廣義上,一切通過有機炭化再經過石墨化高溫處理得到的石墨材料均可稱為人造石墨,如炭纖維、熱解炭、泡沫石墨等。而狹義上的人造石墨通常指以雜質含量較低的炭質原料為骨料、煤瀝青等為粘結劑,經過配料、混捏、成型、炭化和石墨化等工序制得的塊狀固體材料。
石墨、人造石墨的概念
廣義上,一切通過有機炭化再經過石墨化高溫處理得到的石墨材料均可稱為人造石墨,如炭纖維、熱解炭、泡沫石墨等。而狹義上的人造石墨通常指以雜質含量較低的炭質原料為骨料、煤瀝青等為粘結劑,經過配料、混捏、成型、炭化和石墨化等工序制得的塊狀固體材料,如石墨電極、等靜壓石墨等。制造人造石墨的方法有很多種,常見的是,以主要原料是粉狀的優質煅燒石油焦,在其中加瀝青作為粘結劑,再加入少量其他輔料。各種原材料配合好以后,將其壓制成形,然后在2500~3000℃、非氧化性氣氛中處理,使之石墨化。
天然石墨:晶體發育較為完善,鱗片石墨的石墨化程度更在98%以上,而天然微晶石墨的石墨化程度通常在93%以下。人造石墨:晶體發育程度取決于原材料及熱處理溫度。一般來說,熱處理溫度越高,其石墨化程度也就越高。工業生產的人造石墨,其石墨化程度通常低于90%。
隨著其應用迅速增長,人造石墨可謂新能源行業新焦點。專家指出,與天然石墨相比,人造石墨的純度更高、性能更穩定,循環性能更好、使用壽命更長,今年兩者之間的價格差距也明顯縮小。盡管石墨電極屬于高耗能、高碳排行業,但已有新工藝正探索消除人們對其不可持續的擔憂。
在理化性質方面,天然石墨與人造石墨既有共性,也存在性能上的差異。如天然石墨與人造石墨都是熱和電的良導體,但對于相同純度和粒度的石墨粉體來說,天然鱗片石墨的傳熱性能和導電性能最好、天然微晶石墨次之,人造石墨最低。石墨具有的較好的潤滑性和一定的可塑性,天然鱗片石墨的晶體發育較完善,摩擦系數較小,潤滑性最好,可塑性最高,而致密結晶狀石墨和隱晶質石墨次之,人造石墨較差。人造石墨工藝復雜,性能指標多且難以兼顧,屬于非標品。人造石墨原料并不是石墨礦石,而是焦炭,包括石油焦和針狀焦,瀝青是粘結劑。人造石墨是將原材料和粘結劑進行破碎、造粒、石墨化、篩分而制成。
據統計,截至2020年我國針狀焦產量為50.2萬噸,同比增長12.8%。整體來看,產能充足,產能利用率低下。數據顯示,截至到2020年末,中國針狀焦總產能為149萬噸,其中油系針狀焦為69萬噸同比增長102%,煤系針狀焦為80萬噸同比增長23%;受新能源汽車與消費電子需求量推動,中國鋰電池出貨量呈增長態勢。根據數據,2021年中國鋰電池出貨量達217GWh,同比2020年增長51.7%。在政策利好與市場競爭逐漸激烈的情況下,2021年新能源汽車產銷兩旺,推動動力鋰電池出貨量的提升。
從鋰電負極材料出貨量情況來看,由于下游需求的不斷增加,我國鋰電池負極材料的出貨量逐年增加。據資料顯示,2021年我國鋰電池負極材料出貨量為72萬噸,同比2020年增長97%左右。各電池廠商根據不同時期、不同客戶對電池性能的不同要求,結合自身電池技術體系,綜合能量密度、功率密度、溫度性能、循環壽命、安全性和成本等因素選擇不同材料,人造石墨成本較低、安全性能較好同時用途廣泛,已經成為主要的負極材料,市場快速擴張,到2021年出貨量為60.5萬噸,占比負極材料84%。
根據中研普華產業研究院發布的《2023-2028年國內石墨行業發展趨勢及發展策略研究報告》顯示:
隨著人造石墨成本下降,人造石墨市占率提升,行業競爭加劇。從負極材料結構來看,2021年人造石墨占比由2019年的79%提升至84%,占據絕大部分市場。人造石墨比容量大、價格便宜,大部分動力電池和部分中高端消費電池,均選用人造石墨負極材料。
2021年在“雙碳”政策下負極材料企業進行環保生產,疊加市場需求爆發,負極材料出現供需緊張局面,天然石墨和人造石墨均價較上年均出現不同幅度上漲,分別達到了3.5萬元/噸、5.0萬元/噸,人造石墨制作環節繁多,且制作成本高,導致均價高于天然石墨。
目前來看負極材料市場已形成三大四小格局,尚未走出絕對龍頭,“三大”企業間無絕對差距,“四小”市占相近,追趕“三大”意愿強烈。天然石墨雖然具備成本和比容量的優勢,但是人造石墨在循環性能、安全性能、充放電倍率表現更為優秀,市占率目前穩定在80%以上。目前已基本完成對天然石墨的替代,從天然石墨龍頭(貝特瑞人造石墨2019年出貨約2.4萬噸)毛利狀況來看,整體利潤率持續下降,主要原因是人造石墨的持續發展。就目前國內人造石墨企業發展狀況而言,2021年國內負極材料企業強者恒強,出貨表現搶眼的依然是貝特瑞、杉杉、紫宸、凱金,年度出貨量均突破8萬噸。從產量來看,負極材料市場已經形成“4大3小”局面。
韓國浦項化學2021年12月舉行了人造石墨負極材料生產工廠第一階段竣工儀式,并進入了試運行階段,目前正在準備批量生產,預計明年將以年產1.6萬噸的規模竣工。為強化原材料、零部件、裝備等核心戰略產品的競爭力,截至本月,韓政府共投入了100億韓元的國家經費。韓政府正在討論將100大原材料、零部件、裝備等核心戰略技術從以材料、存儲器半導體為中心大幅擴大到工程技術、系統半導體等,將原材料、零部件、裝備領域的尖端研發(R&D)比重從今年的9.3%擴大到明年的20.7%等方案。
據業內知名研究機構英國基準礦業情報估計,到2025年,人造石墨將占電動汽車電池負極市場的近三分之二。印度市研機構魔多情報(Mordor Intelligence)的數據也顯示,人造石墨市場預計將在未來五年內增長40%以上,到2028年達到42億美元。
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2023-2028年國內石墨行業發展趨勢及發展策略研究報告
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