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2021锂电负极石墨化行业研究报告

行业研究报告 | 提供各行业研究报告。 2021/11/22 14:36
专项研究 平安证券 2021 券商

 

导语

石墨化加工最初起源于碳素制品行业,是生产石墨电极的必备工序,市场上存在诸多专业的石墨化加工企业;另一方面,碳材料经石墨化加工后用于负极材料制备。

 

来源:平安证券 作者:朱栋、皮秀

一、 石墨化是什么?

石墨化是人造石墨关键工序。 石墨化加工最初起源于碳素制品行业,是生产石墨电极的必备工序,市场上存在诸多专业的石墨化加工企业;另一方面,碳材料经石墨化加工后用于负极材料制备。石墨化生产的基本原理是:在一个密闭的炉窑内,通过石墨电极向炉窑内的电阻料通电,在炉窑的核心区形成电弧及电流,使核心区的温度达到 2400℃以上,在高温条件下, 碳原子由热力学上不稳定的二维无序重叠排列转变为三维有序重叠排列,获得石墨高导电、高导热、耐腐蚀、耐摩擦等的性 能,是人造石墨必备工序之一。

新知达人, 2021锂电负极石墨化行业研究报告

石墨化加工工艺过程包括清炉、装炉、通电、冷却、卸炉等步骤,单次生产周期一般在 15-30 天,其中通电时间一般 2-3 天,而冷却过程花费时间较长。每组石墨化炉中一般有一台处于通电状态,其他几台炉分别处于装炉、冷却、卸炉操作中, 以提升生产效率。石墨化通电环节中无固定升温方式,需要根据原材料产地、石墨化炉容量、成品特性决定加工曲线送电图;煅烧升降温的过程没有逻辑性公式,加工中上层电阻料看不到任何反应且无法返工,因此依赖于各厂商的生产经验积累。通 电环节对产品良率和电耗水平有较大影响,经验丰富的厂商有一定的成本优势。

传统坩埚工艺能耗较高 。目前石墨化环节普遍采用艾奇逊石墨化炉,该工艺属于间歇式直流电间接加热,将待加工的负极材料装填于圆柱形或方形的石墨坩埚中,再将坩埚摆放于炉内进行加热,同时需在坩埚间填充石油焦作为导电材料及保温料, 使炉内构成电流回路。其技术路线成熟,装料、吸料工序复杂程度及炉内坩埚摆放精度要求适中,可操作性较强;但艾奇逊 石墨化炉的本身能耗较高,只有 30%的电能被用于制品石墨化,并且还伴随着有害气体的排放,过程中消耗大量的辅料, 有较高的成本压力。

厢式炉提升单炉装炉量,降低电耗和辅料用量。 厢式炉以艾奇逊石墨化炉为基础,在炉内设置炭板箱体,相当于坩埚尺寸放 大,利用箱体及物料发热,其本质是通过增加单炉装炉量提高炉内空间的使用效率,同时降低保温电阻料的用量,降低耗电量和原材料成本、提升企业盈利能力。根据璞泰来定增回复函的披露,兴丰厢式炉工艺单炉装炉量是传统坩埚工艺的两倍, 而总耗电量仅增加约 10%,产品单位耗电量降低 40%-50%;厢体之间无需添加保温电阻料,仅需保留厢体四周与炉壁之间 的保温材料。

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厢式炉工艺的壁垒体现在:

1)厢式炉工艺对石墨化工艺掌握程度及技术优化水平要求较高,厢板拼接过程精度较高,装料吸料操作难度加大,加热过 程需更加精确地控制送电曲线及温度测量;与坩埚工艺相比,厢式炉生产的产品稳定性有所欠缺,对负极厂商提出了更高的 工艺控制要求。因此厢式炉提高了负极行业的技术壁垒。

2)石墨化加工过程中,不同客户、不同型号的产品对石墨化加工的要求不同,单炉单次加工过程中仅能装填同一加工要求 的产品。厢式炉装填方式下,单炉容积较大,产品调整灵活性较低,适用于单一客户和产品体量较大的项目,因此利好具备 客户体量优势的一线厂商。

厢式炉有望成为未来发展趋势。 由于厢式炉技术壁垒较高,行业内仅有少数头部企业掌握并规模化使用厢式炉工艺。在头部 企业的布局和引领下,厢式炉工艺已占 20%以上的市占率,应用不断加速,有望成为行业未来发展趋势。我们认为在负极价格长期趋势向下的背景下,石墨化工艺的改进将成为企业降本的有力措施之一,一线企业凭借先发优势、技术优势和客户 优势,有望逐渐拉开与二三线企业的盈利差距。

二、 石墨化产能有多少?

