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我国锂电负极材料产量全球市占率进一步提升,未来产能或将出现结构性过剩

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1月15日,广东宏宇集团子公司兰州宏彬新能源发展有限公司20万吨/年负极材料项目石墨化炉送电仪式在兰州新区顺利举行,标志着该项目正式投产。项目总投资53亿元,整体投产后可实现年产20万吨石墨化材料及20万吨负极材料。


项目是填补甘肃省乃甚至西北地区电池负极材料产业领域空白的重点项目,能够有力推动兰州新区新能源产业的发展,对加快推进西部地区新能源产业发展、推动区域经济转型升级具有重要意义。


01


锂电池负极材料是什么?


负极材料,是电池在充电过程中,锂离子和电子的载体,起着能量的储存与释放的作用。它是决定锂离子电池性能的关键因素之一,把握着动力电池安全性命脉。



较为理想的负极材料最少要具备以下7点条件


1、 化学电位较低,与正极材料形成较大的电势差,从而得到高功率电池;


2、 应具备较高的循环比容量;


3、 在负极材料中Li+应该容易嵌入和脱出,具有较高的库伦效率,以至于在Li+脱嵌过程中可以有较稳定的充放电电压;


4、 有良好的电子电导率和离子电导率;


5、 有良好的稳定性,对电解质有一定的兼容性;


7、 对于材料的来源应该资源丰富,价格低廉,制造工艺简单;安全、绿色无污染。


符合以上各个条件的负极材料目前基本不存在,因此研究能量密度高,安全性能好,价格便宜,材料易得的新型负极材料成为当务之急。


02


不同类型负极材料各具优势


作为锂电池的四大关键材料(正极、负极、电解液和隔膜)之一,负极材料在锂电池中作为锂离子和电子的载体,起着能量的储存与释放的重要作用,直接影响着锂电池的能量密度、循环寿命、安全性、快充能力等性能,在锂电池成本的占比为5%~15%。


负极材料可分为碳系和非碳系负极材料两大类:碳系负极材料包括石墨、硬碳、软碳和石墨烯等,其中,石墨材料可进一步分为天然石墨、人造石墨和中间相碳微球;非碳系负极材料包括钛基材料、硅基材料、锡基材料、氮化物等。



目前,天然石墨和人造石墨占据着90%以上的负极材料市场份额。相较于其他材料,人造石墨循环性能好、安全性占优且工艺成熟、原材料易获取,成本较低,是非常理想的选择。石墨负极最核心的问题,则是石墨负极材料能量密度的理论上限为372mAh/g,而行业头部公司的产品已可实现365mAh/g的能量密度,逼近理论极限,未来的提升空间极为有限,急需寻找下一代替代品。


在新一代负极材料中,硅基负极是热门选手。其具有极高的能量密度,理论容量比可达4200mAh/g,远超石墨类材料。尤其随着特斯拉4680大圆柱电池的量产,加速了硅基负极的商业化应用,预计2023年硅基负极材料会有规模级产能释放。但作为负极材料,硅也有严重缺陷,锂离子嵌入会导致严重的体积膨胀,破坏电池结构,造成电池容量快速下降。


目前通行的解决方案之一是使用硅碳复合材料,硅颗粒作为活性物质,提供储锂容量,碳颗粒则用来缓冲充放电过程中负极的体积变化,并改善材料的导电性,同时避免硅颗粒在充放电循环中发生团聚。


基于此,硅碳负极材料被认为是前景最佳的技术路线,逐渐获得产业链内企业的关注。不过与石墨负极相比,硅碳负极除了加工技术仍不成熟外,较高的成本也是障碍。当前的硅碳负极材料市场价格超过15万元/吨,是高端人造石墨负极材料的两倍。未来量产后,电池制造商也会面临与正极材料相似的成本控制问题。


03


负极材料核心关注指标及技术演变


负极材料对锂电池的容量、能量密度、充电效率、循环寿命、安全性等核心指标均产生直接影响。天然石墨和人造石墨成本较低、生产技术和配套设施完善、石墨类材料稳定性较高,占据负极市场主导地位。但由于天然石墨和人造石墨克容量已应用至材料理论极限,因此以硅基负极为主的高容量新型负极材料正成为主要的研究和发展方向。


