中國粉體網(wǎng)訊 汽車電動化加速,，人造石墨需求拉動石墨化增長。石墨化是將熱力學(xué)不穩(wěn)定的炭原子向石墨晶體結(jié)構(gòu)有序轉(zhuǎn)化的過程,，是人造石墨負(fù)極制備的核心工序,，一定程度上決定了人造石墨產(chǎn)品品質(zhì)和質(zhì)量穩(wěn)定性。石墨化下游主要為石墨電極和鋰電用石墨負(fù)極,，早期石墨化需求主要由制造鋼鐵冶煉所需的石墨電極帶動,，自負(fù)極材料企業(yè)掌握對焦類原材料進(jìn)行石墨化加工以來，受益汽車電動化爆發(fā)的人造石墨負(fù)極材料需求成為推動石墨化發(fā)展的主要推手,。22年上半年我國鋰電負(fù)極材料出貨量54.0萬噸,，同比增長68.8%，其中人造石墨占比持續(xù)提升,，已達(dá)到85%,。我們測算，25年全球?qū)κ男枨蠹s為240萬噸,，CAGR 36.6%,。
負(fù)極龍頭貢獻(xiàn)新增供給，釋放石墨化逐漸緩解的信號,。起初,，負(fù)極材料廠商的石墨化加工以外協(xié)為主，21年鋰電需求爆發(fā)式增長疊加能耗雙控等因素帶動石墨化加工供不應(yīng)求價(jià)格上漲,，至22年7月底石墨化價(jià)格已上漲至2.8萬元/噸,，較21年低點(diǎn)上漲86.7%。出于降本和保障供應(yīng)鏈的因素,，負(fù)極廠商紛紛通過自建,、收購或參股石墨化加工廠的方式完善負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)鏈條，以期獲得更大的競爭優(yōu)勢,。我們測算,，21年頭部負(fù)極企業(yè)外協(xié)石墨化需求24萬噸，較20年增長82%,。隨著頭部負(fù)極企業(yè)自建石墨化產(chǎn)能的逐步落地,；預(yù)計(jì)22年外協(xié)石墨化需求為33萬噸，增速放緩至36%,；23年外協(xié)石墨化需求31萬噸,，同比下滑7%,。同時(shí)，頭部企業(yè)引領(lǐng)廂式爐和連續(xù)石墨化等石墨化工藝迭代有望進(jìn)一步推動石墨化行業(yè)降本增效,。
一體化加碼帶來降本空間,，負(fù)極企業(yè)獲得盈利彈性。由于負(fù)極產(chǎn)品漲價(jià)存在一定時(shí)滯且大部分負(fù)極企業(yè)石墨化自給率有限,，21年以來負(fù)極企業(yè)受石墨化漲價(jià)沖擊毛利率均有所下滑,。隨著頭部負(fù)極企業(yè)石墨化產(chǎn)能逐步投產(chǎn)，我們預(yù)計(jì)負(fù)極企業(yè)有望明顯受益自身石墨化自給率提升及行業(yè)石墨化價(jià)格下降帶來的盈利改善,。
1.汽車電動化加速,，人造石墨成首選
海內(nèi)外共振，全球汽車電動化趨勢明顯,。根據(jù)EV Sales數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),，2012-2021年全球新能源汽車銷量從12.5萬輛增長至675萬輛，CAGR 55.7%,。同時(shí),，全球新能源汽車滲透率穩(wěn)步提升，2021年全球滲透率達(dá)到8.3%,，較2020年提升4.1個(gè)pct,。2022年第一季度，全球新能源汽車銷量達(dá)到206.1萬輛,，同比增長77%,，滲透率達(dá)到11.2%。其中,，中國整體新能源汽車銷量達(dá)到125.7萬輛,，同比增長142.7%，滲透率達(dá)到19.2%,；歐洲整體新能源汽車銷量達(dá)到56.2萬輛,，同比增長23.7%，滲透率達(dá)到20.4%,；美國新能源乘用車銷量達(dá)到21.6萬輛,，同比增長71.8%，滲透率達(dá)到6.5%,。
