新能源与汽车行业硅基负极:锂电材料升级的必经之路-华安证券VIP专享VIP免费

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硅基负极,锂电材料升级的必经之路
--新能源锂电池系列报告之九
[Table_IndNameRptType]
新能源与汽车
行业研究/深度报告
[Table_IndRank]
行业评级:增持
报告日期: 2022-05-26
[Table_Chart]
行业指数与沪深 300 走势比较
[Table_Report]
相关报告
1.《电动化浪潮势不可挡,把握供需紧张
环节和利润分配—锂电行业年度策略报
告》2022-1-2
2.《石墨化缺口仍在,工艺迭代及一体化
布局重塑负极格局—新能源锂电池系列
报告之六》2022-3-8
3.《供需支撑高锂价利润上移-资源为王加
速开发
2022-3-20
4.《三元高镍化大势所趋,四个维度考量
盈利成本经济性—新能源锂电池系列报
告之八》2022-5-18
3.锂电行业周报:上下游合作产业链,
锂短缺难解、价持续高位 2022-02-20
主要观点:
[Table_Summary]
硅基负极是未来发展方向,商业化应用仍需解决体积膨胀等问题
目前锂电负极材料以石墨类为主,占比高达 98%石墨类负极比容量
均在 350mAh/g 以上,已经接近理论比容量上372mAh/g硅基负极
优势明显,理论比容量最高达 4200mAh/g,是石墨材料 10 倍以上,
并且硅能从各个方向提供锂离子嵌入和脱出的通道,快充性能优异,是
未来负极的发展方向。但硅基负极在嵌锂过程中体积膨胀严重材料导
电性差、首效和循环性能等问题制约了其商业化应用2021 出货量
仅为 1.1 吨,渗透率不2%,方向明确,潜力巨大。
硅氧和硅碳主流路线享溢价,技术创新空间大、单位投资与价格趋降
在目前商业化应用中,硅负极采用掺杂方式加入到人造石墨中技术路
线分为硅碳和硅氧,硅碳负极是指纳米硅与石墨材料混合,首效高、
积膨胀较大、循环性能较差;硅氧负极则采用氧化亚硅与石墨材料复合,
首效低、成本高、循环性能更好不同硅基负极企业一体化程度不同投
资额不同,目前均大幅高于石墨负极随技术进步规模化投产后,硅基
负极投资额会逐步下降;硅基负极的原材料主要由硅材料和石墨构成
纯品硅价格区间较大,根据掺硅比重的不同硅基负极理论价格区间在
7-17 万元之间,未来随着规模效应和技术降本,长期价格将会下降。
硅基负极受益 4680 拉动渗透提升,预计 2025 年空间或达 300 亿元
随着新能源车快速发展,快充技术发展和续航里程焦虑、4680 圆柱
电池带动硅基负极在动力市场需求快速上量。预计 2025 年由特斯拉
4680 驱动市场或达 183.7 亿元,除外,硅基负极也将在 2023 年后应
用在其他动力电池尤其是高镍领域,加上消费电池渗透率提升所的增
量,我们预计 2025 年全球硅基负极市场空间或将达 300 亿元
硅基负极放量带动粘结剂 PAA、补锂剂、碳纳米管粉体等新型材料
发展,2025 年市场空间分别为 51.334.273 亿元
新型粘结剂 PAA 国产替代加快,预计 2025 年市场空间51.3 亿元;
正极预锂化为目前主流,负极预锂化值得关注补锂剂需求旺盛,预计
2025 年市场空间34.2 亿元;碳纳米管导电剂能显著提升电池性能,
渗透率逐步提高,预计 2025年市场空间为 73 亿元。
投资建议
建议关注硅基负极龙头贝特瑞硅氧负极技术领先的杉杉股份大力发
展正极补锂的铁锂龙头德方纳米,以及碳纳米管导电剂龙头天奈科技
风险提示
新能源汽车发展不及预期4680 进展不及预期;硅基负极进展不及预
期;硅基负极产能扩张不及预期。
-24%
-2%
20%
42%
65%
87%
3/21 6/21 9/21 12/21
电气设备
沪深300
[Table_CompanyRptType]
行业研究
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正文目录
1总论 ....................................................................................................................................................................................... 4
2行业趋势:硅基负极是负极发展方向 ................................................................................................................................. 7
2.1 石墨类负极是主流,但提升空间有限 ................................................................................................................................ 7
2.2 硅基负极比容量极高、快充优,但体积膨胀、导电性较弱 ............................................................................................ 8
2.3 硅碳与硅氧是主流方向,技术创新空间巨大 .................................................................................................................. 10
2.4 高壁垒带来高溢价,规模化后有望持续降本 .................................................................................................................. 13
2.5 下游需求放量,硅基负极有望爆 .................................................................................................................................. 15
3硅基负极放量带动新型材料发展 ....................................................................................................................................... 16
3.1 新型负极粘结剂迎来放量,看好 PAA 国产替代 ............................................................................................................. 16
3.2 正极预锂化为目前主流,负极预锂化值得关注 .............................................................................................................. 17
3.3 碳纳米管显著提升电池性能,渗透率逐步提高 .............................................................................................................. 19
4市场空间测算 ..................................................................................................................................................................... 20
4.1 全球硅基负极市场空间测算 .............................................................................................................................................. 20
4.2 衍生材料市场空间测算 ...................................................................................................................................................... 22
5重点公司 ............................................................................................................................................................................. 24
5.1 贝特瑞:负极材料龙头企业,硅基负极技术领 ........................................................................................................... 24
5.2 杉杉股份:硅氧负极逐步上量,技术位居行业前列 ...................................................................................................... 24
5.3 德方纳米:积极布局正极补锂的铁锂正极龙头 .............................................................................................................. 24
5.4 天奈科技:碳纳米管龙头企业,受益于导电剂渗透率提升 .......................................................................................... 24
