行過一次焙燒 的人造石墨電極等炭素制品作為半成品再在 2300℃以上的溫度進行高溫熱處理使之 成為石墨制品的處理爐。?

      ? 內串式石墨化爐:內串式石墨化工藝與艾奇遜石墨化工藝的主要區別是產品加熱直 接通過電極本身,而不需要電阻材料發熱,直接把電流通入串接起來的石墨制品(石 墨坩堝),利用制品本身的電阻使電能轉為熱能,其基本原理是將石墨制品臥放在 爐內,按其軸線串接成行,然后固定在兩端導電電極之間,為減少熱損失,在焙燒 電極周圍覆蓋了保溫料,減少 10%熱量的帶出,降低電耗 20%-35%?

      ? 廂式石墨化爐:廂式爐工藝將整個爐芯空間分成若干個等容積腔室,負極材料直接 放置于石墨板材所圍成的廂體空間中,石墨板材具有導電性,廂體通電后自身發熱, 在作為負極材料容器的同時能夠達到材料加熱的目的。廂式爐工藝避免了負極材料 重復裝入、裝出坩堝工作,且由于廂體自身材質及形狀特點,廂體之間無需添加保 溫電阻料,僅需保留廂體四周與爐壁之間的保溫材料,增大了爐內負極材料的有效 容積及使用效率。?

      ? 連續石墨化爐:指在石墨化生產過程中不需要斷電從而實現連續生產的石墨化爐, 石墨化的產品需要經過一系列的溫區,從而實現連續石墨化。

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      艾奇遜爐為目前主流,廂式爐效率高、成本低、周期長。?

      ? 廂式爐成本低:廂式爐工藝單爐的有效容積成倍增加,而總耗電量增加約 10%,產 品單位耗電量降低 40%-50%左右。同時不需要電阻料,成本較低。

      ? 廂式爐生產周期長,產品調整靈活性低:廂式爐從裝爐-送電-冷卻-出爐要 40 天左右, 坩堝爐就在 25 天左右。石墨化加工過程中,不同客戶、不同型號的產品對石墨化加 工的要求不同,單爐單次加工過程中僅能裝填同一加工要求的產品。廂式爐裝填方 式下,單爐容積較大,產品調整靈活性較低。

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      連續化是未來石墨化迭代方向。連續石墨化工藝一般是指生產中沒有斷電的過程,石墨 化的產品需要經過一系列的溫區,從而實現連續石墨化。連續石墨化生產的優勢主要體 現在:?

      ? 工序簡單、生產周期短:將裝爐、通電、冷卻、卸出等多道工序一體化,實現連續 生產,自動化程度高,大幅縮短生產周期,工序簡單,人工少。?

      ? 熱效率高:通過采用新的爐型結構和快速冷卻裝置,便于加排料及快速冷卻,在連 續生產的狀態下不存在間歇式的爐體蓄熱損失,能耗低,熱效率大幅提高。

      ? 一致性高:通過在新型石墨化電爐內造成較集中的高溫區,高溫區溫度達到炭質原 料的石墨化溫度,從而使高溫區內炭質原料都達到較高的石墨化程度,可以生產出 石墨化程度均勻的石墨化焦。

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      二、限電+下游需求高增長,石墨化或已成負極產業鏈瓶頸?

      (一)能耗雙控背景下石墨化供給持續趨緊?

      能耗管控趨嚴,限產下石墨化緊缺程度加劇。今年以來我國各省市出臺了有關能耗雙控 的相關政策,能耗“雙控”制度,即能源消費總量和強度雙控制度,按省、自治區、直 轄市行政區域設定能源消費總量和強度控制目標,對各級地方政府進行監督考核。內蒙 古、云南、四川、貴州、青海、寧夏、山西等石墨化產能集中地區的能耗管控不斷加碼, 部分產能受到環保限制,產能利用率較低,甚至存在停產風險,導致負極石墨化供應緊 缺不斷加劇。