新能源汽車銷量快速增長,，推動鋰離子動力電池行業(yè)持續(xù)景氣。2021年,，全球動力電池裝機(jī)量快速攀升,，達(dá)到297 GWh，約占全球鋰電池總需求量的62%,。2022年上半年,，全球動力電池裝機(jī)量達(dá)到202 GWh,，同比增長76.0%。其中,，國內(nèi)動力電池裝機(jī)量達(dá)到110 GWh，同比增長109.8%,，占比全球超過5成,。
負(fù)極材料出貨量保持快速提升，中國市占率領(lǐng)銜全球,。根據(jù)GGII數(shù)據(jù),，2017-2021年中國負(fù)極材料出貨量CAGR達(dá)49.0%；2021年我國負(fù)極材料出貨量達(dá)到72.0萬噸,，同比增長97.3%,，占全球總出貨量的比例由2020年的77%提高到2021年的86%。2022年上半年我國鋰電負(fù)極材料出貨量54.0萬噸,，同比增長68.8%,。
受益汽車電動化，人造石墨負(fù)極成為主要的負(fù)極材料品種,。目前鋰離子電池負(fù)極材料包括天然石墨材料,、人造石墨材料、硅基及其他負(fù)極材料,；主流的負(fù)極材料為天然石墨材料和人造石墨材料,，鑒于兩者材料在成本、能量密度,、循環(huán)壽命,、快充倍率、加工性能等因素的差異,，目前前者主要用于消費(fèi)電子領(lǐng)域,，后者逐步成為動力電池負(fù)極材料首選。
人造石墨在負(fù)極材料出貨量中的占比逐年提高,。根據(jù)GGII統(tǒng)計(jì),，我國人造石墨的出貨量由2017的10.1萬噸上升到2021年的60.5萬噸，CAGR 56.4%,，在負(fù)極材料中占比從2017年的69.2%上升到2021年的84.0%,。2022年上半年我國人造石墨市場占比為85%，占比進(jìn)一步提升,。
2.人造石墨需求拉動,，石墨化成“卡脖子”環(huán)節(jié)
2.1 石墨化：人造石墨生產(chǎn)重要環(huán)節(jié)，構(gòu)建產(chǎn)品品質(zhì)保證
石墨化是人造石墨制備中的核心工序,，構(gòu)建產(chǎn)品性能品質(zhì)保證,。石墨具備良好的電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率,，其平面六角的層狀結(jié)構(gòu)和較低的充放電電壓十分適合Li+的脫嵌運(yùn)動，是目前較為理想的負(fù)極材料,。石墨化是將熱力學(xué)不穩(wěn)定的炭原子實(shí)現(xiàn)由亂層結(jié)構(gòu)向石墨晶體結(jié)構(gòu)的有序轉(zhuǎn)化的過程,。人造石墨以石油焦或針狀焦為主要原料，在高溫電爐內(nèi)保護(hù)性介質(zhì)（多為氮?dú)猓┲屑訜岬?800 ℃以上,，改變焦類材料的空間結(jié)構(gòu),，使之具備良好的體積密度、導(dǎo)電率,、導(dǎo)熱率,、抗腐蝕性能及機(jī)械加工性能。應(yīng)該說,，石墨化在一定程度上決定了人造石墨產(chǎn)品的品質(zhì)和質(zhì)量的穩(wěn)定性,。
石墨化約占人造石墨負(fù)極成本50%，企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)保證石墨化環(huán)節(jié)質(zhì)量,。石墨化工藝流程主要包括鋪爐底,、砌爐芯、負(fù)極材料前驅(qū)體及保溫料體的裝爐,、送電,、冷卻、出爐,、包裝等過程,。一個(gè)周期石墨化一般要20-30天，其中送電升溫用時(shí)40-100小時(shí)是石墨化工序的關(guān)鍵環(huán)節(jié),。