負(fù)極材料以石墨為主，提容降本、延長循環(huán)壽命是方向

負(fù)極材料為鋰電池另一重要材料，目前以石墨材料為主。負(fù)極材料是電子流出的一極，約占鋰電池完全成本的7%，占原材料成本約10-12%。負(fù)極材料比容量大小對鋰電池能量密度亦有重要影響，石墨材料憑借較高的穩(wěn)定性和較低的成本，同時與正極、電解液具有良好的相容性等性能，是目前主要的負(fù)極材料，而碳硅復(fù)合材料因比容量優(yōu)勢明顯，是目前學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界正在探索的新型負(fù)極材料。

負(fù)極材料發(fā)展歷史包括針狀焦、MCMB、石墨、硅碳復(fù)合材料等材料。綜合來看，提升比容量、降低成本、延長循環(huán)壽命是負(fù)極材料突破的方向。

（1）中間相碳微球（MCMB）是早期的商業(yè)化負(fù)極材料。以索尼為代表的鋰電池產(chǎn)商最早以針狀焦作為負(fù)極材料。上世紀(jì)90年代，大阪煤氣公司研發(fā)的MCMB成功應(yīng)用于鋰電池負(fù)極替代了第一代負(fù)極材料針狀焦。MCMB具有倍率性能好、首圈庫倫效率高等優(yōu)點，但其制備過程復(fù)雜且產(chǎn)率偏低，導(dǎo)致成本高企，尤其是早期僅少數(shù)日系廠商生產(chǎn)時，價格高達50-70萬元/噸。但隨著國內(nèi)廠商杉杉股份與天津鐵城（2008年被貝特瑞收購）相繼在2000年及2001年實現(xiàn)MCMB的量產(chǎn)，價格大幅下跌。

（2）人造石墨和天然石墨已發(fā)展成當(dāng)前主流的負(fù)極材料。由于MCMB材料成本較高，同時下游對電池能量密度的要求日益提升，MCMB逐漸被其他成本更低、性能更好的材料所取代。從國內(nèi)來看，首先是貝特瑞率先完成國產(chǎn)化的改性天然石墨，改性天然石墨比容量高、成本低廉，但結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、與電解液相容性較差、循環(huán)壽命也較差。2005年杉杉股份與鞍山熱能研究院共同開發(fā)出以焦炭（石油焦與針狀焦）為原料的商業(yè)化人造石墨產(chǎn)品，相較于天然石墨和MCMB，循環(huán)性能優(yōu)于天然石墨而成本低于MCMB，已成為目前應(yīng)用范圍最廣，出貨量最多的負(fù)極材料，而國內(nèi)企業(yè)也憑借國產(chǎn)化實現(xiàn)了在負(fù)極材料領(lǐng)域全球份額領(lǐng)先。

（3）硬碳、軟碳和鈦酸鋰（LTO）優(yōu)缺點突出，在部分領(lǐng)域使用，改性是主要方向。相較綜合性能較好的人造石墨，硬碳、軟碳和LTO優(yōu)缺點突出：

硬碳（難以石墨化材料）低溫性能、循環(huán)性能較好、容量提升空間大，但首次效率較低、壓實密度低，適用于混合動力汽車中的高功率動力電池。

軟碳（2500℃以上的高溫下可石墨化材料）具有對電解液適應(yīng)性強、循環(huán)較好成本低等優(yōu)點，但與硬碳類似，軟碳同樣具有首圈不可逆容量較大、壓實密度低導(dǎo)致電池能量密度受限等問題，因而被考慮用于儲能電池和混動電池領(lǐng)域。目前對于無序碳的應(yīng)用一方面主要揚長避短用在特定的領(lǐng)域中，另一方面，則是借助包覆和摻雜等方法改善其電化學(xué)性能，以使其可以更好地應(yīng)用于其他領(lǐng)域。

鈦酸鋰（LTO）循環(huán)性能與安全性能優(yōu)異、倍率性能亦佳，在動力電池和儲能電池方面有著很大的優(yōu)勢；但其比容量較低、低溫性能較差、大倍率時容量衰減嚴(yán)重，以及嵌鋰態(tài)會與電解液發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致脹氣，限制其大規(guī)模使用。

（4）硅碳復(fù)合材料、復(fù)合金屬鋰等仍在突破中。當(dāng)前石墨負(fù)極材料的比容量已逐漸趨于理論值，如目前部分廠家石墨負(fù)極產(chǎn)品比容量可達到365mAh·g-1，而石墨的理論比容量為372mAh·g-1。為提高鋰電池的能量密度，新型負(fù)極材料正在開發(fā)。

