鋰離子電池負極材料行業技術水平下游應用分析
鋰離子電池負極材料生產企業主要采用“委外加工為主的經營模式”和“一體化生產經營模式”。“委外加工為主的經營模式”是指生產企業受資金不足、生產場地受限、產能不足、成本控制等因素影響，將石墨化或其他單個或多個工序委托外部企業加工。“一體化生產模式”是指生產企業自建粗破、造粒、預碳化、石墨化、成品加工等全工序生產線，該經營模式投資規模較大，對生產管理、工藝控制能力要求較高，但生產效率較高，能有效降低生產成本，控制產品品相的穩定性。
1、鋰離子電池負極材料發展概況
鋰離子電池由正極材料、負極材料、電解液、隔膜材料組成，負極材料是鋰離子電池的重要組成部分，主要作用是儲存鋰離子。
1991 年，日本索尼公司最早采用鈷酸鋰作為正極、碳作為負極材料生產鋰離子電池，產品主要用于照相機、攝像機、隨身聽等消費電池，經過數十年的發展，負極材料經歷了石油焦、中間相炭微球碳材料、天然石墨、改性天然石墨、人造石墨等階段，目前主流鋰離子電池負極材料包括人造石墨和天然石墨兩種。隨著負極材料的不斷更迭，其空容量、結構穩定性、和電解液的兼容性、快速充放電能力、循環壽命等性能特性及材料成本優勢逐漸突出，應用領域由消費電池擴展至動力電池、儲能電池，并且在動力電池領域占據主流地位。
2020 年以來，我國鋰離子電池行業以深化供給側改革為主線，加快提升產業鏈供應鏈現代化水平，加快技術創新和轉型升級發展，不斷提升先進產品供給能力，總體保持快速增長態勢。2018-2023 年我國鋰電池產量從 102GWh 增長至940GWh，CAGR 達到 55.9%，我國負極材料出貨量由 2018 年的 20.3 萬噸增長至 2023 年的 171.1 萬噸，CAGR 達到 53.2%。
2019-2023年我國鋰電池產量及增速分析
資料來源：工信部、普華有策
2、鋰離子電池負極材料技術水平特點
（1）人造石墨成為主流原材料
鋰離子電池負極材料根據選材不同，可分為天然石墨負極材料和人造石墨負極材料。
天然石墨具有儲量大、成本低、安全無毒等優點，但天然石墨的顆粒外表面反應活性不均勻，晶粒粒度較大，在充放電過程中表面晶體結構容易被破壞，存在表面 SEI 膜覆蓋不均勻，導致初始庫侖效率低、倍率性能不好等缺點。
人造石墨由石油焦、瀝青焦、冶金焦、中間相炭微球、針狀焦等焦炭材料經高溫石墨化處理得到，其中針狀焦作為一種新型炭材料具有良好的石墨微晶結構，針狀的紋理走向，是制備鋰離子電池負極材料的理想碳源，因其易于石墨化、電導率高、價格相對低廉、灰分低等優點，同時又具有足夠高的鋰嵌入量和很好的鋰脫嵌可逆性，以保證高電壓、大容量和循環壽命長及電流密度的要求，成為近年負極材料市場上的主流產品，但與天然石墨相比，人造石墨的成本更高。
隨著新能源汽車用鋰電池等動力電池及儲能電池用量的逐漸增加，高容量、高倍率、高安全性將成為鋰電池發展的方向，人造石墨因顆粒外表面反應更均勻、倍率更高等優勢，成為鋰電池的主要負極材料；而針狀焦因其易于石墨化、電導率高等優點，成為人造石墨主要原材料。
（2）生產工藝精細化、低功耗趨勢明顯
從生產工藝來看，造粒和石墨化是負極材料技術門檻最高，且最能體現生產企業工藝水平的核心環節。
造粒工序決定了石墨顆粒的大小、分布和形貌，并會影響負極材料多個重要性能指標。總體來說，石墨顆粒越小，其倍率性能和循環壽命越好，但首次效率和壓實密度越差，反之亦然。因此，合理的粒度分布（將大顆粒和小顆粒混合）可以提高負極的比容量；此外，顆粒的形貌對倍率、低溫性能等也有比較大的影響。目前，能根據客戶需求為其調制最優石墨顆粒配置已成為負極材料生產企業的核心技術競爭力。
除了造粒工序，石墨化工序亦是負極材料生產工藝的核心工序，也是能耗最高的工序。石墨化工序的作用是將碳原子由熱力學上不穩定的“二維無序重疊”排列轉變為“三維有序重疊”排列。石墨化工藝通過石墨化爐來實現，負極材料石墨化過程采用的爐型有艾奇遜石墨化爐、內串石墨化爐、箱式石墨化爐及連續式石墨化爐等。目前應用最多、最為普遍的是艾奇遜石墨化爐，艾奇遜石墨化爐耗電量較大，箱式石墨化爐和連續石墨化爐是近幾年開發的新型爐型，箱式石墨化爐發展速度較快。與艾奇遜石墨化爐相比，箱式石墨化爐、連續石墨化爐耗電量更小、熱利用率更高、熱損失較小，產品質量均勻穩定，是目前石墨化爐發展的主要方向。
