鋰電負極有哪些核心性能指標負極材料的發(fā)展情況和趨勢的概述

鋰電負極二十年復盤與展望

投資觀點：

負極的技術指標眾多，且難以兼顧。

負極材料有克容量、倍率性能、循環(huán)壽命、首次效率、壓實密度、膨脹、比表面積等多項性能指標，且難以兼顧，如大顆粒的壓實密度好、克容量高，但倍率性能不好；小顆粒反之。負極制造商需要通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高材料的整體、綜合性能。

憑借資源和工藝優(yōu)勢，用十年時間打敗日本完成國產(chǎn)化。

目前主流的負極仍然是天然石墨和人造石墨，天然石墨是從黑龍江、青島的礦山采礦并經(jīng)過浮選、球形化、表面包覆制成，人造石墨則是以石油或煤化工的副產(chǎn)物煤焦油瀝青或減壓渣油為原料，經(jīng)延遲焦化制成針狀焦，并經(jīng)過造粒、石墨化制成。2000年之前，負極行業(yè)全部掌握在日本企業(yè)手中，之后經(jīng)過貝特瑞（首家掌握天然鱗片石墨的球形化技術，還掌控上游的礦山和浮選）、上海杉杉（國產(chǎn)化CMS打敗日本大阪煤氣、05年首創(chuàng)FSN-1之后十年都是行業(yè)模仿抄襲的對象）、江西紫宸（G1系列高各向同性、極低的膨脹，實現(xiàn)FSN-1之后的又一次突破）三家企業(yè)長時間的努力，目前日本企業(yè)的占有率僅剩三成左右。

人造石墨替代天然石墨仍是未來的趨勢。

從供應鏈來看，國內(nèi)動力電池基本全部使用循環(huán)、膨脹、倍率性能更優(yōu)的人造石墨，國外動力電池（除松下外）則以價格低廉的天然石墨為主。消費電池方面也是天然石墨的用量更大，但以ATL為代表的軟包電池和松下為代表的超高容量圓柱電池，則偏愛人造石墨。從未來的趨勢來看，LG等日韓動力電池廠商將轉(zhuǎn)向人造和天然混合的復合石墨，提高人造石墨的用量；消費電池中，軟包和超高容量圓柱電池的滲透率也將持續(xù)提升，因此人造石墨仍將繼續(xù)對天然石墨形成替代。

江西紫宸收入規(guī)模已超過上海杉杉成為國內(nèi)第一人造石墨負極制造商，國際上也僅次于日立化成排名全球第二。市場普遍認為江西紫宸主要生產(chǎn)消費電池的負極材料，未來增長空間有限。但我們認為，消費電池雖然行業(yè)增長不快，但目前主要采用天然石墨，隨著軟包電池和超高容量圓柱電池滲透率的提升，人造石墨可逐漸替代天然石墨，獲得遠快于行業(yè)的增速。因此江西紫宸可繼續(xù)獲得高速增長。

風險提示：競爭格局惡化，售價大幅下滑；原材料漲價的壓力無法向下游傳導；新能源汽車產(chǎn)銷量不達預期。

引言

雖然紫宸、貝特瑞、杉杉三家負極龍頭企業(yè)已全部上市，但和隔膜、正極、電解液相比，負極對二級市場來說仍然是一個相對陌生的領域。自我們?nèi)ツ?0月發(fā)布全市場首份深度報告后，本次我們從歷史發(fā)展復盤、供應鏈演變以及核心性能指標等角度，撰寫了第二份負極行業(yè)深度報告，期望能更全面的幫助市場了解負極行業(yè)。

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負極有哪些核心性能指標？

我們首先列出負極主要的理化指標，包括粒度、比表面積、振實密度壓實密度和真密度、放電容量、首次效率等。除此之外，還有電化學指標如循環(huán)性能、倍率性能、膨脹等等。

我們下面介紹這些指標的含義：

首次效率：部分鋰離子從正極脫出并嵌入負極后，無法重新回到正極參與充放電循環(huán)，導致首次充放電效率不是100%。這部分鋰離子無法回到正極的原因一是形成了負極表面的SEI膜、二是存在一部分不可逆嵌鋰。