风险提示: ............................................................................................................................................................................ 25
[Table_CompanyRptType]
行业研究
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图表目录
图表 1负极材料性能对比 ............................................................................. 4
图表 2中国负极材料出货量及石墨占比(万吨,% ....................................................... 4
图表 3中国硅基负极出货量及渗透率(万吨%......................................................... 4
图表 4 全球硅基负极市场空间测算 ..................................................................... 5
图表 5衍生材料(碳纳米管、PAA、补锂剂)市场空间预测 ................................................. 6
图表 6 硅基负极相关重点公 ......................................................................... 6
图表 7锂电池工作原理 ............................................................................... 7
图表 8锂电池成本构成 ............................................................................... 7
图表 9中国负极材料出货量及石墨占比(万吨,% ....................................................... 7
图表 10 锂离子电池总比容量与正负极材料比容量关系 ..................................................... 8
图表 11 锂枝晶生长示意图 ............................................................................ 8
图表 12 负极材料按照储锂机制分类 .................................................................... 9
图表 13 硅负极体积膨胀带来的负面效应 ................................................................ 9
图表 14 负极材料性能对比 ........................................................................... 10
图表 15 中国硅基负极出货量及渗透率(万吨,% ....................................................... 10
图表 16 硅碳负极和硅氧负极性能对比 ................................................................. 11
图表 17 主要硅基负极制备流程中的主要方 ........................................................... 11
图表 18 贝特瑞的一种硅碳负极制备工艺 ............................................................... 12
图表 19 贝特瑞制备锂离子电池用氧化亚硅 ............................................................. 12
图表 20 溧阳紫宸新材料的硅氧负极制备工 ........................................................... 13
图表 21 硅基负极制备一般流程 ....................................................................... 13
图表 22 硅基负极万吨投资额约在 5-12 亿元(一体化程度不同,金额不同) ................................. 14
图表 23 石墨价格和硅基负极价格对比(万/吨) ...................................................... 14
图表 24 我国动力电池产量(GWH .................................................................... 15
图表 25 全球锂电池出货量预测(GWH ................................................................ 15
图表 26 近年来动力电池于系统能量密度变化(WH/KG ................................................... 15
图表 27 特斯拉 4680 大圆柱电池 ...................................................................... 16
图表 28 特斯拉 4680 圆柱电池性能总 ................................................................ 16
图表 29 部分水性粘接剂厂商及产品 ................................................................... 17
图表 30 部分粘接剂性能对 ......................................................................... 17
图表 31 负极预锂化前后电池的电化学性能对比 .......................................................... 18
图表 32 部分正极预锂化方案预锂化试剂的补锂容量以及对电池性能的影响 .................................. 18
图表 33 预锂化硅基负极制备流程 ..................................................................... 18
图表 34 单碳壁管(左)与多碳壁管(右)模拟结构示意图 ................................................ 19
图表 35 常见导电剂优缺点对比 ....................................................................... 19
图表 36 2021 年中国动力电池导电剂占比情 ........................................................... 20
图表 37 2025 年中国动力电池导电剂占比情况预期 ....................................................... 20
图表 38 特斯拉 4680 电池驱动硅基负极市场空间预测 ..................................................... 20
图表 39 除特斯拉 4680 电池外动力用硅基负极市场空间预测 ............................................... 21
图表 40 消费用硅基负极市场空间预测 .................................................................. 22
图表 41 衍生材料(碳纳米管、PAA、补锂剂)市场空间预测 ............................................... 23
敬请参阅末页重要声明及评级说明证券研究报告硅基负极,锂电材料升级的必经之路--新能源锂电池系列报告之九[Table_IndNameRptType]新能源与汽车行业研究/深度报告[Table_IndRank]行业评级:增持报告日期:2022-05-26[Table_Chart]行业指数与沪深300走势比较[Table_Author]分析师:陈晓执业证书号:S0010520050001邮箱:chenxiao@hazq.com联系人:牛义杰执业证书号:S0010121120038邮箱:niuyj@hazq.com[Table_Report]相关报告1.《电动化浪潮势不可挡,把握供需紧张环节和利润分配—锂电行业年度策略报告》2022-1-22.《石墨化缺口仍在,工艺迭代及一体化布局重塑负极格局—新能源锂电池系列报告之六》2022-3-83.《供需支撑高锂价利润上移-资源为王加速开发—新能源锂电池系列报告之七》2022-3-204.《三元高镍化大势所趋,四个维度考量盈利成本经济性—新能源锂电池系列报告之八》2022-5-183.锂电行业周报:上下游合作产业链,锂短缺难解、价持续高位2022-02-20主要观点:[Table_Summary]⚫硅基负极是未来发展方向,商业化应用仍需解决体积膨胀等问题目前锂电负极材料以石墨类为主,占比高达98%,石墨类负极比容量均在350mAh/g以上,已经接近理论比容量上限372mAh/g。硅基负极优势明显,理论比容量最高达4200mAh/g,是石墨材料10倍以上,并且硅能从各个方向提供锂离子嵌入和脱出的通道,快充性能优异,是未来负极的发展方向。