為得到較好的石墨化效果,，企業(yè)需要根據(jù)電阻材料性能的不同，調(diào)整物料間的距離,；且需要根據(jù)石墨化爐的容量和產(chǎn)品規(guī)格,，調(diào)整通電曲線，控制石墨化過程中升溫和降溫的速率,。由于加工過程中看不到爐中的反應(yīng)情況,，無法返工，因此,，廠商的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)在石墨化環(huán)節(jié)非常重要,。由于整個(gè)環(huán)節(jié)需要高溫，能耗較高,，石墨化工序約占人造石墨負(fù)極成本50%,。
2.2 石墨化需求：人造石墨材料高增長拉動需求
早期石墨化需求主要由用于制造鋼鐵冶煉所需的石墨電極帶動，自負(fù)極材料企業(yè)掌握利用石墨化工藝對焦類原材料進(jìn)行石墨化加工以來,，人造石墨負(fù)極材料需求快速增加成為推動石墨化發(fā)展的主要推手,。
石墨電極主要用于電爐煉鋼,、工業(yè)硅、磨料,、黃磷等行業(yè),，電爐鋼占比提升拉動石墨電極需求增長。2021年中國石墨電極產(chǎn)量為108萬噸,，中國石墨電極總需求量達(dá)到107.2萬噸,，其中出口量達(dá)到37萬噸(占比34.5%)，國內(nèi)電極需求量約70.2萬噸(占比65.5%),。國內(nèi)鋼鐵行業(yè)電極需求量約47.3萬噸(占比44.1%)，主要用于電爐煉鋼和爐外精煉,。由于電爐煉鋼相比高爐煉鋼更加環(huán)保,，在碳中和背景下，電爐鋼占比提升有望拉動石墨電極需求,。根據(jù)Mysteel統(tǒng)計(jì),，2021年我國粗鋼產(chǎn)量10.50億噸，其中電弧爐鋼占粗鋼總產(chǎn)量的10.9%,，約為1.15億噸,。2022年1月，工信部,、發(fā)改委,、生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于推動鋼鐵工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》提出“有序引導(dǎo)短流程煉鋼（電爐）”，談及爭取在“十四五”末(2025年)實(shí)現(xiàn)“電爐鋼產(chǎn)量占粗鋼總產(chǎn)量比例提升至15%以上,，力爭達(dá)到20%”的目標(biāo),。考慮到目前我國鋼材消費(fèi)逐漸接近峰值,，且粗鋼產(chǎn)量受控,，若考慮2025年我國鋼材消費(fèi)5%下滑且電爐鋼比例提升至20%，則2025年我國電爐煉鋼石墨電極需求量將提升至82.4萬噸,。假設(shè)出口,，金屬硅等其他方面需求量3%的平穩(wěn)增長，則2025年中國石墨電極總需求量約為150萬噸,，CAGR 8.8%,。
人造石墨負(fù)極材料成為拉動石墨化需求主力。根據(jù)Wood Mackenzie統(tǒng)計(jì),，2021年計(jì)劃產(chǎn)能排名前15位的動力電池廠商共投產(chǎn)約200 GWh,，累計(jì)產(chǎn)能達(dá)到600 GWh。同時(shí),，3000 GWh處于規(guī)劃或建設(shè)階段,。我們預(yù)計(jì),，2025年全球鋰電池需求量有望達(dá)到2108 GWh，對應(yīng)的負(fù)極材料需求量約為253萬噸,，若考慮人造石墨占比85%,，則人造石墨的需求量約為215萬噸�,；谑�90%的收率假設(shè),，2025年對石墨化的需求約為239萬噸，CAGR 36.9%,。
2.3 石墨化供給：負(fù)級龍頭企業(yè)一體化產(chǎn)能貢獻(xiàn)新增供給