      ? 8 月 17 日,國家發改委印發了《2021 年上半年各地區能耗雙控目標完成情況晴雨表》, 從能耗強度降低情況看,今年上半年,青海、寧夏、廣西、廣東、福建、新疆、云 南、陜西、江蘇 9 個?。▍^)能耗強度同比不降反升,10 個省份能耗強度降低率未 達到進度要求,全國節能形勢十分嚴峻。各地針對能耗管控的力度也在不斷加大, 陸續出臺限電、有序用電政策。

      ? 9 月 16 日,國家發改委印發《完善能源消費強度和總量雙控制度方案》,就“能耗 雙控”給出更為完善的指標設置以及分解落實機制,堅決管控高耗能高排放項目, 嚴格實施節能審查制度。

      能耗雙控下負極有效產能在于石墨化產能,競爭格局有望優化。從負極產能角度看,行 業整體產能存在過?,F象,但在部分關鍵工序—如石墨化產能限制下,行業整體供給處 于緊平衡狀態,因此對于具備一體化生產能力的負極材料企業而言,生產端更具韌性, 能夠確保滿足下游客戶的需求,為確保供應鏈的穩定性,電池廠或傾向于選擇具備一體 化生產能力的頭部企業,市場格局有望向高石墨化自供率的負極企業傾斜。

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      內蒙為全國石墨化產能集中地,占比 47%。我國石墨化產能主要集中在內蒙、四川、陜 西、青海、湖南等電價洼地,其中內蒙目前擁有石墨化產能 39.1 萬噸,占全國總產能的 47%,目前在能耗管控背景下,各地存量石墨化產能開工率受到明顯壓制且未來增量產 能能評獲取難度加大,擴產難度提升。

      負極材料企業自有石墨化產能影響較小。本輪能耗雙控對于獨立第三方石墨化加工企業 影響較大,但對于具備一體化生產能力的負極材料企業影響不大,因此我們認為具備高 度一體化負極材料生產能力的企業將有望在能耗管控的大背景下占據更大的市場份額, 殺出重圍。

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      負極材料產量環比持平,石墨化產能成為擴產最大瓶頸。據 ICC 鑫欏資訊最新樣本企業 月度產量數據顯示,1-8 月國內負極材料產量累計為 42.83 萬噸,同比增長 115%;從月 度數據來看,6-8 月我國樣本企業負極材料產量環比變化不大,主要是石墨化產能緊張所 致。

      石墨化加工費不斷走高,負極材料有望開啟漲價。繼 4 月、7 月由于加工費用增加 40%, 上調 5-10%價格,9 月份石墨化愈加緊缺,價格達到最高 2.2 萬元/噸。新一輪的議價拉開 序幕,下游電池廠為保持供應,負極廠議價能力提升。預計在 2022 年一、二季度石墨化 產能釋放,2021 年第四季度負極材料供應持續緊張,負極材料有望開啟一輪漲價潮。

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      (二)石墨化環節供需缺口敏感性測算?

      石墨化已成負極產業鏈瓶頸,未來兩年可能存在供需缺口。石墨化產能多集中在電價便 宜的地區,如內蒙古及云貴川地區,其中內蒙古是石墨化產能最大的聚集地。內蒙古限 電政策的實施疊加下游負極材料需求的高速增長,使得石墨化已成為負極產業鏈的生產 瓶頸??紤]到“雙碳”政策下,國家對高能耗企業的管控逐漸趨嚴,以及環保督察的壓 力,預計未來新增產能投放進度會有所放緩,以及行業開工率存在下滑可能,我們測算, 中性假設下石墨化供需已然緊張,2023 年將會出現缺口。若限電及環保管控進一步趨嚴, 悲觀情況下 2021 年將會出現供需缺口,預計 2023 年供需缺口達 25 萬噸。

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      (三)石墨化自供比例對盈利能力敏感性測算?

      提升石墨化自供比例能顯著降低成本。根據尚太科技招股書披露,提升石墨化的自供比 例可以顯著降低成本,提升負極材料的毛利率。測算結果顯示石墨化自供比例提升 20%, 負極材料毛利率提升近 6%,效果顯著。石墨化作為負極材料生產成本的重要組成部分, 也是負極材料生產廠商降本的關鍵環節,當前各大負極材料生產廠商紛紛加碼布局石墨 化產能。

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      (四)頭部負極企業持續加碼石墨化產能?

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