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  • 興和石墨·海和達石墨石墨開采、生產加工、銷售為一體大型企業
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    公司新聞

    鋰電負極行業格局如何?

    時間:2022-02-15 09:20:48 來源:未知 點擊:

    1 行業格局:過去復盤和未來預判

    1.1 為什么負極行業格局分散?

    負極格局分散系技術路線、產品定位、客戶分層所致,結果體現系價格分層

    從技術路徑來看,璞泰來、中科、尚太主攻人造石墨,翔豐華和貝特瑞多為 天然石墨。

    從價格帶來看,璞泰來、貝特瑞偏高端,中科電氣、翔豐華、尚太偏中低端。

    從客戶帶來看,貝特瑞客戶主要系海外高端動力、璞泰來主要系高端消費電 子和海外高端動力,中科電氣系海外二線動力和國內一線動力,尚太、凱金 等主要依托寧德的增長。

    技術路線:負極分為天然和人造石墨,人造石墨是目前主流

    電池性能主要看能量密度、使用壽命、充放電速度、穩定性和一致 性。對負極來說,材料比容量決定理論能量密度上限,首次效率影 響實際能量密度,壓實密度影響體積能量密度,循環次數影響電池 壽命,倍率性能影響充放電速度,高低溫性能影響電池在極端情況 下的穩定性。

    人造石墨各項性能更為均衡,是目前負極主流。人造石墨比容量和 天然石墨已經比較接近且循環、倍率、高溫性能更優,在下游應用 更廣泛, 2020年國內人造石墨出貨在負極占比達84%,較17年提升 16pct。

    天然石墨:貝特瑞占據中高端市場、翔豐華占據中低端市場,均價相差約1.4萬元/噸

    天然石墨賽道主要玩家為貝特瑞、翔豐華,從產品性能和 銷售均價看,貝特瑞所在市場較翔豐華高端:

    從性能指標看,貝特瑞天然石墨負極產品在中粒徑、首次 容量、壓實密度更優。而中粒徑、首次容量、壓實密度越 大越有利于提升電池能量密度。

    從銷售均價看,2019年貝特瑞天然石墨負極產品均價較翔 豐華高1.4萬元/噸。

    1.2 未來行業格局如何?

    演變1-相互滲透:動力和儲能接棒消費電子,成為各家必爭之地

    消費電子市場增速放緩,但高端市場仍盈利好。2020年消費電池出貨75GWh,未來幾年增速預計保持個位數增長,增速慢但盈利狀 況較好,如在消費電子市場占據絕對份額的璞泰來2017年產品單價在6.2萬元/噸,單噸盈利1.6萬元,而同期主營動力市場的凱金能 源單價3.5萬元,單噸盈利0.45萬元。

    動力和儲能接棒消費電子,成為各家必爭之地。動力和儲能市場屬于新新市場,未來幾年都處于高增狀態,從現在到2025年增速均保 持在40%以上。

    演變2-加速洗牌:預計未來負極競爭態勢優于電解液,次于隔膜

    行業洗牌的過程常常伴隨擴產-價格戰-龍頭走出(市占率提升),負極正處于第一階段擴產,電解液和隔膜已走出龍頭。

    電解液價格戰下,全行業盈利普遍大幅下滑。17-18年電解液行業發生了激烈的價格戰,6F價格從17年初35萬元/噸一路下跌至18 年4月的15萬/噸,同期電解液從7.5~8.5萬元/噸下降至4~5.5萬元/噸,近乎腰斬。價格戰下18H1頭部企業的天賜、新宙邦毛利率下 滑至21%、27%,同比下滑22pct、7pct。

    隔膜價格戰下,頭部企業恩捷仍保持高毛利。隔膜行業也是在17-18年發生價格戰,以恩捷為例,18年隔膜單價元/平,同比下滑 32%,而恩捷毛利率仍然保持在60%,單平凈利潤1.4元/平。

    演變3-真正的龍頭:我們認為未來負極龍頭是技術+成本均領先的全能型選手

    此前負極市場比較割裂,一方面有天然/人造之分,另一方面又有高中低之分。一般而言消費電子市場用戶價格敏感性低且電池成本占 比小,產品偏高端,動力市場用戶敏感性高且電池成本占比高,產品偏低端。