振實密度：是依靠震動使得粉體呈現(xiàn)較為緊密的堆積形式下，所測得的單位容積的質(zhì)量，單位為g/cm3。

真密度：材料在絕對密實狀態(tài)下（不包括內(nèi)部空隙），單位體積內(nèi)固體物質(zhì)的重量，單位為g/cm3。由于真密度是密實狀態(tài)下測得，會高于振實密度。

振實密度和真密度是針對負極，壓實密度則針對的是極片。

壓實密度：指負極活性物質(zhì)和粘結劑等制成極片后，經(jīng)過輥壓后的密度，壓實密度=面密度/(極片碾壓后的厚度減去銅箔厚度)，單位：g/cm3。面密度：單位面積集流體（指銅箔）上活性物質(zhì)的質(zhì)量。

一般來講，壓實密度越高，單位體積內(nèi)的活性物質(zhì)越多，容量也就越大，但同時孔隙也會減少，吸收電解液的性能變差，浸潤性降低，內(nèi)阻增加，鋰離子嵌入和脫出困難，反而不利于容量的增加。壓實密度的影響因素：顆粒的大小、分布和形貌都有影響。

比表面積（以及粒度）：指單位質(zhì)量物體具有的表面積，顆粒越小，比表面積就會越大。小顆粒、高比表面積的負極，鋰離子遷移的通道更多、路徑更短，倍率性能就比較好，但由于與電解液接觸面積大，形成SEI膜的面積也大，首次效率也會變低。大顆粒則相反，優(yōu)點是壓實密度更大。

容量：單位質(zhì)量的活性物質(zhì)所能夠釋放出的電量，字面意義不需要過多解釋。

除了上述理化指標外，更為重要的是另外三項性能（循環(huán)壽命、膨脹、倍率性能）

循環(huán)壽命和膨脹：膨脹和循環(huán)壽命是正相關的關系，負極膨脹后，第一，會造成卷芯變形，負極顆粒形成微裂紋，SEI膜破裂重組，消耗電解液，循環(huán)性能變差；第二、會使隔膜受到擠壓、尤其極耳直角邊緣處對隔膜的擠壓較嚴重，極易隨著充放電循環(huán)的進行引起微短路或微金屬鋰析出。

就膨脹本身來說，石墨嵌鋰過程中鋰離子會嵌入石墨層間距里，導致層間距擴張、體積增大，這種膨脹部分是不可恢復的。膨脹的多少與負極的取向度有關，取向度=I004/I110，通過XRD數(shù)據(jù)可以計算出來。各向異性的石墨材料在嵌鋰過程中傾向于往同一個方向(石墨晶體的C軸方向)發(fā)生晶格膨脹，因此將導致電池發(fā)生較大的體積膨脹；各向同性的負極，石墨材料有多個方向可以嵌鋰，受到的應力更均勻、膨脹也就輕一些。

循環(huán)壽命方面，SEI膜會對鋰離子的擴散有一定的阻礙作用，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，SEI膜會不斷脫落、剝離、沉積在負極表面，導致負極的內(nèi)阻逐漸增加，帶來熱累積和容量損失。

倍率性能：與循環(huán)壽命和膨脹相同，各向同性的負極，鋰離子傳輸通道多，解決了各項異性結構中嵌入脫出的入口少、擴散速率低的問題，對大電流充放電也有作用。如前所述，鋰離子在石墨中的擴散具有很強的方向性，即它只能垂直于石墨晶體C軸方面的端面進行插入。此外，小顆粒、高比表面積對倍率性能也有幫助。最后，電極表面電阻（SEI膜帶來）和電極導電性也影響倍率性能。

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負極的產(chǎn)業(yè)鏈是什么樣的？是如何完成國產(chǎn)化的？