石墨化屬于高耗能行業(yè),，國內(nèi)負(fù)極石墨化產(chǎn)能主要位于電價(jià)較低地區(qū)。石墨化是通過高溫?zé)崽幚韺?shí)現(xiàn)對原子重排及結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的過程,，單噸物料石墨化處理約需要7000-14000度電,，故電費(fèi)在石墨化成本中占比高達(dá)40%。從地域上看,，負(fù)極石墨化產(chǎn)能主要分布在內(nèi)蒙古,、四川、山西等地電價(jià)較低區(qū)域,。
起初,，負(fù)極材料廠商的石墨化加工環(huán)節(jié)以外協(xié)為主。主要原因是：1)對石墨化產(chǎn)品的理化指標(biāo)如比容量,、壓實(shí)密度,、石墨化度、磁性物質(zhì)含量等的檢測屬于標(biāo)準(zhǔn)檢測手段,，負(fù)極材料廠商可以通過對石墨化產(chǎn)品理化指標(biāo)的控制以確保委外加工的質(zhì)量滿足要求,；2)石墨化產(chǎn)能建設(shè)所需的固定資產(chǎn)投資較大，且石墨化加工產(chǎn)生的副產(chǎn)品的處置需要穩(wěn)定的鋼廠,、鋁廠客戶資源,；3)石墨化、原料粉碎工藝均是碳素行業(yè)傳統(tǒng)成熟的工藝,，可選擇外協(xié)加工的廠商比較多,，不存在對個(gè)別廠商的重大依賴情況。
21年開始,，以自建石墨化產(chǎn)能為主的一體化模式逐漸成為負(fù)極行業(yè)的產(chǎn)業(yè)趨勢,。自2021年來，鋰離子電池市場需求爆發(fā)式增長為負(fù)極材料行業(yè)帶來了較大的發(fā)展契機(jī),，也帶動石墨化加工供不應(yīng)求,。出于降本和保障供應(yīng)鏈的因素，負(fù)極材料廠商紛紛通過自建、收購或者參股石墨化加工廠,，完善負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)鏈條,，以期獲得更大的競爭優(yōu)勢。
頭部負(fù)極企業(yè)石墨化產(chǎn)能逐步投產(chǎn),，釋放石墨化逐漸緩解的信號,。近年來負(fù)極行業(yè)一體化趨勢日益提速，我們選取負(fù)極頭部“四大三小”企業(yè)進(jìn)行分析,，2021年負(fù)極行業(yè)處于石墨化短缺最為嚴(yán)重階段,，頭部負(fù)極企業(yè)外協(xié)石墨化需求24萬噸，較2020年增長82%,。隨著頭部負(fù)極企業(yè)自建石墨化產(chǎn)能的逐步落地,，我們預(yù)計(jì)2022年外協(xié)石墨化需求為33萬噸，增速放緩至36%,，2023年外協(xié)石墨化需求則有望相較2022年減少至31萬噸,，同比下滑7%。行業(yè)方面,，根據(jù)炭素邦統(tǒng)計(jì),，2022年石墨化行業(yè)預(yù)計(jì)新增產(chǎn)能30-40萬噸,，加上2021年年底石墨化80-90萬噸的總產(chǎn)能,，2022年石墨化行業(yè)產(chǎn)能有望達(dá)到130-140萬噸，基本滿足負(fù)極材料需求,。
2.4 石墨化工藝創(chuàng)新：箱式爐,、連續(xù)石墨化引領(lǐng)降本提效
