鋰離子電池是一種二次電池，主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)工作。在充放電過程中，Li+ 在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌，充電時(shí)Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)，放電時(shí)則相反。鋰離子電池由于其工作電壓高、能量密度大、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、汽車等領(lǐng)域。
鋰電池工作原理
負(fù)極材料占鋰電池材料成本比重約10%。鋰電池主要由正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液等組成，由于材料類別不同或價(jià)格變化，分別占材料成本比重為40-46%/ 5-15%/5-11%/10-14%。
2016年鋰電池材料成本占比
2017年12月LFP/NCM523電池材料成本構(gòu)成
負(fù)極材料主要分為碳材和非碳材兩類。鋰電池負(fù)極是由活性物質(zhì)、粘結(jié)劑和添加劑制成糊狀膠合劑后，涂抹在銅箔兩側(cè)，經(jīng)過干燥、滾壓制得，根據(jù)活性物質(zhì)的不同可分為碳材料和非碳材料兩類。（1）碳材料中的石墨類為鋰離子電池主要負(fù)極材料，具體可分為天然石墨和人造石墨兩種，人造石墨又可分為中間相炭微球和石墨化碳纖維；（2）非碳材料包括鈦基材料、硅基材料等。
負(fù)極材料分類
石墨類是較早應(yīng)用的負(fù)極材料，與其他碳材料相比，其導(dǎo)電性、結(jié)晶度更高，良好的層狀結(jié)構(gòu)和充放電電壓也十分適合正極材料的脫/嵌運(yùn)動(dòng)，且目前工藝成熟、成本較低，是較為理想的負(fù)極材料。
鈦酸鋰作為鈦基材料的代表，具有高熱穩(wěn)定性，是一種安全性能優(yōu)異的負(fù)極材料，但是其能量密度低、價(jià)格高等問題限制了它的發(fā)展。硅基材料具有極高的比容量，被認(rèn)為是最有潛力的新一代高容量鋰離子電池負(fù)極材料。
負(fù)極材料性能對(duì)比
天然石墨是從天然石墨礦石中提純得到，是成本最低的一種負(fù)極材料，比容量較高，但其充放電循環(huán)性能不佳，首次效率一般只能達(dá)到90%，主要應(yīng)用于消費(fèi)類電池領(lǐng)域。
人造石墨是易石墨化碳(石油焦、針狀焦)經(jīng)過高溫處理后生成的石墨產(chǎn)品。雖然其工藝流程較為復(fù)雜、成本相對(duì)較高、能量密度也略低于天然石墨，但是其循環(huán)性能、大倍率充放電效率、與電解液的相容性、容量區(qū)間均優(yōu)于天然石墨，現(xiàn)已成為動(dòng)力電池和中高端消費(fèi)電池的主流負(fù)極材料。
天然石墨與人造石墨對(duì)比
隨著動(dòng)力電池和高端消費(fèi)電池的發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)電池性能的要求不斷提高，人造石墨因其優(yōu)異性能逐步成為主流負(fù)極材料。根據(jù)旺鈷鋰材的數(shù)據(jù)，人造石墨的產(chǎn)量占比已從2013年的39.7%持續(xù)增長至2016年的68.9%， 并有望持續(xù)增長。
2013-2016負(fù)極材料產(chǎn)量（萬噸）
隨著新能源汽車的快速成長，交通用動(dòng)力電池已成為主要需求來源。2014年起，我國新能源汽車行業(yè)進(jìn)入發(fā)展快車道，2014年新能源汽車銷量7.5萬輛（+323.8%），2015年銷量33.1萬輛（+342.9%），2016 年銷量50.7萬輛（+53.1%），2017年銷量77.7萬輛（+53.3%）。交通市場(chǎng)鋰電規(guī)模隨之逐漸增大，從2015年的16.0GWh增長至2017年35GWh，占比從15.63%增長至50.67%。
2015-2020年中國鋰電池需求（GWh）