    割裂的態勢正在被打破,消費電子盈利好但增速放緩,此市場龍頭為謀求新的利潤增長點,動力市場是必爭之地,典型如璞泰來。動 力市場并非就是低端市場的代名詞,其也有高端市場并且高端產品占比在提升,這從高鎳在三元的占比可以看出。

    此外,人造石墨負極也不是負極技術迭代的終點,未來發展方向在硅基負極。 因此,未來的負極行業絕對龍頭需具備全方位的優勢:1)高端市場更看技術競爭,負極廠需保持領先的技術迭代能力;2)中低端市 場更看重成本競爭,成本競爭依賴一體化+工藝know-how降本。

    2 增效-技術漸進式迭代=天然石墨→人造石墨→硅基負極

    硅基負極是負極發展方向,暫未大規模商用系導電性差+體積膨脹嚴重

    硅理論克容量有絕對優勢,是未來負極材料的發展方向。石墨材料的理論克容量上限372mAh/g,目前高端產品已經達到360- 365mAh/g,接近理論容量上限。因此需要更高能量密度的新材料來應對需求。硅最能夠滿足更高能量密度的需求(理論克容量為 4200mAh/g),是市場公認的下一代負極。

    但導電性差、體積膨脹等問題制約了硅材料在負極上的商業化應用:

    硅材料屬于半導體材料,電子導電性和離子導電性差,不利于材料電化學性能的發揮。

    硅嵌/脫鋰過程中伴隨著巨大的體積變化,從而影響循環壽命。Si材料在與Li進行合金化的過程中體積膨脹可達300%以上(石墨材 料在12%),容易導致顆粒的粉化和破碎、SEI膜的破壞,從而嚴重影響鋰離子電池的循環壽命。

    硅易與其他物質發生反應,造成能量快速衰減。鋰鹽 LiPF6分解產生的 HF 會與 Si 反應,Si 負極與電解液的界面不穩定,Si 負極 材料表面形成的固體電解質膜(SEI 膜)不能適應 Si 負極材料在脫嵌鋰過程中的巨大體積變化而破裂],使Si 表面暴露在電解液中, 導致固體電解質膜持續生成、活性鋰不斷消耗,最終造成容量損失。

    硅基負極的劣勢可通過納米化、氧化亞硅和碳包覆三種方式改進

    硅單質能量密度高但體積膨脹大導致循環、倍率性能差,故難以實現產業化,一般采用以下方式改性:

    納米化:硅納米化后可明顯縮小體積,提高循環性能,但納米粒子合成工藝復雜,粒徑大小和形貌不易控制。

    與石墨復合:碳材料的體積變化較小、循環性能良好,硅材料體積膨脹大、循環性能差而比容量最大,將兩種材料復合可得到具有 高容量、體積變化較小、循環性能較好的硅碳復合材料。根據硅顆粒在碳顆粒中的分布形式不同,復合材料可分為包覆型、嵌入型 和分子接觸型。

    采用氧化亞硅:硅氧材料較硅單質有效緩解了體積膨脹,提升了循環性能,但降低了首次效率。SiOx材料在嵌鋰過程中的體積膨脹 僅為118%左右(硅單質在300%),從而極大的提升了Si基材料的循環壽命,然而SiO材料獨特的反應機理使得Li在首次嵌入到材 料的過程中會生成沒有電化學活性的Li4SiO4材料,導致SiOx材料的首次效率遠遠低于石墨和硅碳材料。

    3 降本-縱向一體化&工藝know-how

    3.1 縱向一體化

    視角1-生產工序:人造石墨負極核心工序在造粒和石墨化,是體現know-how的關鍵

    人造石墨負極生產工序包括破碎、造粒、石墨化、炭化(可選)、篩分:

    破碎:將石墨原料和瀝青按不同比例混合,并放入空氣流中進行磨粉,將5-10mm粒徑的磨至5-10微米。

    造粒:造粒是負極生產核心環節,具體分為熱解和球磨:1)熱解是指在反應釜中,按照溫度曲線進行電加熱,于200~300℃攪拌 1-3h,而后繼續加熱至400~500℃,攪拌得到粒徑在10-20mm 的物料,降溫出料;2)球磨是指將熱解后的物料在球磨機進行 機械球磨,10-20mm 物料磨制成6-10μm 粒徑的物料。