艾奇遜爐坩堝法是目前石墨化主流生產(chǎn)工藝。按照加熱方法不同,，石墨化主要有間歇式和連續(xù)式兩種生產(chǎn)工藝,。間歇式石墨化過程中物料需要經(jīng)歷裝爐、升溫,、石墨化,、降溫?cái)嚯姵鰻t等工序。以目前主流的艾奇遜爐為例,，石墨化過程主要包括將負(fù)極材料均勻放入石墨坩堝內(nèi),，再通過天車吊起平放入石墨化爐中，將電阻料放入爐芯處石墨坩堝外圍,，再包覆保溫料,，將爐體填滿，即完成裝爐,。將爐體裝滿后,，即進(jìn)入電加熱過程，通過石墨化爐兩側(cè)的電極進(jìn)行通電加熱,，在爐內(nèi)達(dá)到一定溫度后加蓋爐頂并設(shè)置集氣罩,，爐內(nèi)溫度將繼續(xù)升至2800 - 3000 ℃,，最終將坩堝內(nèi)含碳物質(zhì)在高溫?zé)崽幚硐拢瑢?shí)現(xiàn)減少無定型碳微晶結(jié)構(gòu)邊緣雜質(zhì),，使其具備石墨晶體結(jié)構(gòu)特征,。通電加熱結(jié)束后，將爐頂打開,，靜置冷卻至材料恢復(fù)常溫,，即結(jié)束該生產(chǎn)過程。通常情況下,，石墨化工序或提純工序一個(gè)周期將達(dá)到15-22天,。
廂式法大幅提高單爐量，降低能耗,，頭部負(fù)極企業(yè)逐步導(dǎo)入,。石墨化工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一是裝爐，廂式爐工藝相較于坩堝法可以提高單爐裝爐量,。廂式爐工藝將整個(gè)爐芯空間分成若干個(gè)等容積腔室,，負(fù)極材料直接放置于石墨板材所圍成的廂體空間中，石墨板材具有導(dǎo)電性,，廂體通電后自身發(fā)熱,，在作為負(fù)極材料容器的同時(shí)能夠達(dá)到材料加熱的目的。廂式爐工藝避免了負(fù)極材料重復(fù)裝入,、裝出坩堝工作,，且由于廂體自身材質(zhì)及形狀特點(diǎn)，廂體之間無需添加保溫電阻料,，僅需保留廂體四周與爐壁之間的保溫材料,，增大了爐內(nèi)負(fù)極材料的有效容積及使用效率。根據(jù)璞泰來定增回復(fù)函,，箱式爐工藝可以使單爐有效容積成倍增加,，于此同時(shí)總耗電量僅增加約10%，從而帶來產(chǎn)品單位耗電降低40%-50%左右,。與坩堝裝填方式相比,，廂式法工藝廂板拼接過程精度較高，裝料吸料操作難度加大,，加熱過程需更加精確地控制送電曲線及溫度測量,，所以整體對石墨化工藝掌握程度及技術(shù)優(yōu)化水平要求較高，目前行業(yè)內(nèi)僅有貝特瑞,、璞泰來,、杉杉股份、凱金能源、翔豐華等少數(shù)頭部企業(yè)掌握并規(guī)�,；褂�,。
連續(xù)式石墨化具有成本、效率,、環(huán)保等方面的優(yōu)勢,，成為產(chǎn)業(yè)化探索新方向。連續(xù)式石墨化生產(chǎn)過程中沒有斷電,，石墨原料經(jīng)過一系列的溫區(qū)從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)石墨化,。其原理是先將備好的粒度為1~30 mm的散狀石油焦由上料裝置送入進(jìn)料斗，經(jīng)過干燥,、煅燒階段,，將產(chǎn)生的蒸汽和揮發(fā)分排出；而后進(jìn)入高溫區(qū)完成石墨化,；最終進(jìn)入爐底冷卻器,，冷卻到200~300 ℃時(shí)，打開冷卻器底部的閘板出料,，自然冷卻至室溫,。連續(xù)石墨化具備以下優(yōu)勢：
1)熱能利用率更高(連續(xù)法25%，艾奇遜法10-15%),；
2)生產(chǎn)輔料節(jié)約,，設(shè)備法幾乎不消耗輔料，艾奇遜法沒生產(chǎn)1噸產(chǎn)品大概消耗4噸輔料,；
3)廢氣集中處理,，對環(huán)境友好,，連續(xù)法生產(chǎn)過程密閉,，由專門的輔機(jī)收集處理廢氣，艾奇遜法是敞開式冶煉環(huán)境,，無法有效收集廢氣）,；
4)碳排放很低，設(shè)備法僅為艾奇遜法碳排放當(dāng)量的25%,；
