钜大LARGE | 点击量：121次 | 2024年08月05日
锂电池产业的大舞台：负极材料
锂电池的负极是由负极活性物质碳材料或非碳材料、粘合剂和添加剂混合制成糊状胶合剂均匀涂抹在铜箔两侧，经干燥、滚压而成。
负极材料是决定锂电池性能的关键因素之一，把握着动力锂电池安全性命脉。目前商业化锂电池采用的负极材料重要包括：①石墨类碳材料，分为天然石墨、人造石墨；②无序碳材料，包括硬碳、软碳等；③钛酸锂材料；④硅基材料，重要分为碳包覆氧化亚硅复合材料、纳米硅碳复合材料、无定形硅合金。
根据高工产研锂电研究所调研数据显示，2017年，我国锂电池负极材料产量14.6万吨，相比去年上升23.7%。此外，我国负极市场产值同比上升28.5%，达83亿元，增速高于同期产量增速，其重要原因是针状焦价格上涨和石墨化加工费用上调。
在锂电池负极材料中，除石墨化中间相碳微球(MCMB)、无定形碳、硅或锡类占据小部分市场份额外，天然石墨和人造石墨占据着90%以上的负极材料市场份额。天然石墨具有储量较大、成本低、配套生产技术及设备成熟、安全无毒等优点，其初始库伦效率低、倍率性能不好等缺点可以通过颗粒球形化、表面包覆技术来解决，基本能够满足消费类电子对小型电池性能的要求。人造石墨和天然石墨相比除具有相似优点外，其石墨晶粒较小，石墨化程度稍低，结晶取向度偏小，所以在倍率性能以及体积膨胀、防止电极反弹方面优于天然石墨。
2017年，人造石墨出货量上升强势，达到10.2万吨，同比上升30%，在所有负极材料出货量占比近70%，其次为天然石墨，占比25%。其重要原因是新能源汽车动力锂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；此外，高端数码产品占比不断提高，关于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，因此市场使用人造石墨替代天然石墨。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
石墨类负极材料独占鳌头的同时，钛酸锂材料和硅基材料等新材料也在不断发展，被认为是未来锂电池负极材料发展的重要方向。国内近年来开发的硅基材料基本能达到高比容量、高功率特性和长循环寿命的要求，但产业化还须突破工艺、成本和环境方面的制约。
锂电负极材料市场概况
全球来看，负极材料行业重要集中在日本和我国，两国的全球市场占有率合计达到95%以上，具有集中程度高，产品替代风险小的特点。日本的日立化成和我国的贝特瑞为两国龙头公司，两家公司全球市场占有率接近50%(2015年)。贝特瑞客户群体包括三星、LG、松下、比亚迪、天津力神、合肥国轩、光宇电源等众多国内外知名公司，产品也应用于电子产品和动力锂电池等多系列产品。随着消费类电子产品市场增速放缓，天然石墨和人造石墨市场规模上升将会逐步放缓，但是其中高倍率和高容量产品的比重将会逐步提升。
此外，锂电池负极材料呈现多样性，硅-碳(Si-C)复合材料成为新趋势。随着技术进步，目前锂电池负极材料已经从单一人造石墨发展到天然石墨、中间相碳微球、人造石墨为主，软碳、硬碳、无定形碳、钛酸锂、硅碳合金等多种负极材料共存的局面。天然石墨负极材料技术进步较大，可逆容量达360mAh/g以上，并在消费型锂电池中获得广泛应用。预计在未来小型电池中，高容量电池仍将以天然石墨为主；人造石墨负极材料当前应用非常广泛，其优点是长寿命，而缺点是容量相对较低，目前人造石墨技术改进使得人造石墨可逆容量达350mAh/g。人造石墨和天然石墨复合作为锂电池负极材料也已被许多电池厂商所认可。在消费类电子产品方面，要提高电池能量密度，以硅-碳(Si-C)复合材料为代表的新型高容量负极材料是未来发展趋势，在动力锂电池方面，钛酸锂材料是新发展方向。目前，钛酸锂、硅基材料等非碳材料年出货量占比不到1%(2016年)，随着制作工艺及改性处理工艺的不断发展，这些具有更大潜力的非碳负极材料将会逐步得到更为广泛的应用。