但硅基负极在嵌锂过程中体积膨胀严重、材料导电性差、首效和循环性能等问题制约了其商业化应用,2021年出货量仅为1.1万吨,渗透率不足2%,方向明确,潜力巨大。⚫硅氧和硅碳主流路线享溢价,技术创新空间大、单位投资与价格趋降在目前商业化应用中,硅负极采用掺杂方式加入到人造石墨中,技术路线分为硅碳和硅氧,硅碳负极是指纳米硅与石墨材料混合,首效高、体积膨胀较大、循环性能较差;硅氧负极则采用氧化亚硅与石墨材料复合,首效低、成本高、循环性能更好。不同硅基负极企业一体化程度不同投资额不同,目前均大幅高于石墨负极,随技术进步规模化投产后,硅基负极投资额会逐步下降;硅基负极的原材料主要由硅材料和石墨构成,纯品硅价格区间较大,根据掺硅比重的不同,硅基负极理论价格区间在7-17万元之间,未来随着规模效应和技术降本,长期价格将会下降。⚫硅基负极受益4680拉动渗透提升,预计2025年空间或达300亿元随着新能源车快速发展,快充技术发展和续航里程焦虑、4680大圆柱电池带动硅基负极在动力市场需求快速上量。预计2025年由特斯拉4680驱动市场或达183.7亿元,除外,硅基负极也将在2023年后应用在其他动力电池尤其是高镍领域,加上消费电池渗透率提升所带的增量,我们预计2025年全球硅基负极市场空间或将达300亿元。⚫硅基负极放量带动粘结剂PAA、补锂剂、碳纳米管粉体等新型材料发展,2025年市场空间分别为51.3、34.2、73亿元新型粘结剂PAA国产替代加快,预计2025年市场空间为51.3亿元;正极预锂化为目前主流,负极预锂化值得关注,补锂剂需求旺盛,预计2025年市场空间为34.2亿元;碳纳米管导电剂能显著提升电池性能,渗透率逐步提高,预计2025年市场空间为73亿元。⚫投资建议建议关注硅基负极龙头贝特瑞,硅氧负极技术领先的杉杉股份,大力发展正极补锂的铁锂龙头德方纳米,以及碳纳米管导电剂龙头天奈科技。⚫风险提示新能源汽车发展不及预期;4680进展不及预期;硅基负极进展不及预期;硅基负极产能扩张不及预期。-24%-2%20%42%65%87%3/216/219/2112/21电气设备沪深300[Table_CompanyRptType]行业研究敬请参阅末页重要声明及评级说明2/26证券研究报告正文目录1总论.......................................................................................................................................................................................42行业趋势:硅基负极是负极发展方向.................................................................................................................................72.1石墨类负极是主流,但提升空间有限................................................................................................................................72.2硅基负极比容量极高、快充优,但体积膨胀、导电性较弱............................................................................................82.3硅碳与硅氧是主流方向,技术创新空间巨大..................................................................................................................102.4高壁垒带来高溢价,规模化后有望持续降本..................................................................................................................132.5下游需求放量,硅基负极有望爆发..................................................................................................................................153硅基负极放量带动新型材料发展.......................................................................................................................................163.1新型负极粘结剂迎来放量,看好PAA国产替代.............................................................................................................163.2正极预锂化为目前主流,负极预锂化值得关注..............................................................................................................173.3碳纳米管显著提升电池性能,渗透率逐步提高..............................................................................................................194市场空间测算.....................................................................................................................................................................204.1全球硅基负极市场空间测算..............................................................................................................................................204.2衍生材料市场空间测算......................................................................................................................................................225重点公司.............................................................................................................................................................................245.1贝特瑞:负极材料龙头企业,硅基负极技术领先...........................................................................................................245.2杉杉股份:硅氧负极逐步上量,技术位居行业前列......................................................................................................245.3德方纳米:积极布局正极补锂的铁锂正极龙头..............................................................................................................245.4天奈科技:碳纳米管龙头企业,受益于导电剂渗透率提升..........................................................................................24风险提示:............................................................................................................................................................................25[Table_CompanyRptType]行业研究敬请参阅末页重要声明及评级说明3/26证券研究报告图表目录图表1负极材料性能对比.............................................................................4图表2中国负极材料出货量及石墨占比(万吨,%).......................................................4图表3中国硅基负极出货量及渗透率(万吨,%).........................................................4图表4全球硅基负极市场空间测算.....................................................................5图表5衍生材料(碳纳米管、PAA、补锂剂)市场空间预测.................................................6图表6硅基负极相关重点公司.........................................................................6图表7锂电池工作原理...............................................................................7图表8锂电池成本构成...............................