5)設(shè)備法生產(chǎn)組織模式具有連續(xù)性，中間產(chǎn)品“不落地”,，節(jié)省大量人力、運(yùn)輸運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用,。根據(jù)山河智能反饋，行業(yè)艾奇遜法平均耗電8000-14000度/噸,，而連續(xù)法耗電量將比傳統(tǒng)艾奇遜法降低30%左右且輔料大大減少,。但目前看實(shí)現(xiàn)連續(xù)石墨化升溫至2800度以上相對困難，且由于其生產(chǎn)過程密閉雜質(zhì)氣化易使?fàn)t內(nèi)壓力過高,。目前貝特瑞,、山河智能等企業(yè)在嘗試突破中。
3.一體化加碼帶來降本空間，負(fù)極企業(yè)獲得盈利彈性
3.1 石墨化市場回顧：價(jià)格大幅上漲,，負(fù)極企業(yè)盈利面臨壓力
石墨化漲價(jià)影響負(fù)極企業(yè)盈利,，近期價(jià)格有所回落,。2021年下半年開始,，負(fù)極材料需求爆發(fā)疊加能耗雙控政策等因素推升石墨化價(jià)格迅速上漲，至2022年7月底石墨化價(jià)格已上漲至2.8萬元/噸,，較2021年最低點(diǎn)價(jià)格上漲86.7%,。從2021年和2022年上半年負(fù)極企業(yè)毛利率來看,，由于負(fù)極漲價(jià)存在一定時(shí)滯且大部分企業(yè)石墨化自給率有限,，負(fù)極材料企業(yè)毛利率均有所下滑,，石墨化價(jià)格上漲對成本造成了一定的影響,。進(jìn)入2022年8月以來,，石墨化價(jià)格減少1000元/噸至于2.7萬/噸,，已有所回落,。
3.2 一體化提升石墨自給率,，負(fù)極企業(yè)盈利有望提升
石墨一體化推動負(fù)極企業(yè)降本突破。石墨化成本在人造石墨負(fù)極材料加工成本中占比約50%,，早期負(fù)極材料企業(yè)主要以委外石墨化加工的方式生產(chǎn)，隨著頭部負(fù)極企業(yè)在負(fù)極諸多工序技術(shù)的逐漸成熟,，石墨化工序成為成本控制的有力突破點(diǎn),。參考尚太科技招股說明書為例,，若參考2020年企業(yè)經(jīng)營情況并假設(shè)石墨化價(jià)格/成本分別為2.00/1.00萬元/噸和2.50/1.00萬元/噸,，則自給率從50%提升至70%將帶動相應(yīng)毛利率分別提升8.66 pct/12.86 pct。
3.3 一體化投產(chǎn)釋放供給緩解信號,，負(fù)極企業(yè)盈利有望修復(fù)
石墨一體化產(chǎn)能逐步落地將釋放供給緩解信號,�,？紤]到22年下半年頭部負(fù)極材料企業(yè)石墨一體化產(chǎn)能的逐步投產(chǎn)，石墨化環(huán)節(jié)供需緊張的預(yù)期有望得到緩解，疊加石墨化行業(yè)自身產(chǎn)能端的釋放,，我們預(yù)計(jì),，往后看石墨化價(jià)格將有所回落,，推動負(fù)極企業(yè)盈利能力的改善,。
石墨化價(jià)格下降對負(fù)極材料企業(yè)盈利提升顯著,。我們選取璞泰來、杉杉股份,、中科電氣,、翔豐華,、貝特瑞頭部五家負(fù)極材料企業(yè),，若假設(shè)石墨化價(jià)格分別下跌5%/10% 的情況，則相應(yīng)毛利率將有望分別提升2.13%/0.48%/2.20%/1.75%/0.99%和4.27%/0.95%/4.40%/3.49%/ 1.97%,，考慮到企業(yè)10-20%凈利率,，則石墨化價(jià)格下降貢獻(xiàn)盈利端彈性明顯,。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/蘇簡）
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