国内重要负极材料供应商
2018年上半年，面对激烈的市场竞争、上游原材料价格大幅波动以及下游电芯行业的优胜劣汰，杉杉股份(600884)锂电池材料业务实现了经营业绩的稳健上升。根据2018年上半年半年报显示，杉杉股份主营业务收入33.48亿元，同比上升15%。其中，负极材料销售量14650吨，营收7.76亿元，同比上升11.56%。
近年来，杉杉股份致力于打造正负极材料巨无霸，其在负极材料业务也不断加码。2017年八月，杉杉股份下属控股子公司宁波杉杉新材料科技有限公司拟投资38.07亿元，在包头投资建设负极一体化基地项目。该项目规划建设年产10万吨锂电池负极材料一体化基地，涵盖从原材料加工、生料加工、石墨化、碳化到成品加工，集五大工序于一体的负极材料生产线，重要生产以低成本为绝对核心竞争力的大宗动力锂电池和储能电池负极材料产品。同年十月，杉杉股份控股子公司甬源投资以自筹资金9.3亿元对宁波杉杉新材料进行增资，以提升其盈利能力，其中，宁波杉杉新材料为公司负极材料业务重要经营平台。
差别于杉杉股份成为全球锂电池正负极材料巨无霸的雄心壮志，贝特瑞(835185)扎根于锂电材料行业18年，在2006年已是国内负极材料最大供应商，2010年负极材料出货量超过日本，成为世界第一。2017年，公司的硅碳负极材料实现了我国出口的零突破。目前，公司构建了从矿石到成品的负极材料完整产业链，全球负极材料市场占有率达到25%，是锂电池负极材料国家标准重要起草单位。
公司负极材料产品具备国际领先水平，运用独特整形分级、机械改性(利用机械能诱发化学反应，诱导材料组织、结构、性能变化)、热化学提纯技术，将普通鳞片石墨加工成球形石墨，纯度提高到99.95%以上，最高可达99.9995%，并通过机械融合、化学改性(通过化学反应改变聚合物的物理、化学性质)等先进表面改性技术，研制、生产高端负极材料，其首次放电容量达360mAh/g，首次效率大于95%(电池在首次充放电过程中，负极会消耗一部分来自正极的锂离子，电池实际容量比理论容量相应减少)，压实比达1.7g/cm3，循环500次容量保持在88%以上。
伴随着2017年以来针状焦价格上涨，掌握其锂电池原材料公司也对有意进军负极材料行业。2017年八月，方大炭素(600516)公布通告称，公司拟新增锂电池负极材料的研制，以将产业链进一步向下游延伸。据悉，方大炭素拥有针状焦产量6万吨，若发展负极材料业务，在原材料环节将有显著优势。
另一个进入负极材料的上市公司为硅宝科技(300019)，该公司主营业务为有机硅密封胶，2017年十二月二十六日，硅宝科技通告称，由硅宝科技牵头承担成都市科学技术局产业集群协同创新项目中的高安全、高比能动力锂电池关键材料项目获批立项。该项目针对新能源汽车用动力锂电池的重要应用需求，解决安全性差和比能量低两个重大难题，本项目研发的锂电池负极所用的材料就是硅碳负极材料，该项目的其中一个目标就是将其产业化。
目前来看，从负极材料公司产量加码以及新玩家的不断加入来看，产业资本关于负极材料市场仍寄予厚望，在高价原料的支撑下，以及对动力锂电池市场产量爆发的预期下，负极材料产量会有一个明显的上升，但其价格很难出现较大幅下跌。
小结
随着消费电子类产品更新换代、新能源汽车产业的蓬勃发展、智能电网的迅速推广以及其它技术领域关于高性能电池的旺盛需求，锂电池行业还将持续高速发展。这为锂电池负极材料产业的发展供应了很大的机遇，但同时也提出更高的要求。
目前，人造石墨和改性天然石墨负极材料还可以继续在新兴领域获得应用，但性能提升的幅度不大，技术成熟度很高，生产公司较多，利润率较低。在电化学性能方面，其它负极材料还存在着不同程度的不足，例如硅基材料首周效率、循环性能等仍有待提高，体积膨胀问题也要解决。同时，新材料的产业化程度和配套技术成熟度和石墨类碳材料相比还有一定距离。在未来几年，整个锂电池负极材料的市场需求量将继续上升，石墨类碳材料仍将独占鳌头。