根据鑫椤锂电统计,2020年国内石墨化产能约为 70万吨,而负极材料产量仅为 46万吨,石墨化产能较为宽裕。目前国内石墨化产能超过 80万吨,即 2021年新增产能仅 10万吨左右,但今年前 8月国内负极产量已达到 43万吨,同比增长 115%, 接近 20 年全年水平,全年负极产量预计超过 70 万吨。电费占石墨化生产成本较高,因此石墨化产能一般选择工商业电费 较低的地区,国内 40%-50%的石墨化产能分布在内蒙,若考虑到双控和限电背景下以内蒙为代表的多地实际产量收缩,21 年石墨化已出现短缺。

行业内石墨化厂家主要分为三类:

1)传统的负极企业自配石墨化产能,随着一体化趋势的加深,未来负极企业自建的石墨化产能占比将持续提升;

2)跨界负极和石墨化的企业,动力电池行业的快速增长吸引了包括易成新能、山河智能、杰瑞股份等公司布局负极业务, 部分跨界企业的传统业务包括石油开采、石墨电极生产等,具有一定的业务协同性和相关性;

3)第三方加工厂,产能较大的独立第三方一般与负极大厂有较深入的绑定,例如瑞盛目前主要供给璞泰来、杉杉和贝特瑞 三家头部企业,天全福鞍与贝特瑞合资负极公司并保证石墨化的供应,杉杉参股蒙集等;除此之外,还有众多的万吨级别以 下的石墨化小厂。

根据第三方数据和我们对主要企业的产能规划统计,我们预计 2022/2023 年国内石墨化产能分别为 111、156万吨,同比增 长 35%、41%。

三、 双控限电对石墨化的影响?

21 年能耗双控形式较为严峻 。“十一五”以来,我国开始加大对能源消耗控制问题的重视,制定了能耗强度的约束性指标;“十二五”规划首次提出能源消费总量控制的要求,正式开始实施双控考核。2018年开始,能耗强度年降目标均维持在 3% 左右,但 2019实际降幅仅 2.6%,2020年仅下降 0.1%,能耗控制任务的形势较为严峻。21年 8月,国家发改委印发了《2021 年上半年各地区能耗双控目标完成情况晴雨表》,在降低能耗强度方面,今年上半年 9 个省区触一级预警,10 个省份的能 耗强度达二级预警,不及半数省区能耗强度降低进展总体顺利;文件还要求,对能耗强度降低为一级预警的省区,2021 年 暂停“两高”项目节能审查。根据隆众资讯统计,上半年一级和二级预警地区对应石墨化产能达 35.7 万吨,占全国总产能 的 43%,这些地区下半年面临更大的双控压力,限电或为最直接有效的方式,可能对石墨化的生产造成进一步的扰动。

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燃煤发电上网电价有序放开,高耗能企业电价浮动范围不受限 。国家发改委于 21 年 10 月印发《关于进一步深化燃煤发电 上网电价市场化改革的通知》,明确有序放开全部燃煤发电电量上网电价并扩大市场交易电价上下浮动范围,将燃煤发电市 场交易价格浮动范围由现行的上浮不超过 10%、下浮原则上不超过 15%,扩大为上下浮动原则上均不超过 20%,高耗能企 业市场交易电价不受上浮 20%限制,高能耗企业的用电成本将进一步抬升。(报告来源:未来智库)