................................................7图表9中国负极材料出货量及石墨占比(万吨,%).......................................................7图表10锂离子电池总比容量与正负极材料比容量关系.....................................................8图表11锂枝晶生长示意图............................................................................8图表12负极材料按照储锂机制分类....................................................................9图表13硅负极体积膨胀带来的负面效应................................................................9图表14负极材料性能对比...........................................................................10图表15中国硅基负极出货量及渗透率(万吨,%).......................................................10图表16硅碳负极和硅氧负极性能对比.................................................................11图表17主要硅基负极制备流程中的主要方式...........................................................11图表18贝特瑞的一种硅碳负极制备工艺...............................................................12图表19贝特瑞制备锂离子电池用氧化亚硅.............................................................12图表20溧阳紫宸新材料的硅氧负极制备工艺...........................................................13图表21硅基负极制备一般流程.......................................................................13图表22硅基负极万吨投资额约在5-12亿元(一体化程度不同,金额不同).................................14图表23石墨价格和硅基负极价格对比(万元/吨)......................................................14图表24我国动力电池产量(GWH)....................................................................15图表25全球锂电池出货量预测(GWH)................................................................15图表26近年来动力电池于系统能量密度变化(WH/KG)...................................................15图表27特斯拉4680大圆柱电池......................................................................16图表28特斯拉4680圆柱电池性能总结................................................................16图表29部分水性粘接剂厂商及产品...................................................................17图表30部分粘接剂性能对比.........................................................................17图表31负极预锂化前后电池的电化学性能对比..........................................................18图表32部分正极预锂化方案预锂化试剂的补锂容量以及对电池性能的影响..................................18图表33预锂化硅基负极制备流程.....................................................................18图表34单碳壁管(左)与多碳壁管(右)模拟结构示意图................................................19图表35常见导电剂优缺点对比.......................................................................19图表362021年中国动力电池导电剂占比情况...........................................................20图表372025年中国动力电池导电剂占比情况预期.......................................................20图表38特斯拉4680电池驱动硅基负极市场空间预测.....................................................20图表39除特斯拉4680电池外动力用硅基负极市场空间预测...............................................21图表40消费用硅基负极市场空间预测..................................................................22图表41衍生材料(碳纳米管、PAA、补锂剂)市场空间预测...............................................23[Table_CompanyRptType]行业研究敬请参阅末页重要声明及评级说明4/26证券研究报告1总论负极材料目前以石墨为主,但硅基材料比容量优势明显,市场空间广阔。锂电池负极材料由活性物质、粘结剂和添加剂制成糊状胶合剂后,涂抹在集流体(铜箔)两侧,经过干燥、滚压制得,作用是储存和释放能量,约占锂电池制造成本8%左右。目前负极材料以石墨类为主流,2021年中国负极材料出货量72万吨,石墨材料占比达98%。但商业化石墨负极接近理论比容量上限372mAh/g,限制了其进一步应用。在已知的负极材料中,硅拥有的理论比容量高达4200mAh/g,是石墨材料的10倍以上,并且能从各个方向提供锂离子嵌入和脱出的通道,快充性能优异,有望成为下一代负极材料。图表1负极材料性能对比类型天然石墨人造石墨硅基负极理论容量(mAh/g)340~370310~3604200膨胀率12%~25%12%~25%300%以上循环性能(次)>1000>1500>300-500首次效率(%)>93%>93%>77%工作电压(V)0.20.20.3~0.5快充性能一般一般优秀安全性一般一般良好优点工艺成熟,成本低比容量大缺点安全性差,比容量接近上限导电性差,体积膨胀资料来源:贝特瑞公告、华安证券研究所硅材料存在的体积膨胀、导电性差以及首效和循环性能差等问题,制约了其商业化应用。2021年中国硅基负极出货量1.1万吨,在负极材料中渗透率仅有1.53%。在目前商业化应用中,硅负极主要采用掺杂的方式加入到人造石墨中,主流技术路线为硅碳和硅氧,硅碳负极是指纳米硅与石墨材料混合,硅氧负极则采用氧化亚硅与石墨材料复合。在硅碳负极的制备过程中,需要首先制备纳米硅颗粒,最外层由碳做包覆层,形成壳核结构。目前硅碳负极的商业化容量在450mAh/g以下,首效高但体积膨胀较大,因此其循环性能相对较差;硅氧负极首效低,成本高,但循环性能更好。硅氧负极的制备过程并不唯一,通常是先制备锂离子电池用氧化亚硅,然后进行碳包覆等后续工艺。图表2中国负极材料出货量及石墨占比(万吨,%)图表3中国硅基负极出货量及渗透率(万吨,%)资料来源:GGII、华安证券研究所资料来源:GGII、华安证券研究所0.050.150.250.50.61.10.0%0.5%1.0%1.5%2.0%00.20.40.60.811.2201620172018201920202021出货量(万吨)渗透率[Table_CompanyRptType]行业研究敬请参阅末页重要声明及评级说明5/26证券研究报告对比石墨负极和硅基负极投产数据,中科电气石墨负极一体化项目,固定资产投资额为2.5亿/万吨,而贝特瑞硅基负极项目约9亿元/万吨,石大胜华硅碳项目约6亿元/万吨。不同硅基负极企业的一体化程度不同,投资额不同,但是目前均大幅高于石墨负极。根据产业反馈,规模化投产后,硅基负极投资额会逐步下降。硅基负极的原材料主要由硅材料和石墨构成,目前国内人造高端石墨价格6万元/吨,纯品硅的价格区间较大,且部分纯品硅出厂时已进行预锂化,低价达30万左右,最高价可达110万/吨。我们将人造石墨与硅纯品按照不同掺杂比例进行复合,则硅基负极理论价格区间在7-17万元之间,未来随着规模效应和技术降本,长期价格将会下降。硅基负极主要应用在消费电池和动力电池领域,随着新能源车快速发展,快充技术发展和续航里程焦虑、4680大圆柱电池带动硅基负极在动力市场需求上量。我们预计2025年全球硅基负极市场空间将达到近300亿元,主要由三部分组成:1)随着2022年特斯拉4680大圆柱的量产,硅基负极市场将迎来爆发增长,预计2025年特斯拉4680驱动的硅基负极市场空间将达到183.7亿元;2)预计2023后硅基负极将逐步应用在除特斯拉之外的其他动力电池市场中,2025年除特斯拉外其他动力用硅基负极市场空间将达到67.7亿元;3)传统消费用硅基负极将保持稳健发展,渗透率逐年提高,预计2025年消费用硅基负极市场空间将达到46.1亿元。