2.1 天然石墨源自礦山，人造石墨源于煤和石油化工副產(chǎn)物

首先，我們分別介紹人造石墨、天然石墨兩種主要負極材料的產(chǎn)業(yè)鏈情況。先來看較為簡單的天然石墨：

天然石墨的最上游是石墨礦石，分布在黑龍江、山東等地區(qū)；石墨礦石經(jīng)過浮選后得到鱗片石墨（此外還有一種微晶石墨）。浮選工藝包括原礦破碎、濕法粗磨、粗選、粗精礦再磨再選、精選、脫水干燥、分級包裝等步驟。

浮選后的鱗片石墨經(jīng)過粉碎、球形化、分級處理，得到球形石墨，球形石墨再經(jīng)過固相或者是液相的表面包覆以及后續(xù)的一些篩分、碳化等工序，就變成了最終的改性天然石墨負極。球形石墨的雜質(zhì)含量高，微晶尺寸大，結構不可改變，用于LIB負極時必須進行改性處理，目的是為了緩解炭電極表面的不均勻反應，以使得電極表面的SEI成膜反應能夠均勻的進行，得到質(zhì)量好的SEI膜。

雖然我國天然鱗片石墨的年產(chǎn)量和年出口量都很大，但是負極材料對鱗片石墨有特殊的要求，如粒度需要是-100目（表示顆粒粗細的指標）、純度高、結晶要好比重要大、鐵含量要少，考慮到這些要求，球形化的原料基本就只能選擇黑龍江蘿北、黑龍江雞西以及青島萊西這幾個產(chǎn)地的鱗片石墨了。

價格方面，浮選前的石墨礦石，單價只有二十多元每噸，加工到鱗片石墨，價格升到近三千元每噸，球形化后的球形石墨價格約為1.3萬元每噸，最終的天然石墨負極產(chǎn)品，單價約3到4萬元每噸。

還需要知道，負極只是天然石墨一個小小的應用領域，用量不超過5%；天然石墨的用途非常廣，包括冶金用的耐火材料、涂料、鉛筆、軍工、密封材料、導電材料等等，涵蓋很多行業(yè)。

人造石墨負極的產(chǎn)業(yè)鏈則要更復雜一些，它的原料并不是天然石墨礦石，而是焦炭，包括石油焦和針狀焦，瀝青是粘結劑。人造石墨負極是將石油焦、針狀焦、瀝青等經(jīng)粉碎、造粒、3000度高溫石墨化、球磨篩分等步驟制成。一般來講，高能量密度的人造石墨使用針狀焦作為原料，中低端的則使用便宜一些的石油焦。

以行業(yè)中使用越來越多的針狀焦為例，可分為石油系針狀焦（石油焦的一種）和煤系針狀焦兩類，二者的制造工藝類似，都是經(jīng)過預處理、延遲焦化和煅燒三個步驟。

煤系和石油系針狀焦的原料是煤化工和石油化工的副產(chǎn)物：煤系針狀焦的原材料是煤焦油瀝青，它是煤焦油蒸餾之后剩下的殘留物，除了生產(chǎn)針狀焦外，還可用于鋪路、生產(chǎn)防水層和油氈以及粘結劑等；石油系針狀焦的原材料是減壓渣油，它是煉油廠減壓塔底抽出的殘渣。

從用途上看，針狀焦除了用于生產(chǎn)人造石墨負極外，另外一個用途是電爐煉鋼中用到的石墨電極，電爐煉鋼是利用石墨電極向爐內(nèi)導入電流，利用電極端部和爐料之間引發(fā)電弧所產(chǎn)生的高溫熱源來進行冶煉的。

此外還有另一種價格更為便宜、產(chǎn)量也大得多的石油焦（原料也是渣油，但形態(tài)不是針狀而是海綿狀，也可稱為海綿焦），人造石墨負極在石油焦用量中的占比非常低，石油焦絕大部分是用于電解鋁，少部分用于水泥廠、發(fā)電廠的工業(yè)燃料。