3、行業主要特征
（1）行業的區域性
全球負極材料主要由中國、日本和韓國生產，其中中國產量占比超過 90%，是世界最大的負極材料生產地。
從國內區域分布看，早期負極材料廠商主要分布在經濟發達的沿海地區；近年來，隨著新能源汽車、儲能等下游需求的快速擴大，負極材料生產企業出于成本控制等因素考慮，將生產場所選擇在電力資源更為豐富、電價更為優惠的地區，如內蒙古、四川、青海、山西等地。
（2）行業的季節性
負極材料行業的季節性主要受下游行業的影響。新能源汽車、消費電子等終端應用領域一般在下半年，特別是第四季度為銷售旺季；受春節等節假日影響，每年的一季度為行業銷售淡季。
（3）行業的周期性
負極材料行業與鋰電池市場需求及行業產能、競爭格局等高度相關，在宏觀經濟環境、行業企業產能擴張、上游原材料供應狀況、下游新能源汽車、儲能、消費電子等行業需求多因素影響下呈現周期性波動。
4、下游應用領域發展概況
鋰離子電池主要應用于動力電池、消費電池和儲能電池，不同應用領域發展狀況如下：
（1）動力電池領域需求增長迅猛
動力電池是鋰離子電池最大的應用領域，廣泛應用于新能源汽車、電動工具、電動自行車等，其中新能源汽車是近年來增長最快、應用規模最大的領域，作為新能源汽車的核心部件，動力電池的成本占整車成本的 30%-40%。
為調整能源結構，實現“碳達峰、碳中和”目標，國家出臺了多種針對新能源汽車的優惠政策，如購車優惠、補貼等，同時，隨著電動汽車續航里程和充電技術的不斷提高，電機、電控、電池等技術進步，新能源車性能逐漸接近或超越傳統汽車，國內電動汽車的銷量逐漸增長。2023 年，全國新能源汽車產量 958.7萬輛，全國新能源汽車動力電池裝車量約 387.7GWh，成為鋰電池最主要的應用場景。
（2）消費電池市場需求穩定
消費電池是鋰離子電池另一重要應用領域，主要應用在筆記本電腦、平板電腦、智能手機等電子產品，消費電池行業已趨于成熟，整體需求相對穩定。2020 年起，全球居家辦公人員、移動辦公需求增加，筆記本電腦、平板電腦的需求量有所增長，近兩年受消費端需求下滑、全球經濟不景氣等因素影響，筆記本電腦、平板電腦的需求量有所下降。
2019-2023年全球平板電腦及筆記本電腦出貨量
資料來源：IDC、普華有策
（3）儲能電池未來發展可期
2022 年 3 月，國家發展改革委、國家能源局印發了《“十四五”新型儲能發展實施方案》，提出到 2025 年，新型儲能由商業化初期步入規模化發展階段。到2030 年，新型儲能全面市場化發展。
2021 年底，我國累計新型儲能裝機僅 5.7GW，2022 年，我國新增新型儲能裝機 6.9GW/15.3GWh，累計裝機首次突破 10GW，達到 13.1GW/27.1GWh，增長率達到 89.86%，2023 年我國儲能型鋰電池產量首次突破 100GWh，儲能鋰電累計裝機增速超過 130%，風光儲能、通信儲能、家用儲能等儲能領域加快興起并迎來增長窗口期，預計未來數年內，我國儲能裝機量將維持較高增速，儲能鋰電池的市場需求可期。
5、鋰離子電池負極材料行業競爭格局和市場化程度
國內鋰電池負極材料的行業集中度相對較高，貝特瑞、杉杉股份、璞泰來、尚太科技、中科電氣、翔豐華等公司進入鋰電池負極材料時間較早，形成了一定的技術和資金壁壘，同時在客戶資源、工藝技術、生產成本等方面具有較強的競爭優勢，2023 年，上述企業市場占有率達到 71.71%。
資料來源：普華有策
（1）貝特瑞
主要從事鋰離子電池負極材料、正極材料及先進新材料的研發、生產和銷售，主要產品包括天然石墨負極材料、人造石墨負極材料、硅基負極材料及高鎳三元正極材料等。
（2）杉杉股份
主營業務為鋰離子電池負極材料、LCD 偏光片業務，杉杉股份是國內第一家從事鋰離子電池人造石墨負極材料研發、生產企業，在鋰電池材料領域已有 20 多年的研發和產業化生產實踐，是全球負極材料龍頭。
（3）璞泰來
