鳞片石墨、微粉石墨、球形石墨、超细粉石墨
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起初,索尼的锂电池,负极用的也是石油焦,但和现在的人造石墨负极不一样,是没有经过石墨化等改性处理的石油焦,结构不规整、比容量很低,很快就被一种叫做中间相碳微球(MCMB)的碳材料所取代。
1999年,上市公司杉杉股份与鞍山热能研究院合资成立“上海杉杉科技有限公司”,鞍山热能院以无形资产(中间相碳微球技术)出资,占股25%。
2008年,天津铁城被贝特瑞收购,后更名为天津贝特瑞,至此国内另一家负极巨头贝特瑞也掌握了中间相碳微球的生产技术。和中间相碳微球一样,这两种石墨负极材料也是日本率先发明并实现产业化的,人造石墨负极的领先公司是日本的日立化成公司和JFE化学公司,改性天然石墨负极则是三菱化学公司主导。
而日本的企业,无一例外,负极只是它们的副业,收入和利润占比都微乎其微。之所以它们会发展负极业务,是因为负极和它们的主业有千丝万缕的联系,所以从主业自然而然的派生出来了负极业务。
从2002年到2012年的十年间,杉杉是人造石墨龙头、贝特瑞是天然石墨龙头的格局从未发生过改变。但是从2012年开始,一家新公司-江西紫宸的成立开始威胁到了杉杉的人造石墨龙头地位,事实上到2017年,紫宸的收入规模和杉杉已经不相上下,都是15亿元,但是利润是杉杉的5倍(3.8亿元对7000余万元),从利润规模来看,人造石墨负极龙头的位置已经易主了。
▌负极的产业链
天然石墨源自矿山,人造石墨源于煤和石油化工副产物,天然石墨的最上游是石墨矿石,分布在黑龙江、山东等地区;石墨矿石经过浮选后得到鳞片石墨(此外还有一种微晶石墨)。浮选工艺包括原矿破碎、湿法粗磨、粗选、粗精矿再磨再选、精选、脱水干燥、分级包装等步骤。球形石墨的杂质含量高,微晶尺寸大,结构不可改变,用于LIB负极时必须进行改性处理,目的是为了缓解炭电极表面的不均匀反应,以使得电极表面的SEI成膜反应能够均匀的进行,得到质量好的SEI膜。虽然我国天然鳞片石墨的年产量和年出口量都很大,但是负极材料对鳞片石墨有特殊的要求,如粒度需要是-100目(表示颗粒粗细的指标)、纯度高、结晶要好比重要大、铁含量要少,考虑到这些要求,球形化的原料基本就只能选择黑龙江萝北、黑龙江鸡西以及青岛莱西这几个产地的鳞片石墨了。
还需要知道,负极只是天然石墨一个小小的应用领域,用量不超过5%;天然石墨的用途非常广,包括冶金用的耐火材料、涂料、铅笔、军工、密封材料、导电材料等等,涵盖很多行业。
煤系和石油系针状焦的原料是煤化工和石油化工的副产物:煤系针状焦的原材料是煤焦油沥青,它是煤焦油蒸馏之后剩下的残留物,除了生产针状焦外,还可用于铺路、生产防水层和油毡以及粘结剂等;石油系针状焦的原材料是减压渣油,它是炼油厂减压塔底抽出的残渣。此外还有另一种价格更为便宜、产量也大得多的石油焦(原料也是渣油,但形态不是针状而是海绵状,也可称为海绵焦),人造石墨负极在石油焦用量中的占比非常低,石油焦绝大部分是用于电解铝,少部分用于水泥厂、发电厂的工业燃料。
消费电池和韩国动力走天然路线,国内动力和松下以人造为主从结构来看,2005年时,用量最大的还是中间相碳微球。到了2011、2012年,中间相碳微球逐渐式微,占比仅剩10%左右,天然石墨成为当时最主流的负极品类,占比达60%。五年之后,到了2017年,天然和人造之间发生了逆转,占60%的变成了人造石墨,天然石墨的用量则变化不大。那么在这五年间发生了什么,让人造石墨后来居上。索尼和ATL则是以软包电池为主。圆柱电池的特点是钢壳封装,即使负极发生了膨胀,也顶不破钢壳,因此喜欢价格便宜的天然石墨;再来看12年和17年,主要动力电池大厂的采购比例,我们列出4家企业:三星、LG、AESC和比亚迪:(松下的动力和消费是合并统计的,因为用的都是18650圆柱电池)和消费不同,日韩的动力大厂,除了松下外,全部是以天然石墨为主的。五年前是这样,五年后还是这样,只有LG开始采购一部分日立化成的人造石墨,三星和AESC还是100%的天然石墨。
综上,日韩消费和动力大厂,人造石墨采购比例确实有提升,但是幅度并不大,那么为什么从2011年至今,人造石墨的渗透率大幅度提升了呢?答案在国内的动力市场,2012年时,B3统计数据中的“其他”项只有1000多吨,而到2017年,这一数字爆发式增长到6万吨,我们估计这6万吨中大部分都是国内的汽车动力电池贡献的,且这6万吨中80%以上都是人造石墨,这也带动了国内负极企业的崛起。
我们认为未来的消费和动力电池市场,人造石墨的渗透率都将提升:动力市场方面,由于人造石墨在长循环寿命和快速充放电两方面的优势,预计日韩动力电池企业也将从天然石墨逐渐转向人造石墨。例如,LG化学在其下一代ZOE中,将人造石墨的用量提高到了50%,即选用了人造石墨和天然石墨各占一半的复合石墨。
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