2.2 伴隨鋰電下游應用變化，由MCMB到天然石墨再到人造石墨

本節(jié)，我們回顧一下負極行業(yè)的發(fā)展歷史。

首先看鋰電池下游行業(yè)的情況：

1991年，日本索尼公司開始商業(yè)化生產(chǎn)鋰離子電池，采用了以鈷酸鋰為正極、以碳為負極的材料體系，這種體系一直沿用至今。整個90年代，鋰電池的下游應用主要是照相機、攝像機和隨身聽。2000年之后，手機和筆記本電腦成為了鋰電池兩個最大的應用，之后又相繼出現(xiàn)了平板電腦、充電寶、電動自行車、電動工具等新的下游。近幾年，電動汽車飛速發(fā)展，到2017年已成為鋰電池最大的下游。

在90年代，無論是鋰電池還是負極材料，都是日本企業(yè)獨步天下，貝特瑞、杉杉還沒有成立，比亞迪、ATL、力神和比克也尚未進入鋰電池領域。

起初，索尼的鋰電池，負極用的也是石油焦，但和現(xiàn)在的人造石墨負極不一樣，是沒有經(jīng)過石墨化等改性處理的石油焦，結構不規(guī)整、比容量很低，很快就被一種叫做中間相碳微球（MCMB）的碳材料所取代。整個九十年代，MCMB是使用最多的負極材料，它也是以煤焦油瀝青為原材料，先經(jīng)過熱縮聚反應形成中間相碳球，而后經(jīng)溶劑純化和熱處理制成的各向異性的球體，它的球形片狀結構可以使鋰離子在各個方向嵌入和脫出，所以倍率性能非常好；但也有兩個非常致命的弱點，一是要消耗大量有機溶劑，且收率很低，成本非常高；二是比容量低，發(fā)展到現(xiàn)在也只有280到340毫安時每克，和普遍達到340到360毫安時每克的人造石墨和天然石墨差距還是比較大。

MCMB的領先企業(yè)曾是日本的大阪煤氣公司，它在1993年成功將MCMB產(chǎn)品用到了鋰電池中，日本的日立化成公司也有相應的產(chǎn)品，當時MCMB的價格在50到70萬元每噸，幾乎是現(xiàn)在負極材料價格的10倍以上。

MCMB的國產(chǎn)化工作，是鞍山熱能研究院首先研發(fā)成功并由上海杉杉科技公司完成產(chǎn)業(yè)化的。1997年，鞍山熱能研究院碳素研究所張殿浩等人研發(fā)出了中間相碳微球（英文名CMS，MCMB的另一種叫法），并成功實現(xiàn)了18噸的中試線級別的生產(chǎn)。1999年，上市公司杉杉股份與鞍山熱能研究院合資成立“上海杉杉科技有限公司”，鞍山熱能院以無形資產(chǎn)（中間相碳微球技術）出資，占股25%。2001 年，上海杉杉科技有限公司的200噸/年的CMS工業(yè)生產(chǎn)裝置成功投入運行，打破了國內(nèi)CMS 依靠日本進口的局面，CMS的價格馬上降到了30萬元每噸以下，日本大阪煤氣公司很快就敗下陣來將產(chǎn)線關停，而上海杉杉科技當年即實現(xiàn)收入超過5000萬元，第二年收入1.7億元，成為國內(nèi)該產(chǎn)品排名第一的供應商；經(jīng)過后續(xù)的兩次擴產(chǎn)，到2005 年上海杉杉科技擁有了年產(chǎn)1100 噸CMS負極材料的生產(chǎn)能力。2000年前后，天津大學王成楊教授也研發(fā)成功了中間相碳微球技術，并在2004年以225萬元的價格將專利轉(zhuǎn)讓給了天津鐵中煤化工公司，該公司當年聯(lián)合另外幾名股東成立了天津鐵城電池材料公司，第二年也成功實現(xiàn)了300噸級別的CMS量產(chǎn)。2008年，天津鐵城被貝特瑞收購，后更名為天津貝特瑞，至此國內(nèi)另一家負極巨頭貝特瑞也掌握了中間相碳微球的生產(chǎn)技術。