專注于新能源電池關鍵材料及自動化裝備領域，主營業務涵蓋負極材料、涂覆隔膜、PVDF 及粘結劑、復合集流體、鋁塑包裝膜、納米氧化鋁及勃姆石等材料，同時為新能源電池、電池材料提供自動化工藝裝備及智能制造體系的服務。
（4）中科電氣
主營業務包括鋰電負極業務和磁電裝備業務。鋰電負極業務主要產品為鋰離子電池負極材料，中科電氣專注于鋰離子電池負極材料的研發和生產二十余年，是最早布局動力鋰電負極材料的企業之一。
（5）尚太科技
主營業務為鋰離子電池負極材料以及碳素制品的研發、生產和銷售。尚太科技主要從事人造石墨負極材料的自主研發生產，并圍繞石墨化爐這一關鍵生產設備，提供負極材料石墨化工序的受托加工業務。
（6）翔豐華
主要從事鋰電池負極材料的研發、生產和銷售，是國內先進的鋰電池負極材料供應商，現產品主要為石墨負極材料，產品廣泛應用于包括動力（電動交通工具，如新能源汽車、電動自行車等）、3C 消費電子和工業儲能等鋰電池領域。
6、鋰離子電池負極材料行業主要壁壘構成
鋰離子電池負極材料行業屬于資金密集型、技術密集型行業，設備、工藝的先進性、技術的領先程度直接決定了鋰電池的循環壽命、首次效率、壓實密度、電解液兼容性等性能指標。因此，鋰離子電池負極材料行業具有技術、工藝、資金等方面的進入壁壘。
（1）技術和工藝壁壘
鋰離子電池負極材料生產工藝涉及粗破、造粒、預碳化、石墨化、成品加工等主要工序，各主要工序涉及原料甄選檢驗、精碎分級、二次造粒等數項細致工序，從原料投產到成品出貨需要經過十余道工序。針對成品的技術要求，多個重點工序需要設置不同的技術參數，生產企業需要不斷積累技術訣竅、調制不同應用領域產品的最優配方才能在滿足客戶需求的同時，提高產品成品率、降低單位成本。
從技術形成角度看，負極材料的工藝復雜、研發周期長、品控難度大，生產企業需要具有較強的應用技術實力和長期的化工領域經驗積累，才能形成穩定的批量制備能力。從客戶需求看，鋰離子電池負極材料的下游客戶為鋰電池生產企業，鋰電池應用在新能源汽車、筆記本電腦、平板電腦、儲能電池等眾多領域，且對安全性要求非常高，因此負極材料的安全性、兼容性、穩定性尤為重要，如果生產企業的技術能力不足，產品循環壽命、壓實密度、電解液兼容性未達標，會大幅降低鋰電池的安全性。
因此，進入鋰電池負極材料行業需要在同類或相關化工領域擁有長期技術沉淀和積累，并不斷地進行技術、工藝創新，提高生產效率和產品品相，才能滿足客戶需求，對于新進入者形成較高的技術和工藝壁壘。
（2）資金壁壘
負極材料的生產工藝較為復雜，對生產設備的要求較高。近年來，隨著行業技術的不斷進步，負極材料生產設備更迭速度加快，為保證產品品相及成材率、控制產品成本，生產企業需要不斷進行設備更迭，而新進入企業為實現成本優勢，需要購置最新設備建設生產線，設備購置成本更高。貝特瑞、杉杉股份等行業領先企業通過多年的資金積累，資金實力雄厚，在新產線建設、新設備購置等方面具有較為明顯的資金優勢，對后入者形成較明顯的資金壁壘。
（3）管理壁壘
質量控制、成本控制是負極材料生產企業塑造競爭優勢的重要手段，管理水平的高低直接決定企業生產效率和運營效率。通過持續的系統化管理，行業內企業可以有效保證產品的品質，并按時交付；通過精益化管理，發揮規模優勢，可以有效控制產品生產成本，持續保持競爭優勢。
先進的管理模式是企業長期積累形成的，建立完善且符合行業生產經營特點的管理體系需要較長的時間，并對行業新進入者形成了一定的管理壁壘。
（4）客戶壁壘
鋰電池生產企業對產品安全性要求較高，因此對于負極材料供應商的篩選較為嚴苛、認證周期較長，通常要經過小試、中試、大試、小批量等一系列篩選流程，并綜合考慮供應商的管理能力、產品品相、生產能力等。負極材料生產企業通過客戶的認證并進入供應鏈管理體系后，與鋰電池生產商的粘性較強，鋰電池生產商一般不會輕易變更主要負極材料供應商。
對于負極材料行業新進入者，客戶已與同行業競爭對手建立了長期穩定的合作關系，且客戶認證周期較長，即使通過合格供應商認證，也不會直接成為第一級供應商，因此對行業新進入者形成了一定的客戶壁壘。
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