中國粉體網訊 汽車電動化加速，人造石墨需求拉動石墨化增長。石墨化是將熱力學不穩定的炭原子向石墨晶體結構有序轉化的過程，是人造石墨負極制備的核心工序，一定程度上決定了人造石墨產品品質和質量穩定性。石墨化下游主要為石墨電極和鋰電用石墨負極，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，自負極材料企業掌握對焦類原材料進行石墨化加工以來，受益汽車電動化爆發的人造石墨負極材料需求成為推動石墨化發展的主要推手。22年上半年我國鋰電負極材料出貨量54.0萬噸，同比增長68.8%，其中人造石墨占比持續提升，已達到85%。我們測算，25年全球對石墨化的需求約為240萬噸，CAGR 36.6%。
負極龍頭貢獻新增供給，釋放石墨化逐漸緩解的信號。起初，負極材料廠商的石墨化加工以外協為主，21年鋰電需求爆發式增長疊加能耗雙控等因素帶動石墨化加工供不應求價格上漲，至22年7月底石墨化價格已上漲至2.8萬元/噸，較21年低點上漲86.7%。出于降本和保障供應鏈的因素，負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極材料產業鏈條，以期獲得更大的競爭優勢。我們測算，21年頭部負極企業外協石墨化需求24萬噸，較20年增長82%。隨著頭部負極企業自建石墨化產能的逐步落地；預計22年外協石墨化需求為33萬噸，增速放緩至36%；23年外協石墨化需求31萬噸，同比下滑7%。同時，頭部企業引領廂式爐和連續石墨化等石墨化工藝迭代有望進一步推動石墨化行業降本增效。
一體化加碼帶來降本空間，負極企業獲得盈利彈性。由于負極產品漲價存在一定時滯且大部分負極企業石墨化自給率有限，21年以來負極企業受石墨化漲價沖擊毛利率均有所下滑。隨著頭部負極企業石墨化產能逐步投產，我們預計負極企業有望明顯受益自身石墨化自給率提升及行業石墨化價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
海內外共振，全球汽車電動化趨勢明顯。根據EV Sales數據統計，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，全球新能源汽車滲透率穩步提升，2021年全球滲透率達到8.3%，較2020年提升4.1個pct。2022年第一季度，全球新能源汽車銷量達到206.1萬輛，同比增長77%，滲透率達到11.2%。其中，中國整體新能源汽車銷量達到125.7萬輛，同比增長142.7%，滲透率達到19.2%；歐洲整體新能源汽車銷量達到56.2萬輛，同比增長23.7%，滲透率達到20.4%；美國新能源乘用車銷量達到21.6萬輛，同比增長71.8%，滲透率達到6.5%。
新能源汽車銷量快速增長，推動鋰離子動力電池行業持續景氣。2021年，全球動力電池裝機量快速攀升，達到297 GWh，約占全球鋰電池總需求量的62%。2022年上半年，全球動力電池裝機量達到202 GWh，同比增長76.0%。其中，國內動力電池裝機量達到110 GWh，同比增長109.8%，占比全球超過5成。
負極材料出貨量保持快速提升，中國市占率領銜全球。根據GGII數據，2017-2021年中國負極材料出貨量CAGR達49.0%；2021年我國負極材料出貨量達到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，人造石墨負極成為主要的負極材料品種。目前鋰離子電池負極材料包括天然石墨材料、人造石墨材料、硅基及其他負極材料；主流的負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電子領域，后者逐步成為動力電池負極材料首選。
人造石墨在負極材料出貨量中的占比逐年提高。根據GGII統計，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%，占比進一步提升。
2.人造石墨需求拉動，石墨化成“卡脖子”環節
2.1 石墨化：人造石墨生產重要環節，構建產品品質保證
石墨化是人造石墨制備中的核心工序，構建產品性能品質保證。石墨具備良好的電子電導率和離子電導率，其平面六角的層狀結構和較低的充放電電壓十分適合Li+的脫嵌運動，是目前較為理想的負極材料。石墨化是將熱力學不穩定的炭原子實現由亂層結構向石墨晶體結構的有序轉化的過程。人造石墨以石油焦或針狀焦為主要原料，在高溫電爐內保護性介質（多為氮氣）中加熱到2800 ℃以上，改變焦類材料的空間結構，使之具備良好的體積密度、導電率、導熱率、抗腐蝕性能及機械加工性能。應該說，石墨化在一定程度上決定了人造石墨產品的品質和質量的穩定性。