2015-2020年國內(nèi)鋰電池需求結(jié)構(gòu)分布
2010-2017年新能源汽車銷量（萬輛）
從各體系材料方面看，2017年總量增長最大的為人造石墨，總體產(chǎn)量達(dá)10.4萬噸，同比增長30%，同時(shí)總體占比高達(dá)69.8%，其主要增長帶動(dòng)因素有：
1） 目前新能源汽車動(dòng)力電池負(fù)極材料使用人造石墨占比高達(dá)90%以上，因此大幅拉動(dòng)其需求量上升；
2） 大企業(yè)出口量不斷上升，主要代表企業(yè)如：江西紫宸；
3） 高端數(shù)碼占比不斷提高，同時(shí)其要求鋰電池大倍率充放電、循環(huán)性能、安全性能方面的要求逐步提高，因此市場(chǎng)人造石墨替代天然。
2013-2017年中國負(fù)極材料產(chǎn)量分析（萬噸）
數(shù)據(jù)來源：起點(diǎn)研究院（SPIR）
注：其他包含：鈦酸鋰、硅基材料、中間相(MCMB)、軟碳等
2013-2017年中國負(fù)極材料市場(chǎng)規(guī)模分析
數(shù)據(jù)來源：起點(diǎn)研究院（SPIR）
從企業(yè)方面看，2017年中國前五負(fù)極材料企業(yè)市場(chǎng)占比高達(dá)76%，行業(yè)集中度再次提升，其中前三企業(yè)地位相對(duì)穩(wěn)固，在占比方面各自相差較小，同比均有較大幅度增長。而其他企業(yè)方面增長有限，主要受今年上游針狀焦原材料價(jià)格上漲，企業(yè)資金壓力大，同時(shí)環(huán)保嚴(yán)查，導(dǎo)致國內(nèi)眾多石墨化工廠被查封，因此一些沒有自己石墨化工廠的企業(yè)在產(chǎn)出環(huán)節(jié)受阻。
SPIR預(yù)計(jì)，2018年負(fù)極材料市場(chǎng)前三名企業(yè)市場(chǎng)份額占比會(huì)逐步分散，總體上各自企業(yè)之間占比差距逐步拉小，但在短期內(nèi)前五乃至前十的市場(chǎng)集中度仍然將保持較高份額。
2017年中國鋰電負(fù)極材料市場(chǎng)競(jìng)爭格局
從價(jià)格方面看，2017負(fù)極人造石墨均價(jià)格同比2016年略上漲，漲幅約2~5%，主要受上游針狀焦價(jià)格大幅上漲及石墨化價(jià)格提升影響，其中針狀焦價(jià)格漲幅超過400%，因此拉動(dòng)了人造石墨價(jià)格上升。而其他負(fù)極方面，價(jià)格全年基本保持穩(wěn)定，總體波動(dòng)不大。
SPIR預(yù)計(jì)，未來人造石墨價(jià)格仍會(huì)有小幅度下滑，主要原因有：
1）現(xiàn)國內(nèi)一線人造負(fù)極材料企業(yè)紛紛開始布局上游石墨化及針狀焦領(lǐng)域，在成本控制方面強(qiáng)；
2）二線企業(yè)不斷擴(kuò)張自身產(chǎn)能及提升產(chǎn)品技術(shù)，未來隨著動(dòng)力電池不斷增長拉動(dòng)，市場(chǎng)競(jìng)爭將越演越激烈，價(jià)格戰(zhàn)必不可免；
3）硅基材料逐步成熟，同時(shí)其價(jià)格開始逐步下滑，未來在高端數(shù)碼和動(dòng)力方面將替代部分高端人造石墨市場(chǎng)。
2017年各季度負(fù)極材料及針狀焦均價(jià)走勢(shì)分析（萬元/噸）
數(shù)據(jù)來源：起點(diǎn)研究院（SPIR）
新能源汽車的發(fā)展對(duì)動(dòng)力電池的比能量不斷提出更高的要求，工信部等四部委發(fā)布的《促進(jìn)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)方案》中提出，到2020年， 新型鋰離子動(dòng)力電池單體比能量超300Wh/公斤，系統(tǒng)比能量達(dá)260Wh/公斤；到2025年，單體比能量達(dá)500Wh/公斤。傳統(tǒng)石墨很難達(dá)到這一要求， 而硅碳復(fù)合材料的超高理論能量密度可以顯著提升單體比容量，有望成為未來主流負(fù)極材料。