内蒙电价新政出台,负极行业未享受政策优待。 21 年 3 月,鄂尔多斯市康巴什区发改委发布《内蒙古自治区发展改革委工 信厅关于调整部分行业电价政策和电力市场交易政策的通知》,将符合产业政策的大数据中心、光伏新材料及应用、稀土新 材料及应用、半导体材料、新能源汽车充电站、5G 基站、电供热等设施用电列入优先交易范围,而蓝宝石、碳纤维、石墨 电极等行业用电不再执行优先电力交易政策;

7月,内蒙工业和信息化厅发布《关于明确蒙西地区电力交易市场价格浮动上 限并调整部分行业市场交易政策相关事宜的通知》,明确表示“未列入优先交易范围的电力用户,包括目前仍执行过渡交易 政策的蓝宝石、石墨电极、化成箔、锂离子电池负极材料、碳素、陶瓷等行业电力用户,2021 年 8 月开始不再参与火电企 业挂牌交易,可以根据企业用电量情况选择参与相应的协商或竞价交易;2022 年 1 月起,上述行业电力用户不再参与新能 源发电企业交易”。同时蒙西地区开始执行高峰期限电要求,限电时间为每天晚上 7点至 10点,并严格控制企业的限电时间。

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双控限电背景下石墨化产能释放受到约束,企业用电成本上升 。双控限电政策对于石墨化的影响主要体现在:

1) 影响存量石墨化的开工率 。21 年上半年,内蒙地区的能耗双控和环保等因素叠加,负极石墨化主产区产能最多仅能释 放 85%左右,个别月份更是被压缩至 70%。目前内蒙普遍实施限电 10%-30%,尤其在石墨化产能云集的乌兰察布地区,7 月份开始企业普遍限电 30%左右。在政策的收紧下,存量石墨化产能的开工率预计将持续承压,但头部负极企业可以通过 产线的调整和工艺的改进降低单位产品的耗电量,从而保证负极出货的稳定,受到的影响相对有限。

2) 影响新建项目的建设进度 。一般新建项目的能评需要省级政府批准,能评方面审批周期拉长和通过难度的加大将影响 新项目的建设和投产进度。目前乌兰察布和四川的部分新建石墨化项目的审批受到影响,企业拿到能评的时间存在一定不确定性。

3) 影响企业的生产成本 。国家发改委和内蒙的最新电价政策将导致石墨化企业购电成本升高,下半年以来内蒙的负极和 石墨化企业电费普遍上涨 20%-30%。根据测算,电价每上涨 0.1元/kWh,将增加石墨化生产成本 1000元/吨左右,石墨化 和负极企业纷纷提价以消化电价成本的上涨压力。

四、 未来两年石墨化会很缺么?

预计 22年石墨化产能将出现硬缺口,23年接近紧平衡。为了测算石墨化供需缺口,我们假设未来两年内蒙地区的开工率为 70-80%,非内蒙地区的开工率为 80-90%,负极产量与实际需求的比例在 1.2-1.5 之间,人造石墨产量占比 80-90%,石墨 化收率 90%左右。可以得出如下结论:22年石墨化产能将出现硬缺口,23年由于负极企业的一体化项目陆续建成投产以及 跨界企业产能的投放,内蒙地区石墨化产能占全国的比例显著下降,石墨化产能缺口有望缩窄,但预计仍然维持紧平衡的 状态。

五、 石墨化价格涨了多少?

从 2010年至 2021年,除去 17~18和 20~21年这两段价格上涨期以外,国内负极石墨化价格基本在下降通道,从 2010年 的高点近 3 万元/吨下降至期间低点1.3 万元/吨左右,价格变化主要是市场供需情况演绎。

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2020 年 Q4开始:限电阻碍产能释放,价格持续反弹 。2020年负极石墨化新增产能有限,自 2020 年四季度负极材料需求 开始大幅上涨后,石墨化产能短期出现供给缺口。尽管负极大厂和在产石墨化企业持续扩产,但一方面因建设周期较长,另 外一方面在全国能耗管控的高压下,今年以来国内负极材料石墨化始终处于紧张状态,价格从 20 年最低点的 1.25 万元/吨 持续上涨,目前主流成交价格在 2.2 万元/吨以上,部分中小厂家价格更是高达 2.2-2.5万元/吨,最高涨幅已经翻倍。

