本文来源微信公众号“方德港美股”。
逻辑看点：
1、锂电四大材料负极格局最好
负极是锂电池的主要组成部分，目前主流应用为人造石墨负极和天然石墨负极。负极材料占动力电池材料成本约为6%，相对较低。由于技术突破和行业属性的影响，中国负极企业逐渐掌握了话语权，在全球中的占有率逐年提升，预计市占率未来将进一步提升至90%。相比于其他锂电材料，负极行业集中度较高，竞争格局最好。
2、人造石墨性能差异大，高端人造石墨工艺复杂
人造石墨负极的原材料被分为煤系、石油系以及煤和石油混合系三大类格，原材料的种类繁多导致了负极性能的差异。普通人造石墨加工需要经过四大工序，而高端石墨需要更多的工序，存在一定的技术壁垒。
3、看好负极一线龙头和二线海外供应
人造石墨负极主导高端消费和动力电池，国内动力以人造为主而海外动力仍以天然为主。随着新能源汽车发展对动力电池需求的加大和人造石墨负极渗透率的上升，人造石墨需求增速逐年提升。目前，主流的负极企业均已经和各大电芯龙头形成了绑定关系。
一、 四大材料，负极格局最好
1.1现有负极材料以石墨类碳材料为主
负极是锂电池的主要组成部分，它是由负极活性物质、粘合剂和添加剂混合制成糊状均匀涂抹在铜箔两侧，经干燥、滚压而成。我们所谈的负极材料主要指的是负极活性物质。
负极可分为碳材料和非碳材料两大类，碳材料包括人造石墨、天然石墨、中间相碳微球和硬碳软碳等，非碳材料包括硅基材料、锡基材料和钛酸锂等。
目前应用最广的负极材料仍然是天然石墨和人造石墨两大类(以天然石墨为基础和其他负极材料掺杂形成的复合石墨），硅基等合金类负极材料虽然已开始在特斯拉/松下动力电池上应用，但仍处于推广的初期，需求还比较有限。
中间相碳微球具备倍率性能优异的特点，但是制备工艺复杂、产率低、成本难以下降，发展也比较受限。硬碳和软碳在技术上还不够成熟。
动力电池对循环寿命和安全性要求高，人造石墨是动力电池主流应用方向。
1.2负极成本占比低，竞争格局最好 在动力电池的材料成本中，负极占比约为7%，下游企业对负极价格的敏感程度较低，更看重稳定的供货能力。 在四大材料中负极的竞争格局最好，2019年CR3和CR5分别为57%和79%，头部企业更加受益。其中天然石墨负极贝特瑞一家独大，人造石墨负极以江西紫宸、东莞凯金、宁波杉杉三家分得63%的市场份额。
1.3负极全球格局好，日本企业将逐渐式微 从全球竞争格局来看，海外目前的负极公司仅有日立化成、三菱化学等两家，而国内则有贝特瑞、杉杉、江西紫宸、凯金能源能多家公司，相比于电池、隔膜、正极材料等，石墨负极国内企业的市占率和出货量占比最高，预计未来国内企业市占率继续攀升到90%以上，原因是负极是高耗能以及技术密集型行业，中国企业会比较有优势。
二、 人造石墨负极工艺拆解 2.1锂离子电池介绍
锂离子电池由正负极、隔膜和电解液等组成，其中负极材料是影响锂离子电池容量、循环和倍率（快充）性能发挥的关键因素之一。锂离子电池作为一种充电电池，主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌。负极跟电解液、铜箔接触，充放电过程中体积会膨胀，并且会形成SEI膜，消化锂离子，并影响首次充放电效率和循环寿命。
2.2负极材料性能指标多
负极材料作为动力电池的四大材料之一，可以通过多种参数对其性能进行评价。如首次效率、振实密度、真密度、压实密度、面密度、比表面积、比容量等。负极材料的性能直接影响动力电池，其性能的优良相应的体现在动力电池的关键性能中，如循环寿命性能、膨胀变形问题和倍率性能。
2.3人造石墨四大工序 人造石墨是将原材料和粘结剂进行破碎、造粒、石墨化、筛分而制成。基本包含四大工序，包括破碎、造粒、石墨化和筛分，四大工序又细分成十几道工序，流程基本是一致的，但具体到每家企业、不同级别人造负极，其制备工艺又都会有一定的差异，如江西紫宸产品比较高端，在后段有碳化包覆。 人造石墨的四大工序中，破碎和筛分相对简单，体现负极行业技术门槛和企业生产水平的主要是造粒和石墨化两个环节。 而高端人造石墨，会多一些工序，例如二次造粒、碳化包覆、二次包覆、掺杂改性等。
2.4负极原材料种类多，不同原材料性能和价格差异性大 原材料：人造石墨的原材料分为煤系、石油系以及煤和石油混合系三大类。其中煤系针状焦、石油系针状焦以及石油焦应用最广。 不同的焦，如石油系针状焦和煤系针状焦、国产焦和进口焦等，价格差别较大，也是成本控制关键点。 一般来讲， 高比容量的负极采用针状焦作为原材料，普通比容量的负极采用价格更便宜的石油焦作为原料，不同原材料是决定人造石墨性能的重要因素，影响人造负极比容量、循环寿命、倍率性和压实密度等，如选用各向同性焦，能提高产品性能。目前行业趋势是选用国产焦等低成本焦，通过工艺控制提升性能，降低成本，降本保质。 差异性：不同公司所用原料焦差异较大，造成成本、产品价格和性能差异性也大。 其中江西紫宸总经理冯苏宁曾任职于鞍山热能研究院，而该研究院是国内煤系针状焦领域的领先单位，因此江西紫宸在原料焦选用上独具慧眼，为研发高端人造负极产品和参股针状焦企业打入坚实基础。