硅碳負(fù)極的優(yōu)勢(shì)
硅與碳的相似化學(xué)性質(zhì)為其結(jié)合提供了理論依據(jù)，但不同的結(jié)合方式也對(duì)復(fù)合材料的性能起著重大影響。硅碳復(fù)合材料主要分為三種結(jié)構(gòu)：包覆型、嵌入性、摻雜型。包覆型的表面碳層主要為無定型碳，嵌入型碳基質(zhì)主要為無定型碳、石墨和石墨烯等，目前摻雜型硅碳復(fù)合材料為研究熱點(diǎn)。
硅碳復(fù)合材料分類
國外企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)硅碳負(fù)極材料量產(chǎn)，松下2013 年量產(chǎn)的NCR18650C 型號(hào)電池即采用硅碳負(fù)極材料；日本GS湯淺推出的硅基負(fù)極材料鋰電池也已應(yīng)用于三菱汽車；特斯拉推出的Model3 成功應(yīng)用硅碳負(fù)極材料，實(shí)現(xiàn)300Wh/kg 比能量，更加明確了硅碳負(fù)極的未來地位。
目前主流負(fù)極廠商已擴(kuò)大硅碳負(fù)極投入，新進(jìn)入者也開始布局硅碳負(fù)極，新增產(chǎn)能2017 年底開始陸續(xù)投產(chǎn)。提前布局硅碳負(fù)極、擁有技術(shù)優(yōu)勢(shì)、更快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)，將有望改變負(fù)極產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)有格局。
國內(nèi)前十負(fù)極材料企業(yè)，自2016年開始均大面積擴(kuò)張人造石墨，其產(chǎn)能將在2018年開始大規(guī)模釋放，這將進(jìn)一步拉大人造與天然差距。同時(shí)由于人造石墨在動(dòng)力電池循環(huán)性能、穩(wěn)定性能方面均比天然石墨好，因此動(dòng)力電池市場(chǎng)對(duì)人造石墨需求仍將會(huì)持續(xù)增加。
目前我國硅基負(fù)極材料實(shí)際產(chǎn)量已突破千噸級(jí)別，相比2016年以前的百噸級(jí)別已上升近十倍差距，未來隨著技術(shù)的不斷成熟，現(xiàn)產(chǎn)品已經(jīng)在數(shù)碼圓柱領(lǐng)域得到很好應(yīng)用，到2018年開始將會(huì)有超過千噸級(jí)別應(yīng)用于動(dòng)力電池領(lǐng)域，預(yù)計(jì)到2020年全國產(chǎn)量有望突破萬噸級(jí)別。
隨著我國負(fù)極材料的市場(chǎng)集中度進(jìn)一步提高，針狀焦、石墨化及負(fù)極材料產(chǎn)能持續(xù)擴(kuò)張，生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，規(guī)模效應(yīng)帶動(dòng)生產(chǎn)成本下降，從而帶動(dòng)人造負(fù)極材料價(jià)格持續(xù)下行。
2016-2017年負(fù)極材料上游針狀焦和石墨化加工，受市場(chǎng)供需及環(huán)保等價(jià)格大幅上漲，綜合上漲超過200%。面對(duì)成本壓力眾多企業(yè)開啟了選擇性的生產(chǎn)，針對(duì)大客戶和賬期較好的客戶供應(yīng)。
隨著國家對(duì)環(huán)保政策的持續(xù)推進(jìn)，一些中小型石墨化工廠面臨整改或者被查封，市場(chǎng)石墨化價(jià)格也隨著提高，但面對(duì)目前動(dòng)力電池價(jià)格節(jié)節(jié)下滑，電池企業(yè)價(jià)格傳導(dǎo)效應(yīng)加快，企業(yè)要求每年不斷下降材料價(jià)格，在此背景下，目前眾多大型負(fù)極材料企業(yè)開始布局上游針狀焦領(lǐng)域，和自己建立石墨化工廠。
來源：鋰電池news 、鋰電大數(shù)據(jù)
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