2000年之后，鋰電池的應用領域轉(zhuǎn)向手機和筆記本電腦，對電池能量密度的要求也隨之提升，比容量低、價格昂貴的中間相碳微球逐漸不能滿足需要，這時就需要開發(fā)新的碳負極材料，人造石墨負極和改性天然石墨負極就應運而生了。和中間相碳微球一樣，這兩種石墨負極材料也是日本率先發(fā)明并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的，人造石墨負極的領先公司是日本的日立化成公司和JFE化學公司，改性天然石墨負極則是三菱化學公司主導。

為什么是這些公司在負極材料上有建樹呢？我們可以發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)的負極企業(yè)如貝特瑞、杉杉、紫宸等，都是以負極為主業(yè)甚至唯一業(yè)務的。而日本的企業(yè)，無一例外，負極只是它們的副業(yè)，收入和利潤占比都微乎其微。之所以它們會發(fā)展負極業(yè)務，是因為負極和它們的主業(yè)有千絲萬縷的聯(lián)系，所以從主業(yè)自然而然的派生出來了負極業(yè)務。如日立化成和日本碳素原本就有碳素工廠，生產(chǎn)石墨電極、石墨坩堝等各種石墨制品；JFE是鋼廠，同時有煤焦化的工廠（生產(chǎn)焦炭給煉鋼高爐做燃料用），煤焦化的副產(chǎn)物煤焦油瀝青可以直接用來生產(chǎn)人造石墨；三菱化學既有煤焦化工廠又生產(chǎn)針狀焦，同時還制造碳素制品。

首先替代MCMB的是改性天然石墨產(chǎn)品。如前所述，天然石墨是鱗片狀的，它需要經(jīng)過球形化才能作為負極來使用。球形化是利用專門的粉碎整形設備，讓不規(guī)則的石墨微粉通過氣流沖擊下的相互碰撞，發(fā)生卷曲和包覆作用，令顆粒成為球形或者近似球形。那么為什么鱗片石墨要加工成球形石墨呢？是因為球形石墨在堆積時的取向更均勻，鋰離子能夠更加方便的在層間出入，不受方向的限制，而且比表面積更小、振實密度更大。改性天然石墨的領先企業(yè)是日本的三菱化學和日立化成公司。

改性天然石墨的國產(chǎn)化是由貝特瑞完成的。2000年7月，由中科院成都有機所所長于作龍聯(lián)合另外兩名股東共同成立了貝特瑞。于作龍用于出資的無形資產(chǎn)是鋰電子電池電解液生產(chǎn)專有技術，該項技術當時經(jīng)中科院長春應化所測試：與德國MERCK 電解液性能基本相當。可見貝特瑞一開始設想的主業(yè)并不是負極。

貝特瑞頭兩年的經(jīng)營很不順利，轉(zhuǎn)折點出現(xiàn)在2002年，那一年貝特瑞發(fā)生了兩件大事，第一是中國寶安集團出資600萬元控股了貝特瑞、第二是岳敏進入貝特瑞，擔任總工程師、總經(jīng)理，從這一年開始貝特瑞真正聚焦于負極材料。之后，岳敏團隊將天然鱗片石墨開發(fā)出球形石墨并成功實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，球形石墨的成功開發(fā)為后續(xù)改性天然石墨奠定了關鍵基礎，該團隊又分別在2004、2006、2010 年先后推出高容量天然石墨復合負極材料818、168、BSG-L 等，使貝特瑞成為了全球天然石墨負極之王。

那么岳敏是何許人也？從公開資料我們可以看到，進入貝特瑞之前，在1993年到2002年的十年間，他在洛陽市冠奇工貿(mào)有限公司先后擔任化驗室主任、技術廠長兼生產(chǎn)廠長、常務副總兼總工程師。洛陽市冠奇工貿(mào)是一家天然鱗片石墨的采選和加工企業(yè)，資料顯示它擁有中碳石墨年采選能力為20000噸以上；高碳加工能力年產(chǎn)16000噸；高純石墨生產(chǎn)能力年8000噸；超高純度光譜石墨即99.99%以上年生產(chǎn)能力2000噸，這樣一家每天與天然鱗片石墨打交道的企業(yè)，掌握球形化技術就不奇怪了。

