深度|负极材料：人造石墨负极主流 硅碳负极领航

负极材料是锂电池的关键构成部分

锂离子电池是一种二次电池，主要依靠锂离子在正极和负极之间移动工作。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，充电时Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态，放电时则相反。锂离子电池由于其工作电压高、能量密度大、循环寿命长等优点广泛应用于消费电子、汽车等领域。

 锂电池工作原理

负极材料占锂电池材料成本比重约10%。锂电池主要由正极材料、负极材料、隔膜、电解液等组成，由于材料类别不同或价格变化，分别占材料成本比重为40-46%/ 5-15%/5-11%/10-14%。

 2016年锂电池材料成本占比

2017年12月LFP/NCM523电池材料成本构成

人造石墨已成为主流负极材料

负极材料主要分为碳材和非碳材两类。锂电池负极是由活性物质、粘结剂和添加剂制成糊状胶合剂后，涂抹在铜箔两侧，经过干燥、滚压制得，根据活性物质的不同可分为碳材料和非碳材料两类。（1）碳材料中的石墨类为锂离子电池主要负极材料，具体可分为天然石墨和人造石墨两种，人造石墨又可分为中间相炭微球和石墨化碳纤维；（2）非碳材料包括钛基材料、硅基材料等。

 负极材料分类

石墨类是较早应用的负极材料，与其他碳材料相比，其导电性、结晶度更高，良好的层状结构和充放电电压也十分适合正极材料的脱/嵌运动，且目前工艺成熟、成本较低，是较为理想的负极材料。

钛酸锂作为钛基材料的代表，具有高热稳定性，是一种安全性能优异的负极材料，但是其能量密度低、价格高等问题限制了它的发展。硅基材料具有极高的比容量，被认为是最有潜力的新一代高容量锂离子电池负极材料。

负极材料性能对比

天然石墨是从天然石墨矿石中提纯得到，是成本最低的一种负极材料，比容量较高，但其充放电循环性能不佳，首次效率一般只能达到90%，主要应用于消费类电池领域。

人造石墨是易石墨化碳(石油焦、针状焦)经过高温处理后生成的石墨产品。虽然其工艺流程较为复杂、成本相对较高、能量密度也略低于天然石墨，但是其循环性能、大倍率充放电效率、与电解液的相容性、容量区间均优于天然石墨，现已成为动力电池和中高端消费电池的主流负极材料。

天然石墨与人造石墨对比

随着动力电池和高端消费电池的发展，市场对电池性能的要求不断提高，人造石墨因其优异性能逐步成为主流负极材料。根据旺钴锂材的数据，人造石墨的产量占比已从2013年的39.7%持续增长至2016年的68.9%， 并有望持续增长。

2013-2016负极材料产量（万吨）

动力电池驱动负极材料市场增长

随着新能源汽车的快速成长，交通用动力电池已成为主要需求来源。2014年起，我国新能源汽车行业进入发展快车道，2014年新能源汽车销量7.5万辆（+323.8%），2015年销量33.1万辆（+342.9%），2016 年销量50.7万辆（+53.1%），2017年销量77.7万辆（+53.3%）。交通市场锂电规模随之逐渐增大，从2015年的16.0GWh增长至2017年35GWh，占比从15.63%增长至50.67%。

2015-2020年中国锂电池需求（GWh）

2015-2020年国内锂电池需求结构分布

 2010-2017年新能源汽车销量（万辆）

从各体系材料方面看，2017年总量增长最大的为人造石墨，总体产量达10.4万吨，同比增长30%，同时总体占比高达69.8%，其主要增长带动因素有：

1） 目前新能源汽车动力电池负极材料使用人造石墨占比高达90%以上，因此大幅拉动其需求量上升；

2） 大企业出口量不断上升，主要代表企业如：江西紫宸；

3） 高端数码占比不断提高，同时其要求锂电池大倍率充放电、循环性能、安全性能方面的要求逐步提高，因此市场人造石墨替代天然。

2013-2017年中国负极材料产量分析（万吨）

数据来源：起点研究院（SPIR）

注：其他包含：钛酸锂、硅基材料、中间相(MCMB)、软碳等 

 

 2013-2017年中国负极材料市场规模分析

数据来源：起点研究院（SPIR）

从企业方面看，2017年中国前五负极材料企业市场占比高达76%，行业集中度再次提升，其中前三企业地位相对稳固，在占比方面各自相差较小，同比均有较大幅度增长。而其他企业方面增长有限，主要受今年上游针状焦原材料价格上涨，企业资金压力大，同时环保严查，导致国内众多石墨化工厂被查封，因此一些没有自己石墨化工厂的企业在产出环节受阻。

