人造石墨各项性能更为均衡,是目前负极主流。人造石墨比容量和天然石墨已经比较接近且循环、倍率、高温性能更优,在下游应用更广泛,人造石墨出货在负极占比达84%,较前些年提升16%。天然石墨得益于先发优势和矿产布局,在石墨领域已形成垄断优势,市场占率达到63%。从产品性能和销售均价看,较竞争对手更高端:从性能指标看,天然石墨负极产品在中粒径、首次容量、压实密度更优,更有利于提升电池能量密度。从销售均价看,天然石墨负极产品均价较市场其他竞争对手高出1.4万元/吨。天然石墨的PTMS筒式磁选机工艺流程。天然石墨负极材料除铁是以天然鳞片石墨为原材料,经过粉碎、分级、球化、纯化、表面处理等工序制备而成的负极材料。
天然石墨负极生产成本主要包括原材料(初级石墨)采购成本、碳化加工成本以及PTMS筒式磁选机制造与人工费用,其中成本的关键是原材料采购,占生产成本的80%以上。而初级鳞片石墨占原材料成本也在80-90%左右,因此初级石墨占天然石墨的成本比高达70%左右。硅基负极高比容、资源广,是最有前景的负极材料之一。当前高端石墨克容量已达到360-365mAh/g,接近理论克容量372mAh/g,难以满足日益增长的高能量密度要求。而硅基负极理论比容量高达4200mAh/g,是石墨负极的理想替代材料。硅基负极的主要优势为:1)电位低、克容量高,能量密度高;2)地壳中含量高,理论成本低;3)高倍率、高安全性,其本身为均匀的纤维,能够缓解脱嵌和吸附中表面吸力引起的安全问题;4)工作电压适宜,略高于石墨,低于钛酸锂和过渡金属氧化物。
硅基负极产业化持续加速,有望今年之后大规模放量。从企业布局看,17年前开始研发硅基负极,10年前通过认证并批量出货,成功切入相关产业链,技术领先同行2-3年。PTMS筒式磁选机产出硅基负极,3年前硅碳负极出货量0.9万吨,负极渗透率达到2.5%。硅基负极主要的应用挑战:1)硅材料在进行合金化反应时,体积膨胀率可达300%(碳材料仅为16%),材料易粉化;2)负极活性物质易脱落;3)膨胀使得SEI膜破碎,放电时SEI重构,使得其处于破损-修复动态阶段,厚度会持续增加,界面阻抗提高,活性物质消耗。我们汇总全球前年硅基负极需求量为2.5万吨,假设25年硅基负极15%/40%/100%渗透率,对应需求20/60/150万吨。
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