图表4全球硅基负极市场空间测算2021A2022E2023E2024E2025E特斯拉总产量(万辆)931802904004804680电池总需求(GWh)1050122242掺硅比重6%8%10%12%比容量(mAh/g)5436086727374680硅基负极需求(万吨)0.62.96.311.5硅基负极价格(万元/吨)151516.617164680驱动硅基负极市场空间(亿元)9.648.0107.8183.7其他动力电池需求(GWh)256.31373.90502.90648.55753.70高镍三元电池需求(GWh)51.26102.82163.44226.99282.64硅基负极在高镍三元电池中的渗透率10%20%35%掺硅比重8%10%12%其他动力用硅基负极需求(万吨)0.82.14.2其他动力用硅负极市场空间(亿元)14.136.267.7全球消费电池出货量(GWh)120.0132.0145.2159.7175.7消费用硅基负极出货量(万吨)1.11.32.13.15.4消费用硅基负极市场空间16.619.52531.846.1硅基负极出货量合计(万吨)1.111.945.2410.3418.60全球硅基负极市场空间(亿元)16.629.287.1175.8297.5资料来源:华安证券研究所测算[Table_CompanyRptType]行业研究敬请参阅末页重要声明及评级说明6/26证券研究报告硅基负极放量将驱动新型粘接剂(PAA)、补锂剂、碳纳米管导电剂等相关衍生材料发展。新型粘结剂PAA国产替代加快,预计2025年市场空间为51.3亿元;正极预锂化为目前主流,负极预锂化值得关注,补锂剂需求旺盛,预计2025年市场空间为34.2亿元;碳纳米管导电剂能显著提升电池性能,渗透率逐步提高,预计2025年市场空间为73亿元。图表5衍生材料(碳纳米管、PAA、补锂剂)市场空间预测2022E2023E2024E2025E全球锂电池出货量(GWh)800112015001900正极材料出货量(万吨)160224300380多壁碳纳米管均价(万元/吨)25222020多碳纳米管粉体需求量(万吨)0.721.342.042.81多壁碳纳米管粉体市场空间(亿元)18.029.640.856.2硅基负极出货量(万吨)1.95.210.318.6单壁碳管粉体出货量(万吨)1000950900900单壁碳管粉体价格(万元/吨)0.0020.0050.0100.019单壁碳管粉体市场空间(亿元)1.95.09.316.7碳纳米管粉体市场空间(亿元)19.934.650.173.0全球负极材料出货量(万吨)72.0100.8135.0171.0PAA价格(万元/吨)20.025.022.020.0PAA市场空间(亿元)21.637.844.651.3正极材料出货量(万吨)160224300380补锂剂渗透率(%)3%7%11%15%补锂剂在正极添加量2%2%2%2%补锂剂出货量(万吨)0.100.30.71.1补锂剂价格(万元/吨)40353030补锂剂市场空间(亿元)3.811.019.834.2资料来源:华安证券研究所测算我们建议关注硅基负极龙头贝特瑞,硅氧负极技术领先的杉杉股份,大力发展正极补锂的铁锂龙头德方纳米,以及受益于碳纳米管导电剂渗透率提升的天奈科技。图表6硅基负极相关重点公司公司市值(亿)归母净利润(亿元)利润增速PE20212022E2023E2022E2023E2022E2023E贝特瑞44017.522.631.429%39%1914杉杉股份44833.333.343.30%30%1310德方纳米395817.620.1120%14%2220天奈科技2752.96.310.8111%72%4426资料来源:德方纳米为华安证券研究所预测,其他为wind一致预期[Table_CompanyRptType]行业研究敬请参阅末页重要声明及评级说明7/26证券研究报告2行业趋势:硅基负极是负极发展方向2.1石墨类负极是主流,但提升空间有限负极材料是锂电池四大关键材料之一,约占整个锂电池制造成本8%左右,关键功用在于可逆地脱/嵌锂离子,是由活性物质、粘结剂和添加剂制成糊状胶合剂后,涂抹在铜箔两侧,经过干燥、压制而成。图表7锂电池工作原理图表8锂电池成本构成资料来源:CNKI,华安证券研究所资料来源:GGII,wind,华安证券研究所目前锂离子电池负极材料以石墨类为主。受益于下游新能源车放量,负极材料增速明显,2016-2021年,中国负极材料出货量由2016年11.8万吨上升至2021年的72万吨,增速明显。其中石墨类负极占比从93%进一步提升至98%,市占率稳步提升。图表9中国负极材料出货量及石墨占比(万吨,%)资料来源:GGII、华安证券研究所负极比容量的增加对电池比容量提升效果显著,寻找新一代负极材料正当其时。锂电池的质量能量密度主要由正极克容量、负极克容量以及正负极电势差决定。实验室测试显示,电池比容量随着正极材料比容量的上升而显著提高,而在正极材料比容量一定的条件下,负极材料比容量对电池的比容量的提升并非线性关系,在负11.814.819.227377293%93%95%96%97%98%90%91%92%93%94%95%96%97%98%99%010203040506070802016年2017年2018年2019年2020年2021年人造石墨天然石墨其他石墨材料占比(天然+人造)[Table_CompanyRptType]行业研究敬请参阅末页重要声明及评级说明8/26证券研究报告极材料300mAh/g~1200mAh/g阶段,电池比容量提升效果显著。随正极三元材料高镍化趋势正盛,提升负极材料质量比容量的重要性与日俱增。目前主流厂商的石墨负极产品比容量均在350mAh/g以上,接近理论比容量上限372mAh/g,寻找更高比容量的新型负极材料正当其时。图表10锂离子电池总比容量与正负极材料比容量关系资料来源:CNKI、华安证券研究所快充技术的发展需要电芯材料的革新相匹配。快充技术也是锂电池技术进步的方向,石墨材料由于其层状结构决定锂离子必须从材料的端面嵌入,然后扩散至颗粒内部,致使传输路径较长,嵌锂过程较慢限制了锂离子电池的快充应用,同时其对锂电位(0.05V)过低也致使在大电流充电过程中发生锂沉积副反应造成析锂,析出的锂金属以枝晶的形式生长,有可能会刺穿隔膜,危害电池安全。图表11锂枝晶生长示意图资料来源:GGII、华安证券研究所2.2硅基负极比容量极高、快充优,但体积膨胀、导电性较弱硅基负极材料的机制与石墨不同,通过合金和去合金化反应进行,在已知的负极材料中,拥有的理论比容量高达4200mAh/g,是石墨材料的10倍以上,并且硅能从各个方向提供锂离子嵌入和脱出的通道,快充性能优异,同时其对锂电位(0.3~0.4V)略高于石墨也较好的解决了析锂难题。[Table_CompanyRptType]行业研究敬请参阅末页重要声明及评级说明9/26证券研究报告图表12负极材料按照储锂机制分类资料来源:CNKI、华安证券研究所硅作为负极材料在实际应用中存在首次库伦效率低、倍率性能和循环性能差等问题。尽管硅具备相当可观的嵌锂容量,但在嵌锂过程中将会出现严重的体积膨胀和结构变化。体积膨胀产生的机械应力不断破坏硅颗粒表面的SEI膜,多次循环最终导致锂离子消耗殆尽,循环性能变差;在现有电解液中,锂盐𝐿𝑖𝑃𝐹6分解产生的微量𝐻𝐹也会对硅造成腐蚀,导致硅负极的容量发生衰减,使得电池的首次库伦效率偏低;由于硅是半导体材料,电子电导率和离子电导率低影响其电级反应速率,使得倍率性能变低。图表13硅负极体积膨胀带来的负面效应资料来源:谷智强《纳米硅基复合负极材料的构建及其电化学性能研究》、华安证券研究所负极材料嵌入型碳基材料石墨中间相炭微球硬碳碳纳米管石墨烯Li4Ti5O12合金型硅基材料锡基材料转化型SnO2Co3O4Fe2O3,Fe3O4CuO[Table_CompanyRptType]行业研究敬请参阅末页重要声明及评级说明10/26证券研究报告图表14负极材料性能对比类型天然石墨人造石墨硅基负极理论容量(mAh/g)340~370310~3604200膨胀率12%~25%12%~25%300%以上循环性能(次)>1000>1500>300-500首次效率(%)>93%>93%>77%工作电压(V)0.20.20.3~0.5快充性能一般一般优秀安全性一般一般良好优点工艺成熟,成本低比容量大缺点安全性差,比容量接近上限导电性差,体积膨胀资料来源:贝特瑞公告、华安证券研究所硅基负极处在商业化应用初期,渗透率目前为1.53%。硅基负极可以有效提升电池比容量,但由于其体积膨胀、导电性差所带来的的负面影响,制约了其商业化应用。2021年中国硅基负极出货量1.1万吨,在负极材料中渗透率仅有1.53%。图表15中国硅基负极出货量及渗透率(万吨,%)资料来源:GGII、华安证券研究所2.3硅碳与硅氧是主流方向,技术创新空间巨大由于单质硅的体积膨胀系数过大,因此在实际的商业应用中,硅负极主要采用掺杂的方式加入到人造石墨中,主流技术路线为硅碳和硅氧,硅碳负极是指纳米硅与石墨材料混合,硅氧负极则采用氧化亚硅与石墨材料复合。在硅与不同材料的复合过程中,通常会结合结构设计(纳米化和多孔硅)等辅助工艺手段提供膨胀空间,硅基材料在复合材料中主要作为活性物质提供容量,其他材料作为载体,缓冲体积膨胀。此外,硅基负极材料会设计成包覆结构,最外层用碳包覆来充当导电网络,也可避免电解液直接接触硅基材料发生副反应。0.050.150.250.50.61.10.42%1.01%1.30%1.85%1.62%1.53%0.0%0.2%0.4%0.6%0.8%1.0%1.2%1.4%1.6%1.8%2.0%00.20.40.60.811.2201620172018201920202021出货量(万吨)渗透率[Table_CompanyRptType]行业研究敬请参阅末页重要声明及评级说明11/26证券研究报告图表16硅碳负极和硅氧负极性能对比硅碳负极硅氧负极体积膨胀率较高较低首次充放效率较高较低首次库伦效率较高较低循环性能较弱较强倍率性能较弱较强成本较低较高工艺相对成熟复杂现有改性方案纳米化(提高容量、充放能力)、多孔化设计(提高电极材料的循环性能、倍率性能)预锂化处理(提高首次库伦效率)资料来源:华经情报网、华安证券研究所从制备方式上看,主要用到的技术手段有机械球磨法、化学气相沉积法、高温热解法、溶胶凝胶法,其中机械球磨和化学气相沉积法对设备要求较为简单,制造成本较低,在工业化量产中更为主流。图表17主要硅基负极制备流程中的主要方式制备方式特点化学气相沉积法(CVD)硅碳两组分间连接紧密、结合力强,充放电过程中活性物质不易脱落,具有优良的循环稳定性和较高的首次充放电效率,碳层均匀稳定、不易出现团聚现象。对设备要求简单,反应过程环境友好,复合材料杂质含量少,适合工业化生产。机械球磨法机械球磨法制备的复合材料颗粒粒度小、各组分分布均匀,而且机械球磨法制备硅/碳复合材料具有工艺简单、成本低、效率高,适合工业生产;但是该法是两种反应物质在机械力的作用下混合,颗粒的团聚现象难以解决。