SPIR预计，2018年负极材料市场前三名企业市场份额占比会逐步分散，总体上各自企业之间占比差距逐步拉小，但在短期内前五乃至前十的市场集中度仍然将保持较高份额。

 2017年中国锂电负极材料市场竞争格局

数据来源：起点研究院（SPIR）

负极原材料价格分析

从价格方面看，2017负极人造石墨均价格同比2016年略上涨，涨幅约2~5%，主要受上游针状焦价格大幅上涨及石墨化价格提升影响，其中针状焦价格涨幅超过400%，因此拉动了人造石墨价格上升。而其他负极方面，价格全年基本保持稳定，总体波动不大。

SPIR预计，未来人造石墨价格仍会有小幅度下滑，主要原因有：

1）现国内一线人造负极材料企业纷纷开始布局上游石墨化及针状焦领域，在成本控制方面强；

2）二线企业不断扩张自身产能及提升产品技术，未来随着动力电池不断增长拉动，市场竞争将越演越激烈，价格战必不可免；

3）硅基材料逐步成熟，同时其价格开始逐步下滑，未来在高端数码和动力方面将替代部分高端人造石墨市场。

2017年各季度负极材料及针状焦均价走势分析（万元/吨）

数据来源：起点研究院（SPIR）

硅碳负极潜力巨大，产业化稳步推进

硅碳负极的应用有望大幅提升电池能量密度

新能源汽车的发展对动力电池的比能量不断提出更高的要求，工信部等四部委发布的《促进汽车动力电池产业发展行动方案》中提出，到2020年， 新型锂离子动力电池单体比能量超300Wh/公斤，系统比能量达260Wh/公斤；到2025年，单体比能量达500Wh/公斤。传统石墨很难达到这一要求， 而硅碳复合材料的超高理论能量密度可以显著提升单体比容量，有望成为未来主流负极材料。

硅碳负极的优势

硅与碳的相似化学性质为其结合提供了理论依据，但不同的结合方式也对复合材料的性能起着重大影响。硅碳复合材料主要分为三种结构：包覆型、嵌入性、掺杂型。包覆型的表面碳层主要为无定型碳，嵌入型碳基质主要为无定型碳、石墨和石墨烯等，目前掺杂型硅碳复合材料为研究热点。

硅碳复合材料分类

硅碳复合材料逐步产业化，技术成为制胜关键

国外企业已经实现硅碳负极材料量产，松下2013 年量产的NCR18650C 型号电池即采用硅碳负极材料；日本GS汤浅推出的硅基负极材料锂电池也已应用于三菱汽车；特斯拉推出的Model3 成功应用硅碳负极材料，实现300Wh/kg 比能量，更加明确了硅碳负极的未来地位。

目前主流负极厂商已扩大硅碳负极投入，新进入者也开始布局硅碳负极，新增产能2017 年底开始陆续投产。提前布局硅碳负极、拥有技术优势、更快实现产业化的企业，将有望改变负极产业的现有格局。

负极材料行业发展趋势分析

1、短期内人造石墨仍将是市场主流，天然石墨将逐步被替代

国内前十负极材料企业，自2016年开始均大面积扩张人造石墨，其产能将在2018年开始大规模释放，这将进一步拉大人造与天然差距。同时由于人造石墨在动力电池循环性能、稳定性能方面均比天然石墨好，因此动力电池市场对人造石墨需求仍将会持续增加。

2、硅基负极材料将成为国内负极材料企业重点发展方向，未来发展空间巨大

目前我国硅基负极材料实际产量已突破千吨级别，相比2016年以前的百吨级别已上升近十倍差距，未来随着技术的不断成熟，现产品已经在数码圆柱领域得到很好应用，到2018年开始将会有超过千吨级别应用于动力电池领域，预计到2020年全国产量有望突破万吨级别。

3、人造石墨负极材料价格仍将回落保持下滑的趋势

随着我国负极材料的市场集中度进一步提高，针状焦、石墨化及负极材料产能持续扩张，生产规模不断扩大，规模效应带动生产成本下降，从而带动人造负极材料价格持续下行。

4、产业延伸，布局上游方向将成为企业未来市场价格战中最有利竞争因素

2016-2017年负极材料上游针状焦和石墨化加工，受市场供需及环保等价格大幅上涨，综合上涨超过200%。面对成本压力众多企业开启了选择性的生产，针对大客户和账期较好的客户供应。

随着国家对环保政策的持续推进，一些中小型石墨化工厂面临整改或者被查封，市场石墨化价格也随着提高，但面对目前动力电池价格节节下滑，电池企业价格传导效应加快，企业要求每年不断下降材料价格，在此背景下，目前众多大型负极材料企业开始布局上游针状焦领域，和自己建立石墨化工厂。

来源：锂电池news 、锂电大数据