改性天然石墨是一種優(yōu)點和缺點都很明顯的材料，優(yōu)點是克容量高、價格便宜，缺點是結構不穩(wěn)定、和電解液的兼容性差，易造成溶劑分子共插入以及片層脫落，膨脹大、循環(huán)壽命短、倍率性能（代表快速充放電的能力）也比較差。高膨脹、較差的快速充放電能力、較短的循環(huán)壽命，使其不適用于一些高端的應用場景，如智能手機、電動汽車等。這時，人造石墨負極就產(chǎn)生了（MCMB也是一種人造石墨負極，這里指的是以焦炭和瀝青為原料的負極）。

實際上人造石墨是一個很寬泛的概念，一切經(jīng)過高溫石墨化的碳材料都可稱為人造石墨，其中最典型、和人造石墨負極最相近的就是電弧爐煉鋼用的石墨電極和用于光伏單晶生長爐的等靜壓石墨，他們的原材料和人造石墨負極相同，都是針狀焦和瀝青，制造工藝上也有很大的相似性。

2.3 貝特瑞和上海杉杉分別完成了天然和人造石墨的國產(chǎn)化

實際上從日本的經(jīng)驗來看，人造石墨負極做的好的無非兩類企業(yè)，一類是做石墨電極或者等靜壓石墨的，例如日立化成（等靜壓石墨）、日本碳素（石墨電極），這類企業(yè)長期做人造石墨制品，對制造工藝熟悉；一類是做針狀焦或者煤焦油瀝青的，例如三菱化學（針狀焦）、JFE化學（煤焦油瀝青），優(yōu)勢是對上游原料的特性比較熟悉。

那么國內(nèi)也不例外，譬如做石墨電極的方大炭素和平煤神馬，都已經(jīng)介入了鋰電池負極材料領域。但是國內(nèi)人造石墨負極的發(fā)源地仍是前面所提到過的鞍山熱能研究院，它是國內(nèi)煤系針狀焦領域的領先企業(yè)。1986年，鞍山熱能研究院就完成了煤系針狀焦的中間試驗，目前，其參股的鞍山開炭熱能新材料有限公司，具備年產(chǎn)4萬噸煤系針狀焦的能力。自從鞍山熱能研究院和杉杉股份合資成立上海杉杉科技后，鞍山熱能研究院以馮蘇寧為代表的一批技術人員也加盟了上海杉杉科技，人造石墨負極的技術就從科研單位流轉(zhuǎn)到了產(chǎn)業(yè)公司中。

繼成功開發(fā)CMS中間相碳微球產(chǎn)品，打敗日本大阪煤氣之后；上海杉杉科技在2005年，成功開發(fā)了人造石墨負極材料新品：FSN-1系列（以馮蘇寧的姓名簡稱命名），該產(chǎn)品一舉奠定了杉杉在人造石墨負極領域的泰山北斗地位，并在之后十余年一直都是跟隨者們模仿、抄襲的對象。

自從貝特瑞和杉杉分別完成了天然石墨和人造石墨負極的國產(chǎn)化后，日本企業(yè)的份額就開始逐年降低。到2017年，除了日立化成還保持著領先地位外，日本其他的幾家企業(yè)，JFE化學、日本碳素、三菱化學都逐漸落后了，全球負極出貨量的前四名中有三家（貝特瑞、杉杉、紫宸）都來自于中國。

從2002年到2012年的十年間，杉杉是人造石墨龍頭、貝特瑞是天然石墨龍頭的格局從未發(fā)生過改變。但是從2012年開始，一家新公司-江西紫宸的成立開始威脅到了杉杉的人造石墨龍頭地位，事實上到2017年，紫宸的收入規(guī)模和杉杉已經(jīng)不相上下，都是15億元，但是利潤是杉杉的5倍（3.8億元對7000余萬元），從利潤規(guī)模來看，人造石墨負極龍頭的位置已經(jīng)易主了。

