鋰電池是新能源汽車的“心臟”，為了提升續(xù)航、快充等能力，原材料一直在不斷改進(jìn)優(yōu)化。4C快充2024年有望加速滲透至10-20萬車型，對(duì)應(yīng)包覆負(fù)極、導(dǎo)電炭黑及硅碳負(fù)極等需求提升較大。
一、包覆石墨
負(fù)極對(duì)鋰離子的快速接收能力影響電池快充。從微觀角度看，鋰離子在正負(fù)極之間移動(dòng)就是電池的充放電過程，鋰離子在正極與負(fù)極之間的脫嵌速度便決定了電池的充電速度。充電速率增大，會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)熱的安全問題，這制約著超/快充的應(yīng)用。
瀝青包覆是當(dāng)前包覆石墨的主流方案。在負(fù)極表面進(jìn)行碳包覆可以保護(hù)負(fù)極。使用碳包覆是目前最常見的改性措施，其具體方式是以瀝青等作為包覆原料并與石墨顆?；旌虾笤俳?jīng)炭化，進(jìn)而在負(fù)極石墨表面形成碳包覆。
煤基瀝青包覆材料的優(yōu)點(diǎn)在于原料易得，成本低，但產(chǎn)品中的雜質(zhì)過高，影響負(fù)極使用壽命。石油基瀝青生產(chǎn)出的產(chǎn)品雜質(zhì)含量遠(yuǎn)低于煤基瀝青產(chǎn)品，包覆效果更佳。
不同包覆量碳包覆石墨的倍率性能（單位：%，mAh/g）
資料來源：《鋰離子電池球形石墨負(fù)極材料倍率性能研究》李紅菊等
普通電池中包覆瀝青使用比例約11%，快充電池中的需求比例將進(jìn)一步提升。石墨負(fù)極包覆瀝青的過程主要包括：一次造粒、二次造粒、石墨化、包覆碳化等，其中二次造粒、包覆碳化環(huán)節(jié)將分別添加4%-6%、5%-7%的包覆瀝青，綜合添加比例約為11%。在快充電池中，包覆瀝青的使用比例將進(jìn)一步提高，同時(shí)對(duì)高溫包覆瀝青的需求也將增加。
信德新材為行業(yè)龍頭企業(yè)，供給市場(chǎng)較為分散。信德新材為行業(yè)龍頭企業(yè)，產(chǎn)能為7萬噸/年，產(chǎn)能占比37.23%。還有遼寧鑫瑞嘉、山東常任、新疆中碳、遼寧潤(rùn)興等企業(yè)分別占有不同市場(chǎng)份額，供給市場(chǎng)較為分散。
預(yù)計(jì)2024-2026年，動(dòng)力電池對(duì)包覆瀝青總需求量分別為8.39、11.11、14.47萬噸，分別同比+40%、+32%、+30%。
除瀝青包覆以外，還能以乙炔或甲烷為碳源用 CVD 法做碳包覆；也可用液相法，包覆在負(fù)極材料表面的聚合物碳化完成碳包覆。
二、導(dǎo)電劑
導(dǎo)電劑可以提高導(dǎo)電率，快充需求將推動(dòng)導(dǎo)電劑產(chǎn)量進(jìn)一步增長(zhǎng)。碳系導(dǎo)電劑從類型上可以分為導(dǎo)電石墨、導(dǎo)電炭黑、短切碳纖維、碳納米管和石墨烯五種。據(jù)GGII數(shù)據(jù)，2021年我國(guó)動(dòng)力電池導(dǎo)電劑占比中，導(dǎo)電炭黑占比高達(dá)60%，碳納米管占比27%，石墨烯和導(dǎo)電石墨占比分別為8%和4%。
資料來源：GGII，華經(jīng)情報(bào)網(wǎng)
鋰電池爆發(fā)式增長(zhǎng)帶動(dòng)導(dǎo)電炭黑增長(zhǎng)。在鋰電池的極片制作時(shí)加入一定量的導(dǎo)電劑，可以增加導(dǎo)電性，提高電池充電效率和延長(zhǎng)電池使用壽命。
中高端導(dǎo)電炭黑長(zhǎng)期依賴進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程有望加快。海外企業(yè)（法國(guó)益瑞石?美國(guó)卡博特?日本獅王）的擴(kuò)產(chǎn)速度相對(duì)較慢。鋰電池企業(yè)最常使用的?SP 導(dǎo)電炭黑全球僅法國(guó)益瑞石供給，近年無新增產(chǎn)能投。2021-2022年價(jià)格出現(xiàn)大幅增長(zhǎng)，2023年雖有回落，導(dǎo)電炭黑價(jià)格仍保持較高水平，乙炔黑價(jià)格維持在9.25萬元/噸。
國(guó)內(nèi)的炭黑企業(yè)逐漸開始布局，22年開始加速國(guó)產(chǎn)替代，國(guó)內(nèi)企業(yè)主要包括黑貓股份?焦作和興?無錫東恒等公司。鋰電池需求增長(zhǎng)有望帶動(dòng)導(dǎo)電炭黑國(guó)產(chǎn)替代化加速。
導(dǎo)電炭黑主要以乙炔法和油爐法生產(chǎn)。相較于乙炔法，油爐法的優(yōu)勢(shì)在于反應(yīng)時(shí)間短、雜質(zhì)含量少、產(chǎn)品均一性較好，如SP的主流生產(chǎn)工藝便是采用油爐法生產(chǎn)。油爐法更適用于生產(chǎn)高性能導(dǎo)電炭黑。