2018Q4-2020Q3:石墨化产能释放,价格震荡下跌。 石墨化价格的上涨使得石墨化外协厂商纷纷扩大产能,同时也加快了 负极企业自建石墨化产能的步伐。从 2018年四季度开始,随着市场上新增石墨化加工产能逐渐释放,负极材料石墨化加工 价格开始下跌。2019年之后,新增石墨化有效产能不断加入,同时国内新能源汽车需求不及预期,导致石墨化加工价格开 始出现明显下滑。从各家负极企业披露的数据也可以看出,2018 年普遍为石墨化加工价格高点。

2017Q3-2018Q3:价格快速上涨并维持高位 。2017 年三季度开始,石墨化加工费经历了一轮快速上涨,价格从 17 年上半 年的 1.5-1.7万元左右上涨至 2.2-2.4万元,涨幅在 40%以上,主要受到几个因素的刺激:1)2016-2017 年国内新能源汽车 维持高速增长,同时达到了一定的规模体量,有效拉动锂电池负极材料需求;2)2017 年下半年环保管制趋严导致石墨化 加工有效产能释放受影响;3)国家取缔地条炼钢导致石墨电极需求大幅增加,石墨电极市场价格上涨导致石墨化产能分流, 因而负极石墨化加工产能紧缺、价格持续快速上扬。

2017年以前:价格稳定下降 。2017年以前,负极材料厂商的石墨化加工环节基本采取委外加工的方式,主要由于石墨化投 资较大,石墨化电阻料废料的处置需要稳定的钢厂、铝厂客户资源,专业性较强。国内锂电负极材料企业仅贝特瑞和杉杉股 份自建了部分石墨化加工产线,且仍有大量石墨化加工以委托加工方式开展。根据鑫椤锂电统计,2016 年国内石墨化加工 费均价在 1.5-2 万元,较 2011 年下降约 40%,总体呈现逐年下降的趋势。

六、 石墨化涨价对负极企业盈利的影响?

复盘历史:原材料涨价周期中负极毛利率普遍受损。 2017-2018 年在上游焦类和石墨化加工费全面上涨的助推下,负极出现 了少有的涨价行情,各家企业负极均价普遍在 18年创下近年来新高,但毛利率较 17 年普遍下滑;19年原材料价格回落之 后,负极均价普遍下降,但毛利率回升。中科电气和贝特瑞 18 年毛利率逆势提升,前者通过收购格瑞特将石墨化自供率由 0 提升至约 50%,同时高端人造石墨出货比例增加,共同促进盈利能力提升;后者天然石墨占比较大,成本端受到影响相对 较小,并且人造石墨部分石墨化自供比例超过 50%。总体而言,在不考虑焦类和石墨化自供率变化的情况下,负极价格的 上涨无法完全覆盖成本的增加而导致毛利率受损,焦类和石墨化价格与负极整体毛利率呈反相关。

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今年以来负极价格上涨幅度整体有限。 根据鑫椤锂电统计,从 2020 年以来,负极原材料价格上涨幅度在 50%-200%。但 21 年以来负极材料价格整体上涨幅度仅为 10%左右,并且海外客户的价格基本平稳,整体上涨幅度有限。

21年下半年企业盈利普遍承压,22年头部企业盈利或改善。 为了估算限电和原材料涨价对负极企业盈利的影响,考虑行业 内典型企业,我们假设:1H21/2H21/2022 年焦类成本分别为 0.6/0.72/0.72 万元,自产石墨化电费分别为 0.3/0.4/0.4 元,石墨化外协价格分别为 1.5/2/2.5 万元,石墨化自供率 40%/40%/70%。可以得出如下结论:

1)21 年下半年若想维持上半年的单吨盈利水平,负极价格需要上涨 10%+,在这种情况下毛利率下降约 3pct;

2)22年在保持价格不变的情况下,通过石墨化自供率的提升,单吨净利有望提升接近 3000 元,毛利率提升 5.5pct。通过 石墨化自供率的提升,负极企业可以消除石墨化涨价对外协部分的影响;若能实现顺势提价,则单吨利润会有更大的提升空间。

——END—— 

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