石墨化約占人造石墨負極成本50%，企業生產經驗保證石墨化環節質量。石墨化工藝流程主要包括鋪爐底、砌爐芯、負極材料前驅體及保溫料體的裝爐、送電、冷卻、出爐、包裝等過程。一個周期石墨化一般要20-30天，其中送電升溫用時40-100小時是石墨化工序的關鍵環節。為得到較好的石墨化效果，企業需要根據電阻材料性能的不同，調整物料間的距離；且需要根據石墨化爐的容量和產品規格，調整通電曲線，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情況，無法返工，因此，廠商的生產經驗在石墨化環節非常重要。由于整個環節需要高溫，能耗較高，石墨化工序約占人造石墨負極成本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，自負極材料企業掌握利用石墨化工藝對焦類原材料進行石墨化加工以來，人造石墨負極材料需求快速增加成為推動石墨化發展的主要推手。
石墨電極主要用于電爐煉鋼、工業硅、磨料、黃磷等行業，電爐鋼占比提升拉動石墨電極需求增長。2021年中國石墨電極產量為108萬噸，中國石墨電極總需求量達到107.2萬噸，其中出口量達到37萬噸(占比34.5%)，國內電極需求量約70.2萬噸(占比65.5%)。國內鋼鐵行業電極需求量約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Mysteel統計，2021年我國粗鋼產量10.50億噸，其中電弧爐鋼占粗鋼總產量的10.9%，約為1.15億噸。2022年1月，工信部、發改委、生態環境部聯合發布的《關于推動鋼鐵工業高質量發展的指導意見》提出“有序引導短流程煉鋼（電爐）”，談及爭取在“十四五”末(2025年)實現“電爐鋼產量占粗鋼總產量比例提升至15%以上，力爭達到20%”的目標。考慮到目前我國鋼材消費逐漸接近峰值，且粗鋼產量受控，若考慮2025年我國鋼材消費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。假設出口，金屬硅等其他方面需求量3%的平穩增長，則2025年中國石墨電極總需求量約為150萬噸，CAGR 8.8%。
人造石墨負極材料成為拉動石墨化需求主力。根據Wood Mackenzie統計，2021年計劃產能排名前15位的動力電池廠商共投產約200 GWh，累計產能達到600 GWh。同時，3000 GWh處于規劃或建設階段。我們預計，2025年全球鋰電池需求量有望達到2108 GWh，對應的負極材料需求量約為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。基于石墨化90%的收率假設，2025年對石墨化的需求約為239萬噸，CAGR 36.9%。
2.3 石墨化供給：負級龍頭企業一體化產能貢獻新增供給
石墨化屬于高耗能行業，國內負極石墨化產能主要位于電價較低地區。石墨化是通過高溫熱處理實現對原子重排及結構轉變的過程，單噸物料石墨化處理約需要7000-14000度電，故電費在石墨化成本中占比高達40%。從地域上看，負極石墨化產能主要分布在內蒙古、四川、山西等地電價較低區域。
起初，負極材料廠商的石墨化加工環節以外協為主。主要原因是：1)對石墨化產品的理化指標如比容量、壓實密度、石墨化度、磁性物質含量等的檢測屬于標準檢測手段，負極材料廠商可以通過對石墨化產品理化指標的控制以確保委外加工的質量滿足要求；2)石墨化產能建設所需的固定資產投資較大，且石墨化加工產生的副產品的處置需要穩定的鋼廠、鋁廠客戶資源；3)石墨化、原料粉碎工藝均是碳素行業傳統成熟的工藝，可選擇外協加工的廠商比較多，不存在對個別廠商的重大依賴情況。
21年開始，以自建石墨化產能為主的一體化模式逐漸成為負極行業的產業趨勢。自2021年來，鋰離子電池市場需求爆發式增長為負極材料行業帶來了較大的發展契機，也帶動石墨化加工供不應求。出于降本和保障供應鏈的因素，負極材料廠商紛紛通過自建、收購或者參股石墨化加工廠，完善負極材料產業鏈條，以期獲得更大的競爭優勢。
頭部負極企業石墨化產能逐步投產，釋放石墨化逐漸緩解的信號。近年來負極行業一體化趨勢日益提速，我們選取負極頭部“四大三小”企業進行分析，2021年負極行業處于石墨化短缺最為嚴重階段，頭部負極企業外協石墨化需求24萬噸，較2020年增長82%。隨著頭部負極企業自建石墨化產能的逐步落地，我們預計2022年外協石墨化需求為33萬噸，增速放緩至36%，2023年外協石墨化需求則有望相較2022年減少至31萬噸，同比下滑7%。行業方面，根據炭素邦統計，2022年石墨化行業預計新增產能30-40萬噸，加上2021年年底石墨化80-90萬噸的總產能，2022年石墨化行業產能有望達到130-140萬噸，基本滿足負極材料需求。
2.4 石墨化工藝創新：箱式爐、連續石墨化引領降本提效