高温热解法此种方法合成的复合材料中碳的空隙结构一般较大,能较好的缓解硅在充放电过程中的体积变化。但是,高温热解法产生的复合材料中的硅的分散性较差,碳层会有分布不均的状况,并且颗粒容易产生团聚等现象。溶胶凝胶法该方法能够实现硅碳材料的均匀分散,而且制备的复合材料保持了较高的可逆比容量。但是碳凝胶较其它碳材料稳定性能差,在循环过程中碳壳会产生裂痕并逐渐扩大,导致负极材料结构破裂;且凝胶中氧含量过高会生成较多不导电的SiO2,导致负极材料的首次充放电效率较低。资料来源:贝特瑞招股书、华安证券研究所在硅碳负极的制备过程中,需要首先制备纳米硅颗粒,最外层由碳做包覆层,形成壳核结构。目前硅碳负极的商业化容量在450mAh/g以下,首效高但体积膨胀较大,因此其循环性能相对较差。[Table_CompanyRptType]行业研究敬请参阅末页重要声明及评级说明12/26证券研究报告图表18贝特瑞的一种硅碳负极制备工艺资料来源:贝特瑞专利书、华安证券研究所硅氧负极首效低,成本高,但循环性能更好。硅氧负极的制备过程并不唯一,通常是先制备锂离子电池用氧化亚硅,然后进行碳包覆等后续工艺。图表19贝特瑞制备锂离子电池用氧化亚硅资料来源:贝特瑞专利书、华安证券研究所但传统制备氧化亚硅的生产效率低且结构难控制,紫宸新材料提出一种直接将𝑆𝑖、𝑆𝑖𝑂2和还原性金属按比例混和,省去了制备氧化亚硅的流程,得到一种有混合晶相的硅氧负极材料。[Table_CompanyRptType]行业研究敬请参阅末页重要声明及评级说明13/26证券研究报告图表20溧阳紫宸新材料的硅氧负极制备工艺资料来源:溧阳紫宸新材料专利书、华安证券研究所制备硅基负极的工艺选择因为制备前驱体的工艺而有所不同,但后端工艺大致相同,均需经过表面处理,烧结等过程得到最终成品。图表21硅基负极制备一般流程资料来源:CNKI,华安证券研究所2.4高壁垒带来高溢价,规模化后有望持续降本硅基负极单位投资额高于石墨负极,规模化降本是必然趋势。硅基负极项目投资额普遍较高,但负极企业布局热情不减。对比石墨负极和硅基负极投产数据,中科电气石墨负极一体化项目,固定资产投资额为2.5亿/万吨,而贝特瑞硅基负极项目约9亿元/万吨,石大胜华硅碳项目约6亿元/万吨。不同硅基负极企业的一体化程度不同,投资额不同,但是目前均大幅高于石墨负极。根据产业反馈,规模化投产后,硅基负极投资额会逐步下降。[Table_CompanyRptType]行业研究敬请参阅末页重要声明及评级说明14/26证券研究报告图表22硅基负极万吨投资额约在5-12亿元(一体化程度不同,金额不同)企业项目产品投资额产能规划贝特瑞硅基负极材料项目硅基负极50亿(35亿固定资产)4万吨石大胜华硅基负极装置及配套工程硅基负极材料,氧化亚硅材料7.3亿(建设投资为3.6亿,流动资金为3.7亿)2万吨,预期年收入14.6亿,成本12.3亿元,税后净利润1.7亿硅碳负极材料项目硅碳负极6200万1000吨已试生产杰瑞股份硅碳纯品、氧化亚硅纯品及硅基复合负极材料硅碳纯品、氧化亚硅合计2.5亿+知识产权作价(具体数据还需进一步验证)硅碳纯品:400吨氧化亚硅:1400吨硅基复合负极:18000吨硅宝科技锂电池用硅碳负极材料及专用粘合剂项目硅碳负极5.6亿元(4.6亿固定资产)1万吨/年锂电池用硅碳负极材料、4万吨/年专用粘合剂资料来源:公司公告、华安证券研究所硅基负极产品售价目前高于石墨负极,技术进步和规模效应会带来成本下降。硅基负极的原材料主要由硅材料和石墨构成,目前国内人造高端石墨价格6万元/吨,纯品硅的价格区间较大,且部分纯品硅出厂时已进行预锂化,低价达30万左右,最高价可达110万/吨。我们将人造石墨与硅纯品按照不同掺杂比例进行复合,则硅基负极理论价格区间在7-17万元之间。后文测算中我们考虑动力电池优先选用制备成本更高的硅氧负极,且享受新产品溢价,因此我们选用15万元/吨进行测算,未来随着规模效应和技术降本,长期价格将会下降。图表23石墨价格和硅基负极价格对比(万元/吨)资料来源:鑫椤锂电、华安证券研究所[Table_CompanyRptType]行业研究敬请参阅末页重要声明及评级说明15/26证券研究报告2.5下游需求放量,硅基负极有望爆发硅基负极主要应用在消费电池和动力电池领域,随着新能源车快速发展,硅基负极有望在动力市场迎来放量。2021年我国动力电池出货量220GWh,同比增长170%,2022年虽受国内外疫情反复,但下游需求刚性,3月产量为39.2GWh,环比增长247.3%,景气度不减。我们预计全球锂电池出货量在2025年将达到1550GWh。图表24我国动力电池产量(GWh)图表25全球锂电池出货量预测(GWh)资料来源:GGII、华安证券研究所资料来源:GGII、华安证券研究所快充技术发展和续航里程焦虑带动硅基负极需求上量。高功率充电,一般指充电桩提供超过150kW,对动力电池进行大电流充电,而选择大电流存在电阻散热等诸多问题,高电压平台成为重点方向,而高倍率快充下石墨电极极化大,电位容易降到0V以下而析锂,硅基负极与快充技术更加匹配。相比于石墨负极嵌入式储锂而言,硅基负极材料的合金化储锂机制可以储存更多的锂离子,从而赋予硅更高的理论比容量(4200mAh/g),电池能量密度相对较高,从而有效提升续航里程。《中国制造2025》明确了2025年电池能量密度达到400Wh/kg,2030年电池能量密度达到500Wh/kg的远景目标,硅基负极未来有望在电池能量密度较高的三元电池体系中迎来渗透率的提高。图表26近年来动力电池于系统能量密度变化(Wh/Kg)20162017201820192020圆柱三元单体180215250270273圆柱三元系统130140145155162.5方形三元单体190200225245245方形三元系统132.5140145165175软包三元单体210225240260260软包三元系统140155150160165资料来源:GGII,华安证券研究所4680大圆柱进一步推动硅基负极发展。2020年特斯拉首次发布了4680大圆柱电池,其特色是“大圆柱、硅负极、无极耳、干电极”,是2170电池的电芯容量的5倍,单体能量密度可达到300Wh/kg,充放电明显,能够有效提高相应车型16%的续航里程,由于电池数量的降低,也将减少结构件的使用,节约生产成本,特斯拉估算,4680电池相较于2170电池将实现14%的成本下降。2022年1月,特斯拉宣布其加州工厂已经量产了100万块4680圆柱电池。29.7031.8039.20010203040501月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月2019年2020年2021年2022年37165015500200400600800100012001400160018002021年2022E2025ECAGR:33%75%[Table_CompanyRptType]行业研究敬请参阅末页重要声明及评级说明16/26证券研究报告图表27特斯拉4680大圆柱电池资料来源:特斯拉电池日、华安证券研究所图表28特斯拉4680圆柱电池性能总结特点描述大圆柱大圆柱可降低成本(外径越大,成本越低),且相比方形与软包电池,对体积膨胀的容忍性更高。硅负极4680采用高镍三元正极,以NCM811为主,高能量密度适配硅负极,预计掺硅量可达10%以上。无极耳“无极耳”(tabless)设计,降低电流距离,实现内阻下降,解决快充时出现的发热问题,4680能20分钟内完成从10%到80%SOC的快充。干电极排除了极性溶剂对金属锂制品的腐蚀,避免了能量损失,同时带来了一定的成本节约。CTC+一体化压铸车身与宁德时代CTP技术类似,通过减少中间件,提高体积利用效率。资料来源:特斯拉电池日、华安证券研究所3硅基负极放量带动新型材料发展硅基负极的发展,除了对布局硅基负极的企业形成利好外,还有望带动产业链配套的新型粘接剂(PAA)、补锂剂、碳纳米管导电剂等新型材料发展。3.1新型负极粘结剂迎来放量,看好PAA国产替代粘结剂其主要作用是连接电极活性物质、导电剂和电极集流体,使电极活性物质、导电剂和集流体间具有整体的连接性,从而减小电极的阻抗。目前负极粘接剂一般选择对环境无污染的水性粘结剂如CMC、SBR,其中SBR最为常用,约占负极粘接剂总量的98%。硅基负极膨胀率高,传统CMC-SBR粘附性不强,无法发挥硅基负极的性能优势。研究表明,PAA粘结剂粘附性更强,硅基负极更适合用PAA类新型粘结剂。新型水性PAA类粘结剂则具有如下特点,1)含有较多的羧基,丰富的羧基与硅颗粒形成氢键作用,赋予活性颗粒与集流体之间较强的结合力,同时还具有缓解硅基材料体积膨胀的作[Table_CompanyRptType]行业研究敬请参阅末页重要声明及评级说明17/26证券研究报告用,PAA不仅可与Si形成强氢键作用,而且能在Si表面形成均匀的类似SEI膜的包覆层,抑制电解液的分解;2)离子键也可实现与氢键相似的功能,使粘结剂在保持电极完整性的同时,具有自修复性能,减小电极容量损失速率。PPA的应用有望掀起国产替代热潮。目前看,SBR负极粘接剂为海外日本企业所垄断,但PAA产能国内厂商多有布局,国产替代空间广阔。国内有成都茵地乐的LA136D锂离子电池专用水性粘合剂,可将粘接剂用量减少40%,提高极片柔软度,溶胀度远低于传统负极水性粘结剂,用量约占负极浆料1.5%~2.5%。图表29部分水性粘接剂厂商及产品企业国家产品瑞翁株式会社(ZEON)日本耐久的负极水性粘结剂(SBR)A&L株式会社日本负极水性粘结剂(SBR)双日株式会社日本负极水性粘结剂JRS日本负极水性粘结剂(SBR)晶瑞股份中国负极水性粘结剂,可用于硅基负极成都茵地乐中国负极水性粘结剂(PAA),可用于硅基负极蓝海黑石中国水性粘结材料(PAA),可用于硅基负极中北精细化工中国有PAA产能长兴材料中国水性粘结材料(PAA),可用于硅基负极资料来源:胶粘剂技术信息网、华安证券研究所PAA与其他材料形成交联粘接剂是新发展方向。PAA-CMC交联粘结剂、PAA-PVA交联粘结剂、PAA-PANI交联粘结剂、EDTA-PAA粘结剂等在三维共价交联聚合物的探索性尝试,使复合粘结剂与硅表面形成多点相互作用,有效防止硅颗粒的脱离,进一步提升电池循环稳定性,是新型粘接剂的进一步研究方向。图表30部分粘接剂性能对比粘接剂特征初始比容量/(mAh/g)循环性能(循环次数/剩余比容量)PAA丰富的羧基、水溶性3000100th/2400mAh/gPAA-PVA三维交联3616100th/2283mAh/gPVDF线性、水溶性、范德华力连接100050th/715.6mAh/gCMC共价连接、高刚性、水溶性4000100th/1000mAh/gCMC-SBRSBR的良好弹性以及CMC的良好分散效果资料来源:王晓钰《锂离子电池硅基负极粘结剂发展现状》,华安证券研究所3.2正极预锂化为目前主流,负极预锂化值得关注为了使硅材料具有高容量的同时,还具备较好的循环性能,对采用硅负极的电池体系进行预锂化。