2.5石墨化是成本差异化最大的环节 石墨化：石墨化是利用热活化将热力学不稳定的碳原子实现由乱层结构向石墨晶体结构的有序转化，因此，在石墨化过程中，要使用高温热处理（HTT）对原子重排及结构转变提供能量。为了使难石墨化炭材料的石墨化度得到提高，也可以添加催化剂。 为了得到较好的石墨化效果，需要做好三个方面：
1、 掌握向炉中装入电阻料和物料的方法（有卧装、立装、错位和混合装炉等），并能根据电阻料性能的不同调整物料间的距离； 2、 针对石墨化炉容量和产品规格的不同，使用不同的通电曲线，控制石墨化过程中升降温的速率； 3、在特定情况下，在配料中添加催化剂，提高石墨化度，即“催化石墨化”。 差异性：不同品质的人造石墨，升降温速率、保温时间、催化剂等不一样，预计所用石墨化炉类型不同，导致性能和成本差别比较大。脱离前后端工序的石墨化，特别是升降温过程基本是程序化的，但石墨化时间长，设备投资大，因此较多委外处理，没技术外泄风险。
三、 人造石墨负极展望 人造石墨负极循环性能好，能量密度高，在高端消费电池领域和动力电池领域应用场景较好， 2016-2019年人造石墨负极在动力和消费电池中的渗透率逐年提升。随着新能源汽车行业的发展 和人造石墨在锂电池中渗透率的提升，预计2020-2022年人造石墨的全球需求增速将逐年提升。
3.1 韩国消费锂电厂家以天然石墨为主，中日厂家以人造石墨为主 对比17年和19年主要消费锂电大厂的供应链，五家大厂可以分为两个阵营，三星、LG都是以天然石墨为主的消费电芯厂，而索尼、松下和 ATL则是以人造石墨为主的，过去三年这一点没有发生变化，LG、索尼的人造/天然石墨采购比例基本没有变，三星、ATL均适度加大了人造石墨的采购比例，是因为随着紫宸率先导入二次造粒、包覆等工艺，膨胀系数、压实密度和容量，性能大幅好于天然石墨和传统工艺人造石墨，且大幅领先于竞争对手，包括日企，而消费电子特别是小软包电池对负极性能要求最高，因此率先大幅导入，并占领市场大部分份额。 松下由于特斯拉model3 所用21700圆柱负极中天然石墨占比高，因此其天然石墨占比在提升。还可以看到，进入消费电池海外供应链的，只有贝特瑞、杉杉股份和江西紫宸(璞泰来)。
3.2消费软包电池负极以人造石墨为主，圆柱电池以天然石墨为主 那么为什么三星、LG以天然石墨为主，而索尼和ATL则选择了人造石墨呢？这与其电池的封装类型有关，三星、LG的出货结构中，圆柱电池占绝对的主力；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；软包电池则是较软的铝塑膜封装，如果使用天然石墨，第一膨胀会比较大，第二与电解液的相容性不好，容易产气，导致铝塑膜破裂，所以软包电池大部分是使用人造石墨。三星、LG近年来加大了人造石墨的用量，也是因为其出货结构中软包电池的比重在变大。
3.3海外动力以天然石墨为主，国内动力以人造石墨为主 再来看17年和19年主要动力电池大厂的采购比例，我们列出5家企业：三星、LG、AESC、CATL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和21700圆柱电池，参照上表），和消费不同，日韩的动力大厂，除了松下外，绝大部分还是以天然石墨为主的。
只有LG在2019年采购一部分璞泰来、日立化成和杉杉的人造石墨，三星采购少量贝特瑞的人造负极，AESC还是100%的天然石墨，这是因为韩国企业对电池体系理解比较好，电解液配方能力强，天然石墨形成的SEI质量好，使得低成本的天然石墨，循环寿命也够用，但随着动力对膨胀性能和快充性能要求越来越高， 韩国企业负极从天然石墨切换到人造石墨将加快，如LG在加快导入人造石墨，因其是大软包电池，对膨胀系数要求非常高。
3.4高端消费和动力电池由人造石墨主导，低端由天然石墨主导 消费市场方面，软包和快充圆柱电池的渗透率预计还将继续提升，有利于人造石墨提升渗透率。 历史上来看，2010年到2017年，软包电池的渗透率都是在提升的，而方形电池则显著下降，圆柱电池的增量主要是来自于特斯拉，这部分用的人造石墨和天然石墨混合。 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，预计海外日韩动力电池企业也将从天然石墨逐渐转向人造石墨，且由于LG用的是软包技术路线，模组变大带来的电芯尺寸变厚变长，对膨胀系数要求更高，将会快速从天然石墨切换到人造石墨。 例如，LG化学在ZOE中将人造石墨的用量提高到了50%，而大众MEB平台590模组，将以人造石墨为主。而国内，高镍三元还是配套人造负极，而预计随着磷酸铁锂渗透率提升，且国内电池厂对材料理解进一步加深，天然石墨渗透率会提升。
（编辑：陈秋达）