2.4 江西紫宸依靠高性能的G1系列實現(xiàn)國產(chǎn)人造石墨的又一次飛躍

那么為什么在短短的五年間，江西紫宸就能完成對積累了十余年的杉杉的趕超呢？

主要是兩方面的原因：第一是紫宸的經(jīng)營團隊，脫胎于杉杉又高于杉杉，紫宸總經(jīng)理就是前面多次提到的FSN-1產(chǎn)品的首席發(fā)明人、上海杉杉科技總經(jīng)理馮蘇寧，因此技術上是一脈相承的，同時紫宸母公司璞泰來的總經(jīng)理陳衛(wèi)在ATL任職十余年，職位高至主管研發(fā)的副總裁，紫宸通過陳衛(wèi)可獲得ATL這種大客戶的資源以及ATL對負極材料性能指標的要求。

第二是紫宸的高端人造石墨G1系列，成功實現(xiàn)了繼FSN-1之后的又一次突破，首次放電容量達360mAh/g以上，配向性（I004/I110）小于 10，壓實密度達1.7g/cm3以上，循環(huán)壽命1,000次容量保持在80%以上，獲得了頂級消費類電芯大客戶ATL的認可，自Iphone4開始就成為了蘋果手機的電池材料供應商并且一直延續(xù)至今。

在璞泰來的招股書中，也簡單介紹了紫宸的“獨門絕技”二次顆粒技術。如第一章中所述，小顆粒比表面積大，鋰離子遷移的通道更多、路徑更短，倍率性能好，大顆粒的壓實密度高、容量大。如何能夠兼顧大顆粒和小顆粒的優(yōu)點，同時實現(xiàn)高容量和高倍率呢？

答案就是紫宸使用的這種二次顆粒技術，通俗的講就是先把大顆粒打碎，然后再用瀝青等粘結劑粘結起來重新形成大的球形顆粒，這種大顆粒首先實現(xiàn)了高壓實密度和高容量，同時大顆粒的內(nèi)部并不是實心的，鋰離子仍然是可以通過的，所以也仍然會具備高倍率的性能。此外，在重新造粒的過程中，盡量實現(xiàn)各向同性，這樣鋰離子可以從多個方向嵌入、應力也向各個方向去分散，實現(xiàn)了低膨脹和長循環(huán)壽命。

3

目前的供應鏈是什么樣的？未來的發(fā)展趨勢如何？

3.1 消費電池和韓國動力走天然路線，國內(nèi)動力和松下以人造為主

我們回顧過去十幾年負極的發(fā)展史，2005年的時候，全球一年的負極使用量僅有1萬噸左右，到2017年增長到了15萬噸，從量級上看是十五倍的增長。

從結構來看，2005年時，用量最大的還是中間相碳微球。到了2011、2012年，中間相碳微球逐漸式微，占比僅剩10%左右，天然石墨成為當時最主流的負極品類，占比達60%。五年之后，到了2017年，天然和人造之間發(fā)生了逆轉(zhuǎn)，占60%的變成了人造石墨，天然石墨的用量則變化不大。那么在這五年間發(fā)生了什么，讓人造石墨后來居上呢？

我們首先對比11年和17年主要消費鋰電大廠的供應鏈，在此只列出三星、LG、松下（包括后期收購的三洋）、索尼和ATL五家一線大廠。

五家大廠可以分為兩個陣營，三星、LG都是以天然石墨為主的消費電芯廠，而索尼、松下和ATL則是以人造石墨為主的，過去七年這一點沒有發(fā)生變化。LG、索尼的人造/天然石墨采購比例基本沒有變，三星、松下、ATL均適度加大了人造石墨的采購比例。