其含义是对在首次循环中损失的锂离子进行补充,目前常用的预锂化技术主要分为负极预锂化和正极预锂化两类。负极预锂化:负极预锂化具体是指在负极材料中预先存储一定量活性锂用以补偿首圈充电过程中SEI膜形成与其他副反应发生所造成的不可逆锂损失,或者直接使负极表面SEI膜与其他副反应预先发生以解决锂损失问题,常见的负极补锂方式包括:将锂箔压延到负极表面进行补锂、锂粉补锂、电化学补锂等。[Table_CompanyRptType]行业研究敬请参阅末页重要声明及评级说明18/26证券研究报告图表31负极预锂化前后电池的电化学性能对比负极方法电池体系预锂化前ICE预锂化后ICE循环性能C-SIOx电化学NCA/C-SIOx58.85%85.34%61%(1C,100圈)SIOx接触金属锂NCM622/SIOx68%87%74%(200圈)资料来源:张策《合金型负极预锂化技术研究进展》,华安证券研究所正极预锂化:正极预锂化具体是指在正极材料中存储额外活性锂用以补偿不可逆锂损失,以确保首圈循环之后电池内活性锂的量仍能够维持较高水平。正极富锂添加剂主要包括二元富锂添加剂Li2O、Li2S与Li3N,三元富锂添加剂Li2CO3、Li2C2O4与Li5FeO4。特点是:1)质量能量密度和体积能量密度远高于目前商用正极材料;2)能够在正极材料电压范围内有效释放活性锂,而在正极材料的电压范围内不存储锂,即脱锂过程不可逆。图表32部分正极预锂化方案预锂化试剂的补锂容量以及对电池性能的影响补锂试剂容量电池体系预锂化前首圈充电容量添加量补锂后首圈充电容量Li3N1399.3mAh/gLCO/Li149.7mAh/g2wt%178.4mAh/gFe/LiF/Li2O550mAh/gNCM622/Li198mAh/g4.8wt%229mAh/gLi5FeO4764mAh/gNCM523/Li190mAh/g4.8wt%233mAh/gNiO/Li2CO3240mAh/gLMO/Li120mAh/g50wt%410mAh/g资料来源:张策《合金型负极预锂化技术研究进展》,华安证券研究所与目前电池制备工艺兼容性更好的正极预锂化技术具有相对更高的稳定性与安全性,是目前主流方案。但正极补锂容量低难以解决,而得益于补锂用量少、效果好,负极补锂仍值得关注。国轩高科提出一种具有壳核结构的预锂化硅基负极方案,避免直接针对负极片进行操作,将补锂过程加入到硅基负极制备过程,较好的解决了安全性问题。图表33预锂化硅基负极制备流程资料来源:国轩高科专利书、华安证券研究所[Table_CompanyRptType]行业研究敬请参阅末页重要声明及评级说明19/26证券研究报告3.3碳纳米管显著提升电池性能,渗透率逐步提高硅基负极的导电性能弱于石墨类负极,常规导电剂无法满足硅基负极性能要求,因此需要添加高性能导电剂。碳纳米管导电剂在硅基负极中表现出良好的性能:1)提高硅基负极材料结构的稳定性,在外力的作用下结构不易破坏;2)优异的导电性能,可弥补硅基负极导电性差的不足;3)极大的比表面积可以有效的缓解硅基负极在锂离子脱嵌过程中硅材料结构的坍塌。图表34单碳壁管(左)与多碳壁管(右)模拟结构示意图资料来源:天奈科技招股说明书,华安证券研究所碳纳米管为管状的纳米级石墨晶体,是单层或多层的石墨烯层围绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝纳米级管状结构。碳纳米管一般分为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管,碳纳米管管径越细,长度越长,导电性能越好,单壁碳纳米管直径更小、长径比更大,因此更值得关注。图表35常见导电剂优缺点对比导电剂种类优点缺点碳纳米管导电剂导电性能优异,添加量小(同样导电效果只需传统导电剂1/6~1/2),提升电池能量密度,提升电池循环寿命性能需要预分散,价格较高炭黑类导电剂SP价格便宜,经济性高导电性能相对较差,添加量大,降低正极活性物质占比,全依赖进口科琴黑添加量较小,适用于高倍率、高容量型锂电池价格贵,分散难、全依赖进口乙炔黑吸液性较好,有助提升循环寿命价格较贵,影响极片压实性能,主要依赖进口导电石墨类导电剂颗粒度较大,有利于提升极片压实性能添加量较大,主要依赖进口VGCF(气相生长碳纤维)导电性优异分散困难、价格高、全依赖进口石墨烯导电剂导电性优异,比表面积大,可提升极片压实性能分散性能较差,需要复合使用,使用相对局限(主要用于磷酸铁锂电池)资料来源:天奈科技招股说明书、华安证券研究所炭黑类导电剂为市场主流,碳纳米管渗透率逐步提高。炭黑类导电剂凭借价格优势,目前为市场主流,2021年市占率为60%,碳纳米管凭借性能优势,逐年提高市占率,预计2021-2025年,碳纳米管导电剂市占率将由27%提升至60%以上。[Table_CompanyRptType]行业研究敬请参阅末页重要声明及评级说明20/26证券研究报告图表362021年中国动力电池导电剂占比情况图表372025年中国动力电池导电剂占比情况预期资料来源:天奈科技2021年报、华安证券研究所资料来源:GGII、华安证券研究所4市场空间测算4.1全球硅基负极市场空间测算我们预计2025年全球硅基负极市场空间将达到近300亿元,主要由三部分组成:1)随着2022年特斯拉4680大圆柱的量产,硅基负极市场将迎来爆发增长,预计2025年4680驱动的硅基负极市场空间将达到183.7亿元;2)预计2023后硅基负极将逐步应用在除特斯拉之外的其他动力电池市场中,2025年其他动力用硅基负极市场空间将达到67.7亿元;3)传统消费用硅基负极将保持稳健发展,渗透率逐年提高,预计2025年消费用硅基负极市场空间将达到46.1亿元。具体测算过程如下:硅基负极在特斯拉4680电池上的应用推演,我们做如下假设:1)4680电池渗透率:4680将在ModelS/X和未来的Cybertruck小产量车型中广泛应用,在热门车型Model3/Y中渗透率在2023年加速,在2025年将达到40%;2)硅负极价格:我们给予22年硅基负极的均价15万元(考虑动力电池优先选用制备成本更高的硅氧负极,且享受新产品溢价),未来随技术成熟掺硅量逐步提高,硅负极价格将随掺硅量提高而增加,但随规模效应和技术降本,长期价格将会下降。我们预计2025年4680电池驱动硅基负极市场空间将达到183.7亿元。图表38特斯拉4680电池驱动硅基负极市场空间预测2020A2021A2022E2023E2024E2025E特斯拉总产量(万辆)49.793180290400480ModelS/X(万辆)5.56102030401865(%)100%100%60%40%20%0%4680(%)0%0%40%60%80%100%Cybertruck(万辆)10305060%27%8.00%4.00%1%炭黑碳纳米管石墨烯导电石墨其他29%61%7%2%1%炭黑碳纳米管石墨烯导电石墨其他[Table_CompanyRptType]行业研究敬请参阅末页重要声明及评级说明21/26证券研究报告4680(%)100%100%100%Model3(万辆)37.254901501902202170(%)92%64%55%43%40%20%4680(%)5%12%20%40%LFP8%36%40%45%40%40%ModelY(万辆)733801101501702170(%)100%68%60%53%45%25%4680(%)5%12%20%40%LFP32%35%35%35%35%电池容量(KWh)ModelS/X9898105108110112Cybertruck150150155Model3606060656870ModelY7777778082854680总需求(GWh)1050122242掺硅比重6%8%10%12%电池比容量(mAh/g)5436086727374680硅基负极需求(万吨)0.62.96.311.5硅基负极价格(万元/吨)1516.617164680驱动硅基负极市场空间(亿元)9.648107.8183.7资料来源:华安证券研究所测算除特斯拉主导使用的4680大圆柱电池所带来的硅基负极市场,我们预计硅基负极也将在2022年之后在其他动力领域有所运用(主要在高镍三元)。我们预测2025年其他动力用硅基负极市场空间为67.7亿元。图表39除特斯拉4680电池外动力用硅基负极市场空间预测2021A2022E2023E2024E2025E动力电池需求(GWh)3205007259781175特斯拉用动力电池需求(GWh)63.69126.1222.1330.2420.8其他动力电池需求(GWh)256.3373.9502.9648.6753.7高镍三元占比20%27.5%32.5%35%37.5%高镍三元电池需求(GWh)51.26102.82163.44226.99282.64硅基负极在高镍三元电池中的渗透率10%20%35%掺硅比重8%10%12%比容量(mAh/g)608672737其他动力用硅基负极需求(万吨)0.82.14.2硅基负极单价(万元/吨)16.61716其他动力用硅负极市场空间(亿元)14.136.267.7资料来源:华安证券研究所测算[Table_CompanyRptType]行业研究敬请参阅末页重要声明及评级说明22/26证券研究报告传统消费用硅基负极将保持稳健发展。我们将小动力、电动工具等纳入消费用硅基负极考虑,并作出如下假设:1)消费电池增长率:未来消费电池的需求将目前10%左右的增速;2)消费用硅基负极渗透率:预计消费用硅基负极将率先在海外高端数码产品、大功率电动工具中广泛应用,在2024年迎来渗透率加速提升的拐点,2025年达到35%。我们预计2025年消费用硅基负极市场空间为46.1亿元。图表40消费用硅基负极市场空间预测2021A2022E2023E2024E2025E全球消费电池需求(GWh)120132145160176中国消费电池出货量(GWh)707784.793.2102.5增长率(%)10%10%10%10%海外消费电池出货量(GWh)505560.566.673.2增长率(%)10%10%10%10%消费用硅基负极渗透率(%)14%17%20%25%35%掺硅比重4%6%8%10%10%电池比容量(mAh/g)479543608672672消费用硅基负极需求(万吨)1.11.32.13.15.4硅基负极价格(万元/吨)151516.61716消费用硅基负极市场空间16.619.52531.846.1资料来源:华安证券研究所测算4.2衍生材料市场空间测算硅基负极放量将驱动相关衍生材料的发展,为测算各衍生材料的市场空间,我们分别做如下假设:碳纳米管:1)市场空间测算方式:这里我们主要考虑碳纳米管粉体市场空间,暂不考虑浆料,目前多壁碳纳米管用在正极,而随着硅基负极放量,需要在硅基负极中添加单壁碳管导电剂,因此我们测算的碳纳米管粉体的总体市场由正极添加的多壁碳管+负极添加的单壁碳管;2)多壁碳纳米管粉体均价:2020年多壁碳纳米管粉体的均价36万元/吨,2021年多壁碳管粉体的均价在22万元/吨,我们假设今年均价在25万吨,之后价格有小幅回落。