广义上,一切通过有机炭化再经过石墨化高温处理得到的石墨材料均可称为人造石墨,如炭纤维、热解炭、泡沫石墨等。而狭义上的人造石墨通常指以杂质含量较低的炭质原料为骨料、煤沥青等为粘结剂,经过配料、混捏、成型、炭化和石墨化等工序制得的块状固体材料。
石墨、人造石墨的概念
广义上,一切通过有机炭化再经过石墨化高温处理得到的石墨材料均可称为人造石墨,如炭纤维、热解炭、泡沫石墨等。而狭义上的人造石墨通常指以杂质含量较低的炭质原料为骨料、煤沥青等为粘结剂,经过配料、混捏、成型、炭化和石墨化等工序制得的块状固体材料,如石墨电极、等静压石墨等。制造人造石墨的方法有很多种,常见的是,以主要原料是粉状的优质煅烧石油焦,在其中加沥青作为粘结剂,再加入少量其他辅料。各种原材料配合好以后,将其压制成形,然后在2500~3000℃、非氧化性气氛中处理,使之石墨化。
天然石墨:晶体发育较为完善,鳞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:晶体发育程度取决于原材料及热处理温度。一般来说,热处理温度越高,其石墨化程度也就越高。工业生产的人造石墨,其石墨化程度通常低于90%。
随着其应用迅速增长,人造石墨可谓新能源行业新焦点。专家指出,与天然石墨相比,人造石墨的纯度更高、性能更稳定,循环性能更好、使用寿命更长,今年两者之间的价格差距也明显缩小。尽管石墨电极属于高耗能、高碳排行业,但已有新工艺正探索消除人们对其不可持续的担忧。
在理化性质方面,天然石墨与人造石墨既有共性,也存在性能上的差异。如天然石墨与人造石墨都是热和电的良导体,但对于相同纯度和粒度的石墨粉体来说,天然鳞片石墨的传热性能和导电性能最好、天然微晶石墨次之,人造石墨最低。石墨具有的较好的润滑性和一定的可塑性,天然鳞片石墨的晶体发育较完善,摩擦系数较小,润滑性最好,可塑性最高,而致密结晶状石墨和隐晶质石墨次之,人造石墨较差。人造石墨工艺复杂,性能指标多且难以兼顾,属于非标品。人造石墨原料并不是石墨矿石,而是焦炭,包括石油焦和针状焦,沥青是粘结剂。人造石墨是将原材料和粘结剂进行破碎、造粒、石墨化、筛分而制成。
据统计,截至2020年我国针状焦产量为50.2万吨,同比增长12.8%。整体来看,产能充足,产能利用率低下。数据显示,截至到2020年末,中国针状焦总产能为149万吨,其中油系针状焦为69万吨同比增长102%,煤系针状焦为80万吨同比增长23%;受新能源汽车与消费电子需求量推动,中国锂电池出货量呈增长态势。根据数据,2021年中国锂电池出货量达217GWh,同比2020年增长51.7%。在政策利好与市场竞争逐渐激烈的情况下,2021年新能源汽车产销两旺,推动动力锂电池出货量的提升。
从锂电负极材料出货量情况来看,由于下游需求的不断增加,我国锂电池负极材料的出货量逐年增加。据资料显示,2021年我国锂电池负极材料出货量为72万吨,同比2020年增长97%左右。各电池厂商根据不同时期、不同客户对电池性能的不同要求,结合自身电池技术体系,综合能量密度、功率密度、温度性能、循环寿命、安全性和成本等因素选择不同材料,人造石墨成本较低、安全性能较好同时用途广泛,已经成为主要的负极材料,市场快速扩张,到2021年出货量为60.5万吨,占比负极材料84%。
根据中研普华产业研究院发布的《2023-2028年国内石墨行业发展趋势及发展策略研究报告》显示:
随着人造石墨成本下降,人造石墨市占率提升,行业竞争加剧。从负极材料结构来看,2021年人造石墨占比由2019年的79%提升至84%,占据绝大部分市场。人造石墨比容量大、价格便宜,大部分动力电池和部分中高端消费电池,均选用人造石墨负极材料。
2021年在“双碳”政策下负极材料企业进行环保生产,叠加市场需求爆发,负极材料出现供需紧张局面,天然石墨和人造石墨均价较上年均出现不同幅度上涨,分别达到了3.5万元/吨、5.0万元/吨,人造石墨制作环节繁多,且制作成本高,导致均价高于天然石墨。
目前来看负极材料市场已形成三大四小格局,尚未走出绝对龙头,“三大”企业间无绝对差距,“四小”市占相近,追赶“三大”意愿强烈。天然石墨虽然具备成本和比容量的优势,但是人造石墨在循环性能、安全性能、充放电倍率表现更为优秀,市占率目前稳定在80%以上。目前已基本完成对天然石墨的替代,从天然石墨龙头(贝特瑞人造石墨2019年出货约2.4万吨)毛利状况来看,整体利润率持续下降,主要原因是人造石墨的持续发展。就目前国内人造石墨企业发展状况而言,2021年国内负极材料企业强者恒强,出货表现抢眼的依然是贝特瑞、杉杉、紫宸、凯金,年度出货量均突破8万吨。从产量来看,负极材料市场已经形成“4大3小”局面。
韩国浦项化学2021年12月举行了人造石墨负极材料生产工厂第一阶段竣工仪式,并进入了试运行阶段,目前正在准备批量生产,预计明年将以年产1.6万吨的规模竣工。为强化原材料、零部件、装备等核心战略产品的竞争力,截至本月,韩政府共投入了100亿韩元的国家经费。韩政府正在讨论将100大原材料、零部件、装备等核心战略技术从以材料、存储器半导体为中心大幅扩大到工程技术、系统半导体等,将原材料、零部件、装备领域的尖端研发(R&D)比重从今年的9.3%扩大到明年的20.7%等方案。
据业内知名研究机构英国基准矿业情报估计,到2025年,人造石墨将占电动汽车电池负极市场的近三分之二。印度市研机构魔多情报(Mordor Intelligence)的数据也显示,人造石墨市场预计将在未来五年内增长40%以上,到2028年达到42亿美元。
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2023-2028年国内石墨行业发展趋势及发展策略研究报告
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