艾奇遜爐坩堝法是目前石墨化主流生產工藝。按照加熱方法不同，石墨化主要有間歇式和連續式兩種生產工藝。間歇式石墨化過程中物料需要經歷裝爐、升溫、石墨化、降溫斷電出爐等工序。以目前主流的艾奇遜爐為例，石墨化過程主要包括將負極材料均勻放入石墨坩堝內，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，即進入電加熱過程，通過石墨化爐兩側的電極進行通電加熱，在爐內達到一定溫度后加蓋爐頂并設置集氣罩，爐內溫度將繼續升至2800 - 3000 ℃，最終將坩堝內含碳物質在高溫熱處理下，實現減少無定型碳微晶結構邊緣雜質，使其具備石墨晶體結構特征。通電加熱結束后，將爐頂打開，靜置冷卻至材料恢復常溫，即結束該生產過程。通常情況下，石墨化工序或提純工序一個周期將達到15-22天。
廂式法大幅提高單爐量，降低能耗，頭部負極企業逐步導入。石墨化工藝的關鍵環節之一是裝爐，廂式爐工藝相較于坩堝法可以提高單爐裝爐量。廂式爐工藝將整個爐芯空間分成若干個等容積腔室，負極材料直接放置于石墨板材所圍成的廂體空間中，石墨板材具有導電性，廂體通電后自身發熱，在作為負極材料容器的同時能夠達到材料加熱的目的。廂式爐工藝避免了負極材料重復裝入、裝出坩堝工作，且由于廂體自身材質及形狀特點，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，增大了爐內負極材料的有效容積及使用效率。根據璞泰來定增回復函，箱式爐工藝可以使單爐有效容積成倍增加，于此同時總耗電量僅增加約10%，從而帶來產品單位耗電降低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優化水平要求較高，目前行業內僅有貝特瑞、璞泰來、杉杉股份、凱金能源、翔豐華等少數頭部企業掌握并規模化使用。
連續式石墨化具有成本、效率、環保等方面的優勢，成為產業化探索新方向。連續式石墨化生產過程中沒有斷電，石墨原料經過一系列的溫區從而實現連續石墨化。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料斗，經過干燥、煅燒階段，將產生的蒸汽和揮發分排出；而后進入高溫區完成石墨化；最終進入爐底冷卻器，冷卻到200~300 ℃時，打開冷卻器底部的閘板出料，自然冷卻至室溫。連續石墨化具備以下優勢：
1)熱能利用率更高(連續法25%，艾奇遜法10-15%)；
2)生產輔料節約，設備法幾乎不消耗輔料，艾奇遜法沒生產1噸產品大概消耗4噸輔料；
3)廢氣集中處理，對環境友好，連續法生產過程密閉，由專門的輔機收集處理廢氣，艾奇遜法是敞開式冶煉環境，無法有效收集廢氣）；
4)碳排放很低，設備法僅為艾奇遜法碳排放當量的25%；
5)設備法生產組織模式具有連續性，中間產品“不落地”，節省大量人力、運輸運轉費用。根據山河智能反饋，行業艾奇遜法平均耗電8000-14000度/噸，而連續法耗電量將比傳統艾奇遜法降低30%左右且輔料大大減少。但目前看實現連續石墨化升溫至2800度以上相對困難，且由于其生產過程密閉雜質氣化易使爐內壓力過高。目前貝特瑞、山河智能等企業在嘗試突破中。
3.一體化加碼帶來降本空間，負極企業獲得盈利彈性
3.1 石墨化市場回顧：價格大幅上漲，負極企業盈利面臨壓力
石墨化漲價影響負極企業盈利，近期價格有所回落。2021年下半年開始，負極材料需求爆發疊加能耗雙控政策等因素推升石墨化價格迅速上漲，至2022年7月底石墨化價格已上漲至2.8萬元/噸，較2021年最低點價格上漲86.7%。從2021年和2022年上半年負極企業毛利率來看，由于負極漲價存在一定時滯且大部分企業石墨化自給率有限，負極材料企業毛利率均有所下滑，石墨化價格上漲對成本造成了一定的影響。進入2022年8月以來，石墨化價格減少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，負極企業盈利有望提升
石墨一體化推動負極企業降本突破。石墨化成本在人造石墨負極材料加工成本中占比約50%，早期負極材料企業主要以委外石墨化加工的方式生產，隨著頭部負極企業在負極諸多工序技術的逐漸成熟，石墨化工序成為成本控制的有力突破點。參考尚太科技招股說明書為例，若參考2020年企業經營情況并假設石墨化價格/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%將帶動相應毛利率分別提升8.66 pct/12.86 pct。
3.3 一體化投產釋放供給緩解信號，負極企業盈利有望修復
石墨一體化產能逐步落地將釋放供給緩解信號。考慮到22年下半年頭部負極材料企業石墨一體化產能的逐步投產，石墨化環節供需緊張的預期有望得到緩解，疊加石墨化行業自身產能端的釋放，我們預計，往后看石墨化價格將有所回落，推動負極企業盈利能力的改善。
石墨化價格下降對負極材料企業盈利提升顯著。我們選取璞泰來、杉杉股份、中科電氣、翔豐華、貝特瑞頭部五家負極材料企業，若假設石墨化價格分別下跌5%/10% 的情況，則相應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10-20%凈利率，則石墨化價格下降貢獻盈利端彈性明顯。
（中國粉體網編輯整理/蘇簡）
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