我们预计2025年碳纳米管粉体市场空间将达到73亿元。PAA:PAA添加量以负极质量为依据,假设1)PAA添加量:目前PAA在负极的添加量在1-3%之间,假设1.5%添加量不变;2)PAA价格:短期受益于产能限制将有所提升,但其他应用场景PAA有望转型,未来价格将会下降。我们预计2025年PAA粘结剂市场空间将达到51.3亿元。补锂剂:1)补锂剂在正负极选择:目前正极补锂剂技术较为成熟,因此我们选择正极补锂剂来进行测算;2)补锂剂在正极添加量:目前正极补锂剂在正极材料中占比为2%,[Table_CompanyRptType]行业研究敬请参阅末页重要声明及评级说明23/26证券研究报告我们假设添加量保持不变;3)补锂剂价格:与上游锂价格相关,目前锂处于价格高位,未来价格将随着锂供给增加而有所回调。我们预计2025年补锂剂市场空间将达到34.2亿元。图表41衍生材料(碳纳米管、PAA、补锂剂)市场空间预测2022E2023E2024E2025E全球锂电池出货量(GWh)800112015001900正极材料出货量(万吨)160224300380多壁碳纳米管粉体添加比例1.8%2%2%2%多壁碳纳米管均价(万元/吨)25222020多壁碳纳米管粉体渗透率(%)25%30%34%37%多碳纳米管粉体需求量(万吨)0.721.342.042.81多壁碳纳米管粉体市场空间(亿元)1829.640.856.2硅基负极出货量(万吨)1.95.210.318.6单壁碳管添加量0.10%0.10%0.10%0.10%单壁碳管粉体出货量(万吨)1000950900900单壁碳管粉体价格(万元/吨)0.0020.0050.0100.019单壁碳管粉体市场空间(亿元)1.95.09.316.7碳纳米管粉体市场空间(亿元)19.934.650.173.0全球负极材料出货量(万吨)72100.8135171PAA单吨添加量1.5%1.5%1.5%1.5%PAA价格(万元/吨)20252220PAA市场空间(亿元)21.637.844.651.3正极材料出货量(万吨)160224300380补锂剂渗透率3%7%11%15%补锂剂在正极添加量2%2%2%2%补锂剂出货量(万吨)0.100.30.71.1补锂剂价格(万元/吨)40353030补锂剂市场空间(亿元)3.811.019.834.2资料来源:华安证券研究所测算[Table_CompanyRptType]行业研究敬请参阅末页重要声明及评级说明24/26证券研究报告5重点公司5.1贝特瑞:负极材料龙头企业,硅基负极技术领先作为国内最早量产硅基负极的企业之一,公司的硅碳负极材料已经突破至第三代产品,比容量从第一代的650mAh/g提升至第三代的1,500mAh/g,且正在开发更高容量的第四代硅碳负极材料产品。此外,公司生产的硅氧负极材料部分产品比容量也已达到1,600mAh/g以上。目前公司拥有硅负极产能3000吨,22年拟扩建2000吨形成5000吨产能,预计23年底形成产能2万吨,将成为4680电池等新需求的直接受益者。我们保守假设贝特瑞2025年拥有30%的市占率,则当年出货量将达到5.58万吨,20%的净利率可为公司贡献近18亿的利润。5.2杉杉股份:硅氧负极逐步上量,技术位居行业前列公司大力发展硅基负极领域,目前第二代硅氧产品已实现量产,主要应用于消费和电动产品,正在开发第三代硅氧以及新一代硅碳产品,为动力电池应用做准备,目前已经通过主流动力电池客户认可。公司在硅基、硬碳、软碳布局全面,卡位优势明显,公司目前已具备配套年产千吨级硅氧负极产线能力。5.3德方纳米:积极布局正极补锂的铁锂正极龙头公司主作为铁锂正极龙头,目前拥有磷酸铁锂正极产能12万吨,同时规划有23万吨产能,其中与宁德时代合资8万吨、与亿纬锂能合资10万吨,另有5万吨自有产能,预计2022年末磷酸铁锂正极产能达到35万吨左右。在新材料方面,公司积极布局建设产能,2021年9月和2022年1月分别签订年产10万吨、33万吨新型磷酸盐系正极材料生产基地项目,规划产能合计43万吨,预计10万吨新型正极产能2022年底投产,23年贡献出货量。公司率先布局补锂剂业务,于2021年9月公告计划投资35亿元建设2.5万吨补锂剂项目,正式布局补锂剂产业链。并与2022年1月进一步投资20亿元,再扩2万吨补锂剂项目,累计扩产规划4.5万吨。补锂剂主要用于提升锂电池首次效率和循环寿命,随着硅基负极需求上量,公司有望分享补锂业务高成长带来的超额受益,进一步提升盈利能力。5.4天奈科技:碳纳米管龙头企业,受益于导电剂渗透率提升公司作为碳纳米管龙头,2021年浆料出货3.3万吨,同比高增125%,国内碳纳米管浆料市占率43.4%,龙头地位稳固。公司通过工艺改进优化,单GWhCNT导电剂添加成本已比炭黑导电剂低12.4%,在硅基负极放量带动下,性价比凸显有望带动渗透率提升加速,公司将充分受益。公司的核心优势包括开发并掌握了纳米聚团流化床宏量制备碳纳米管的产业化技术,彻底解决了碳纳米管连续化宏量制备生产的世界性难题;同时是最早成功将碳纳米管通过浆料形式导入锂电池的企业之一,推动了碳纳米管在锂电池领域的广泛运用,有一系列相关技术专利储备;掌握的碳纳米管催化剂制备技术,可以保证公司产品未来的持续升级,公司储备的催化剂工艺能够更好的控制碳纳米管的管径和长径,有助于公司不断提升碳纳米管长径比,增加导电性能,于同行产品相比优势更加明显。[Table_CompanyRptType]行业研究敬请参阅末页重要声明及评级说明25/26证券研究报告风险提示:新能源汽车发展不及预期。若新能源汽车发展增速放缓不及预期,产业政策临时性变化,补贴退坡幅度和执行时间预期若发生变化,对新能源汽车产销量、造成冲击,负极企业作为上游依赖对新能源电动车销量的判断,若电动车销量不及预期,直接影响行业发展。4680进展不及预期。硅基负极在动力电池领域的放量短期依赖于4680大圆柱电池,若4680进展不及预期,将影响我们对硅基负极市场空间的判断。硅基负极进展不及预期。硅基负极的进展还依赖在其他领域的渗透以及工艺技术的持续突破,若相关技术进展出现瓶颈,将限制其进一步发展。硅基负极产能扩张不及预期。硅基负极厂商相关产能目前大多尚未形成规模,若后续出现停滞,将影响我们的判断。[Table_CompanyRptType]行业研究敬请参阅末页重要声明及评级说明26/26证券研究报告[Table_Introduction]分析师与研究助理简介华安证券新能源与汽车研究组:覆盖电新与汽车行业陈晓:华安证券新能源与汽车首席分析师,十年汽车行业从业经验,经历整车厂及零部件供应商,德国大众、大众中国、泰科电子。宋伟健:五年汽车行业研究经验,上海财经大学硕士,研究领域覆盖乘用车、商用车、汽车零部件,涵盖新能源车及传统车。牛义杰:新南威尔士大学经济与金融硕士,曾任职于银行总行授信审批部,一年行业研究经验,覆盖锂电产业链。[Table_Reputation]重要声明分析师声明本报告署名分析师具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格,以勤勉的执业态度、专业审慎的研究方法,使用合法合规的信息,独立、客观地出具本报告,本报告所采用的数据和信息均来自市场公开信息,本人对这些信息的准确性或完整性不做任何保证,也不保证所包含的信息和建议不会发生任何变更。报告中的信息和意见仅供参考。本人过去不曾与、现在不与、未来也将不会因本报告中的具体推荐意见或观点而直接或间接收任何形式的补偿,分析结论不受任何第三方的授意或影响,特此声明。免责声明华安证券股份有限公司经中国证券监督管理委员会批准,已具备证券投资咨询业务资格。本报告由华安证券股份有限公司在中华人民共和国(不包括香港、澳门、台湾)提供。本报告中的信息均来源于合规渠道,华安证券研究所力求准确、可靠,但对这些信息的准确性及完整性均不做任何保证。在任何情况下,本报告中的信息或表述的意见均不构成对任何人的投资建议。在任何情况下,本公司、本公司员工或者关联机构不承诺投资者一定获利,不与投资者分享投资收益,也不对任何人因使用本报告中的任何内容所引致的任何损失负任何责任。投资者务必注意,其据此做出的任何投资决策与本公司、本公司员工或者关联机构无关。华安证券及其所属关联机构可能会持有报告中提到的公司所发行的证券并进行交易,还可能为这些公司提供投资银行服务或其他服务。本报告仅向特定客户传送,未经华安证券研究所书面授权,本研究报告的任何部分均不得以任何方式制作任何形式的拷贝、复印件或复制品,或再次分发给任何其他人,或以任何侵犯本公司版权的其他方式使用。如欲引用或转载本文内容,务必联络华安证券研究所并获得许可,并需注明出处为华安证券研究所,且不得对本文进行有悖原意的引用和删改。如未经本公司授权,私自转载或者转发本报告,所引起的一切后果及法律责任由私自转载或转发者承担。本公司并保留追究其法律责任的权利。[Table_RankIntroduction]投资评级说明以本报告发布之日起6个月内,证券(或行业指数)相对于同期相关证券市场代表性指数的涨跌幅作为基准,A股以沪深300指数为基准;新三板市场以三板成指(针对协议转让标的)或三板做市指数(针对做市转让标的)为基准;香港市场以恒生指数为基准;美国市场以纳斯达克指数或标普500指数为基准。定义如下:行业评级体系增持—未来6个月的投资收益率领先市场基准指数5%以上;中性—未来6个月的投资收益率与市场基准指数的变动幅度相差-5%至5%;减持—未来6个月的投资收益率落后市场基准指数5%以上;公司评级体系买入—未来6-12个月的投资收益率领先市场基准指数15%以上;增持—未来6-12个月的投资收益率领先市场基准指数5%至15%;中性—未来6-12个月的投资收益率与市场基准指数的变动幅度相差-5%至5%;减持—未来6-12个月的投资收益率落后市场基准指数5%至;卖出—未来6-12个月的投资收益率落后市场基准指数15%以上;无评级—因无法获取必要的资料,或者公司面临无法预见结果的重大不确定性事件,或者其他原因,致使无法给出明确的投资评级。

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