    石墨化:在石墨化爐中對炭材料進行2000度以上的高溫熱處理。

    核心在造粒和石墨化,炭化一般適用于對快充有需求的產品。

    造粒:石墨顆粒的大小、分布和形貌影響著負極多個性能指標。顆粒越小,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,生產核心在于合理的粒度分布。

    石墨化:核心在于裝料方式、通電曲線的控制(升溫和降溫)。

    視角2—成本結構:石墨化和焦類占比較大

    從人造石墨負極成本構成看,占比最大的是石墨化(42%),其 次是焦類(14%)。早年行業體量較小,負極企業產能不足,將石墨化和部分粉碎、 造粒工序外協,又粗形成了加工費,加工費合計占比在50%左右。

    3.2 工藝know-how

    石墨化的持續降本:

    1)電費在成本占比達60%,低電價區域擴建石墨化產線,搶占稀缺資源。

    石墨化是傳統炭素行業的一種高耗能的成熟工藝,電費成本占比在60%,電價對石墨化成本影響顯著。如璞泰來的山東興豐2020年 Q1石墨化成本為1.13萬元/噸(電價在0.6元/度),而內蒙興豐為0.78萬元/噸(電價在0.3元/度)。

    低電價區域屬于稀缺資源,政策上對高耗能項目的審批趨嚴,早期進行擴產的企業有先發優勢。如內蒙發改委今年1月指出:在未來 要實行更加嚴格的高耗能項目節能審查政策(石墨化是典型的高耗能項目) ,并進一步提出不再審批鐵合金、電石、PVC、水泥熟 料、石墨電極材料、蘭炭等項目。

    2)裝爐方式分為坩堝和箱體,具體選用體現know-how

    廂式爐工藝單位能耗較坩堝大幅降低,理論上成本更低,但具體生產中哪種成本更低體現各家know-how。廂式爐單爐較坩堝爐有 效容積成倍增加,而總耗電量僅增加約10%,產品單位耗電量降低40%-50%左右。廂式爐理論上成本更低,但受熱均勻性低于坩 堝,因此對石墨化工藝掌握程度及技術優化水平要求較高,廂板拼接過程精度較高,裝料吸料操作難度加大,加熱過程需更加精確 地控制送電曲線及溫度測量,控制不好材料容易出現受熱不均。

    4 重點企業分析

    4.1 璞泰來:一體化產能釋放帶來生產效率的提升,實現降本,動力市場拓份額

    公司17-18年布局石墨化,19年布局針狀焦,自建炭化產線,21年全工序一體化在四川開花結果。一體化優勢來自于以下兩點:

    延長產業鏈利潤鏈條。工序上,我們預計公司石墨化盈利約在0.3萬元/噸,其他工序在0.1萬元。原材料上,我們判斷公司以前 多用熟焦,現多用生焦自行加工成熟焦(熟焦和生焦的差價約在5000元/噸)。

    提高生產效率。一體化前,我們認為公司負極制備流程是江西(前端工序)-內蒙(石墨化)-溧陽(炭化)-四川(中歐班列), 一體化后預計運輸費用可節省0.1萬元/噸。

    公司在石墨化和焦類的know-how的積累如下:

    石墨化:公司同時擁有坩堝爐和箱體爐裝爐工藝,可根據產品需求選擇其一。公司20年對部分爐子進行技改,但并未針對所有產 線,山東興豐36個窯爐27個改為廂式爐工藝,內蒙56個窯爐28個改為廂式爐工藝,以便公司后續針對不同產品采用不同的裝爐 工藝。

    針狀焦:公司四大核心技術之一便是“原材料甄選技術”。在豐富的材料實驗數據和電池的性能數據的積累下,形成以針狀焦為 主、普通石油焦為輔、瀝青焦補充的原材料甄選原則。

    4.2 中國寶安-貝特瑞:負極看好石墨化新技術+硅基負極

    看好貝特瑞負極領域技術持續迭代:

    石墨化:公司成功引進石墨化新技術,技術降本初見成效。我們推測公司石墨化新技術為連續式石墨化,理論電耗僅為間歇式 爐的13-16%,考慮到運行周期較長,我們預計連續式石墨化熟練產業化后,石墨化成本可降為目前間歇式艾奇遜爐的一半。

    硅基負極:公司同時擁有硅氧、硅碳兩種技術路線,現有產能3000噸。硅基負極尚處于發展初期,預計可為公司帶來高毛利。
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