那么為什么三星、LG以天然石墨為主，而索尼和ATL則選擇了人造石墨呢？這與其電池的封裝類型有關，三星、LG的出貨結構中，圓柱電池占絕對的主力；索尼和ATL則是以軟包電池為主。圓柱電池的特點是鋼殼封裝，即使負極發(fā)生了膨脹，也頂不破鋼殼，因此喜歡價格便宜的天然石墨；軟包電池則是較軟的鋁塑膜封裝，如果使用天然石墨，第一膨脹會比較大，第二與電解液的相容性不好，容易產(chǎn)氣，導致鋁塑膜破裂，所以軟包電池大部分是使用人造石墨。三星、LG近年來加大了人造石墨的用量，也是因為其出貨結構中軟包電池的比重在變大。

松下雖然也都是圓柱電池，但是和三星、LG不同，其主要是供給特斯拉，都是高容量的產(chǎn)品，如3.0Ah以上的18650電池，這種高容量的圓柱電池，同樣更喜歡壓實密度更高的人造石墨。

再來看12年和17年，主要動力電池大廠的采購比例，我們列出4家企業(yè)：三星、LG、AESC和比亞迪：（松下的動力和消費是合并統(tǒng)計的，因為用的都是18650圓柱電池，參照上表）

和消費不同，日韓的動力大廠，除了松下外，全部是以天然石墨為主的。五年前是這樣，五年后還是這樣，只有LG開始采購一部分日立化成的人造石墨，三星和AESC還是100%的天然石墨。

綜上，日韓消費和動力大廠，人造石墨采購比例確實有提升，但是幅度并不大，那么為什么從2011年至今，人造石墨的滲透率大幅度提升了呢？答案在國內(nèi)的動力市場，2012年時，B3統(tǒng)計數(shù)據(jù)中的“其他”項只有1000多噸，而到2017年，這一數(shù)字爆發(fā)式增長到6萬噸，我們估計這6萬噸中大部分都是國內(nèi)的汽車動力電池貢獻的，且這6萬噸中80%以上都是人造石墨，這也帶動了國內(nèi)負極企業(yè)的崛起，如以國內(nèi)市場為主的杉杉、星城、斯諾等。

3.2 軟包和高容量圓柱占比提升，人造石墨在消費電池替代天然石墨

我們認為未來的消費和動力電池市場，人造石墨的滲透率都將提升：

消費市場：軟包和高容量圓柱電池的滲透率預計還將繼續(xù)提升，有利于人造石墨提升滲透率。歷史上來看，2010年到2017年，軟包電池的滲透率都是在提升的，而方形電池則顯著下降，圓柱電池的增量主要是來自于特斯拉，這部分也是用的人造石墨。

從筆記本電腦這一典型場景能夠明顯的看出這一趨勢，2010年，筆記本電腦絕大部分是用的圓柱電池，而且以2.2Ah為主；2015年，軟包電池占比接近一半，圓柱中，2.8Ah取代2.2Ah成為最主要的型號，即軟包化和圓柱高容量化的趨勢非常明顯，這兩部分電池也都是人造石墨的目標應用領域。

動力市場方面，由于人造石墨在長循環(huán)壽命和快速充放電兩方面的優(yōu)勢，預計日韓動力電池企業(yè)也將從天然石墨逐漸轉(zhuǎn)向人造石墨。例如，LG化學在其下一代ZOE中，將人造石墨的用量提高到了50%，即選用了人造石墨和天然石墨各占一半的復合石墨。

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璞泰來

今年上半年，江西紫宸負極收入8.44億元，首次超過上海杉杉科技的7.76億元，成為收入排名國內(nèi)首位、全球第二的人造石墨負極龍頭企業(yè)。由于主做高端市場，凈利潤更是數(shù)倍于上海杉杉科技。

市場普遍認為璞泰來的利潤主要依靠江西紫宸，而江西紫宸大部分做的是消費電池的負極材料，未來增長空間有限。我們認為，消費電池行業(yè)整體增長不快這毋庸置疑，但目前消費電池仍是采用天然石墨為主，隨著軟包電池和高容量圓柱電池滲透率的提升，人造石墨可在消費領域逐漸替代天然石墨，獲得遠快于行業(yè)的增速。因此，我們認為江西紫宸有能力保持30%左右的收入和利潤復合增長。