硅碳復(fù)合材料：比容量可高達900mAh·g-1，同時還具有儲量豐富、原料成本低等優(yōu)點，是當(dāng)前最有前景的下一代負(fù)極材料，是各大企業(yè)和科研院校關(guān)注重點。尤其隨著動力電池能量密度要求的提高，硅碳負(fù)極搭配高鎳三元材料的體系漸成發(fā)展趨勢。但當(dāng)下硅碳負(fù)極工藝尚不成熟，首周效率低、體積膨脹等問題無法解決，因此企業(yè)目前多采用在石墨負(fù)極材料中摻雜少量硅碳材料進行改性。

復(fù)合金屬鋰：比容量高、體積膨脹的控制也相對容易，是高能量密度鋰電池理想的選擇，但目前技術(shù)仍無法解決與電解液的相容性以及安全性等問題，距離大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化仍有距離。整體上，目前新型負(fù)極材料仍處于研發(fā)階段。

3.2、負(fù)極材料出貨量持續(xù)增長,人造石墨占據(jù)主流

受益動力電池需求高增長，負(fù)極材料出貨量保持高增長。目前負(fù)極材料出貨產(chǎn)品主要以石墨化碳材料為主，包括人造石墨和天然石墨。受下游動力電池出貨量的增長帶動，2020年國內(nèi)負(fù)極材料的出貨量為36.5萬噸，同比增長37.7%，近5年復(fù)合增長率為38.0%。

人造石墨是目前出貨量最大的負(fù)極材料。在負(fù)極材料的選擇中，人造石墨雖然成本較天然石墨更高，但憑借出色的性能、與正極材料及電解液更好的匹配在動力電池中占據(jù)絕對主流；天然石墨主要用于消費電子和儲能領(lǐng)域。2020年人造石墨出貨量達到30.6萬噸，占負(fù)極材料總出貨量的84%，同比進一步增加5pcts。

3.3、行業(yè)集中度較高，領(lǐng)先企業(yè)擴產(chǎn)+一體化降本，優(yōu)勢持續(xù)擴大

全球負(fù)極材料產(chǎn)能主要在中國。2018年全球負(fù)極材料行業(yè)的CR3為43.1%，CR5為65.9%。在市占率前五的負(fù)極材料供應(yīng)商中，僅日立化成為日本企業(yè)，貝瑞特、杉杉股份、江西紫宸和凱金能源均為中國企業(yè)。自2010年國內(nèi)擁有低成本優(yōu)勢的貝特瑞、杉杉股份等負(fù)極材料企業(yè)突破技術(shù)瓶頸開始，國內(nèi)負(fù)極材料企業(yè)便替代日本企業(yè)，逐步占據(jù)了全球主流地位。

國內(nèi)負(fù)極材料集中度較高，競爭格局較好。目前國內(nèi)的負(fù)極材料行業(yè)集中度較高，2018年負(fù)極材料CR3和CR5分別達到57.8%和77.1%。其中人造石墨集中度更高，CR3達到62.4%，江蘇紫宸、凱金能源和寧波杉杉占據(jù)領(lǐng)先地位；而貝特瑞則盤踞天然石墨龍頭地位，市場份額超60%，在人造石墨領(lǐng)域市場份額位居第四。

龍頭企業(yè)較快擴產(chǎn)，規(guī)模優(yōu)勢進一步鞏固。近兩年來，隨著新能源車市場的全球蓬勃發(fā)展，國內(nèi)中高端負(fù)極材料供給面臨短缺，主流負(fù)極材料廠商紛紛擴建產(chǎn)能。未來行業(yè)內(nèi)新增產(chǎn)能較多，但主要集中在領(lǐng)先企業(yè)手中，貝特瑞、杉杉股份、璞泰來、凱金能源等四家企業(yè)擴產(chǎn)產(chǎn)能占比總擴產(chǎn)產(chǎn)能82.2%，龍頭企業(yè)規(guī)模優(yōu)勢有望進一步鞏固。

領(lǐng)先企業(yè)一體化布局降本，格局有望進一步優(yōu)化。從人造石墨的成本構(gòu)成來看，原材料成本占比約40%-45%、石墨化加工費用占比約50%、人工與制造費用占比約5%-10%。頭部企業(yè)一方面在黑龍江、內(nèi)蒙古等煤炭資源所在地建立工廠，致力于原材料端的成本降低，同時搶先布局天然石墨在儲能等領(lǐng)域的應(yīng)用；另一方面，通過自建石墨化、炭化工廠進行一體化布局，并依托規(guī)?；c高效生產(chǎn)實現(xiàn)降本增效，進一步鞏固領(lǐng)先優(yōu)勢。

根據(jù)高工鋰電預(yù)計，2019年石墨化委外加工的市場均價在1.8-2.2萬元/噸，而自建石墨化加工的成本在1.2-1.4萬元/噸，成本降幅可達到30%。在產(chǎn)業(yè)鏈普遍面臨降本壓力的情況下，領(lǐng)先企業(yè)通過一體化布局降本將進一步擴大優(yōu)勢，行業(yè)格局有望持續(xù)優(yōu)化。