克容量指每克负极活性物质所能释放出的电量,这一指标决定了电池整体的比容量和能量密度。硅基负极理论比容量可达4200毫安时每克,使其成为高能量密度锂电池负极材料的最佳之选。


首次效率是指电池首次充放电过程中,放电容量与充电容量的百分比。首次效率越低则代表首次充电时会形成固体电解质(SEI)膜并消耗大量来自正极材料的活性锂,降低电池容量。钛酸锂对锂电位为1.5V,首次充电不形成SEI膜,是当下首次效率最高的负极材料。


循环寿命和安全性是需求端关注的重要指标。钛酸锂在电池循环过程中不会析锂,材料稳定性强,在循环寿命和安全性表现突出。快充性能和倍率性能主要指锂离子快速从正极嵌入和脱嵌并不产生锂离子沉积的能力,也决定了电池的充电速率和低温下的性能表现。


负极材料在5-10年的技术路线变化为天然石墨-人造石墨-硅碳负极(钠离子为硬碳),材料体系变化不大,且迭代稳步推进; 固态电池(10年后)会导致负极中锂含量提升,与现有材料体系有较大的差别,因而存在远期产品形态的变革。


04


竞争格局相对稳定,


未来两年应谨慎入局


从全球竞争格局来看,中国锂电池负极生产企业的市场份额较高,在全球锂电供应链具有强势地位。根据高工锂电统计数据,中国锂电池负极材料出货量占全球市场份额的比重达70%以上,其余主要为日本、韩国等国家。国内锂电池负极材料的主要供应商有贝特瑞、杉杉股份、璞泰来、凯金能源、中科电气、翔丰华、尚太科技等,头部公司凭借产品、客户、产能和成本等优势在行业发展中占据优势地位,目前已形成较稳定的“三大四小”竞争格局。其中,贝特瑞、杉杉股份、江西紫宸等负极龙头企业一直位列第一梯队,牢牢占据行业前三位置,中科电气、凯金能源、尚太科技、翔丰华以性价比优势与电池厂家深度绑定,市场占有率较高,位列第二梯队。目前来看,负极材料环节尚未走出绝对头部企业,“三大”企业间无绝对差距,“四小”市占相近。国外锂电池负极材料的主要供应商有日立化成、三菱化学及韩 国浦项化学等。


据鑫椤资讯统计,2022年全球负极材料产量146.8万吨,同比增长67.3%。我国负极材料产量全球市占率进一步提升,从2021年的92%上升至96%。受制于生产能耗高及国内技术密集的特点,海外扩产速度远慢于国内,预计未来国内企业市场占有率会持续攀升,中国企业优势明显。


2022年我国负极材料企业产量统计


在双碳背景下,动力电池和储能电池装机量持续高速增长,对负极材料的需求强劲。负极材料厂商基于现有客户扩产及市场增长预期,纷纷进行增资扩产。据不完全统计,2022年以来,全国负极材料基地产能规划项目共132个。其中,华东地区 20 个,华北地区23个,华中地区16个,华南地区5个,西南地区 42个,东北地区8个,西北地区18个。据相关统计,截至2022年国内已经公布的负极材料规划产能累计已经超过1000万吨,2023年市场竞争将愈发激烈。


从2020—2022年负极材料拟新增产能区域分布来看,西南、华北、华东地区产能比较集中,占比超70%。其中,拟新建产能规模排在前五的省份是四川、山东、云南、湖北、山西,合计近400万吨/年,主要原因有:一是电价便宜,电力供应稳定;二是靠近上游原材料产地与石墨化产能集中地区;三是靠近下游电池厂,可就近为电池企业客户提供配套。


由于2022年以前整个负极材料行业对市场前景预期较为乐观,为抢占市场份额,企业产能规划超前,此前大规模拟新建的产能建设将会集中在2023—2024年释放,负极材料市场的产能将会出现结构性过剩(头部企业产能利用率高,三线以下企业产能利用率不足30%),届时市场新增产能会逐渐减少。考虑到负极材料属于高能耗行业,项目能评与环评审批难,此阶段进入负极材料赛道的企业需更为谨慎。


来源: 中国化工信息周刊, 耀隆新材料,把握节奏感

注:文章内的所有配图皆为网络转载图片,侵权即删!

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