三、硅碳負(fù)極
目前以石墨負(fù)極為主流，但已接近性能極限，續(xù)航和補(bǔ)能焦慮依然是制約消費(fèi)者選擇新能源汽車的關(guān)鍵要素。具備高比容量和優(yōu)異快充性能的硅基負(fù)極材料是未來最有可能大規(guī)模應(yīng)用的新型負(fù)極材料。
硅資源儲(chǔ)量豐富，硅碳材料能大幅提升電池能量密度，且安全性能高，快充性能優(yōu)異。
硅碳負(fù)極經(jīng)過近兩年的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)鏈成熟度顯著提升。
從技術(shù)層面看，2006年貝特瑞獲得第一項(xiàng)發(fā)明專利；2016年韓國(guó)研究所（UNIST）通過化學(xué)氣相沉積?CVD技術(shù)制備得到了硅碳復(fù)合材料，可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)；2022年美國(guó)Group 14推出了新一代氣相沉積硅碳材料。天目先導(dǎo)高端納米硅碳負(fù)極材料核心技術(shù)由中科院物理研究所在全球范圍內(nèi)率先提出，并成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
從行業(yè)層面看，2019年小米率先在行業(yè)內(nèi)將硅基負(fù)極材料應(yīng)用在智能手機(jī)上；2020年特斯拉4680電池發(fā)布，采用“高鎳正極+硅碳負(fù)極”組合；2023年榮耀Magic5 Pro首次在手機(jī)行業(yè)中商用硅碳負(fù)極電池技術(shù)。
2023年下半年以來，特斯拉、蔚來、智己等品牌旗下車型紛紛搭載硅碳負(fù)極動(dòng)力電池，硅碳負(fù)極高性能動(dòng)力電池裝車持續(xù)升溫。頭部電池企業(yè)率先布局硅碳負(fù)極電池產(chǎn)能，主流負(fù)極材料企業(yè)積極建設(shè)硅碳負(fù)極材料產(chǎn)能。
2023年硅碳負(fù)極材料出貨量增長(zhǎng)明顯，滲透率進(jìn)一步提升。隨著硅碳負(fù)極逐漸接替石墨作為電池負(fù)極的重要材料，以及硅碳負(fù)極材料在技術(shù)、成本方面的進(jìn)一步突破，硅碳負(fù)極逐步走向產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展趨勢(shì)。
從提升能量密度的角度出發(fā)，材料廠商傾向于氣相沉積（CVD）法的硅碳路線?，F(xiàn)有硅碳負(fù)極是用傳統(tǒng)研磨法生產(chǎn)。研磨法下硅顆粒尺寸較大（通常在100nm以上），膨脹問題難以解決，CVD法生成的復(fù)合材料膨脹率更低，循環(huán)性能得到顯著提升，可以更好的發(fā)揮硅碳負(fù)極高容量的性能優(yōu)勢(shì)，待產(chǎn)品成熟，規(guī)?；当竞笥型笈繎?yīng)用。
流化床沉積設(shè)備生產(chǎn)商主要為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)蘇州紐姆特，其連續(xù)化開發(fā)速度處于行業(yè)領(lǐng)先地位。
多孔碳的性能直接決定硅碳負(fù)極性能，且占生產(chǎn)成本的35%。氣相沉積硅碳的技術(shù)壁壘和產(chǎn)業(yè)化難點(diǎn)主要在于多孔碳的選型、沉積設(shè)備和沉積工藝三個(gè)主要方面。
其中多孔碳的性能直接決定硅碳負(fù)極性能，不同多孔碳需要和不同的石墨作為匹配，才能表現(xiàn)出良好的性能。不同場(chǎng)景下的碳骨架孔徑、孔容、孔隙率要求均不一樣，性能差異極大，需要專業(yè)的電芯設(shè)計(jì)人員配合才能完成開發(fā)。硅碳負(fù)極的主流廠家，正在解決多孔硅碳的問題，提升材料性能，加快多孔硅碳的商用化進(jìn)程。
元力股份公司依托自身活性炭生產(chǎn)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，朝新能源碳材料領(lǐng)域進(jìn)軍。公司專注于活性炭、硅酸鈉、硅膠的生產(chǎn)、銷售、研發(fā)創(chuàng)新工作，2021年公司活性炭產(chǎn)品市占率超過30%，為活性炭行業(yè)龍頭企業(yè)。公司目前將基于自身活性炭生產(chǎn)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，布局多孔碳產(chǎn)能。
快充發(fā)展大勢(shì)所趨，上游碳材料乘著東風(fēng)扶搖直上，百家爭(zhēng)鳴，迎接新的機(jī)遇。