锂电石墨负极生产必备“基材”：天然石墨与焦原料

 锂电石墨负极包括天然石墨负极和人造石墨负极，这两类负极材料生产涉及的上游原材料分别是石墨矿和焦材料。天然石墨和焦原料是锂电石墨负极生产必不可少的基础材料。 1、天然石墨 资源概况 天然石墨，顾名思义就是自然界天然形成的石墨，一般以石墨片岩、石墨片麻岩、含石墨的片岩及变质页岩等矿石出现。根据石墨的结晶程度，天然石墨可分为晶质石墨和隐晶质石墨两类。片径大于1μm的为晶质石墨（也叫鳞片石墨），片径小于1μm为隐晶质石墨（也叫土状石墨）。晶质石墨一般品位较低，固定碳含量2.34%-34.55%，但由于鳞片大、易选，具有较高的工业价值，主要用于电子信息、密封、航空航天等领域。隐晶质石墨固定碳含量为60%-80%，但可选性差，主要用于铸造等领域。 目前我国是世界范围内石墨产量最高的国家。有关数据显示，2008-2020年我国天然石墨产量相对较为平稳，产量维持在60-80万吨之间。在产量的构成中，鳞片石墨的产量占比较高，而土状石墨的产量占比较低。据统计，2021年我国天然石墨产量为119.2万吨，年度进口数量为5.8万吨，出口数量为20.7万吨，国内石墨表观消费量为104.3万吨。 2008-2020年国内天然石墨产量 （资料来源：智研咨询，中国石墨发展联盟） 我国天然石墨资源主要分布在河南、山东、四川、湖南、内蒙古和黑龙江等地。这几个地区的已探明资源储量占全国的91%左右。 我国石墨矿产资源分布 （资料来源：智研咨询） 目前，鳞片石墨的消费正在从传统产业向战略性新兴产业转移，锂离子电池负极材料已成为鳞片石墨应用最广泛的新兴产业。2021年，我国负极材料产量为72万吨，其中，天然石墨负极产量为10.4万吨，占比14%。 国内天然石墨负极出货量及占比 （资料来源：GGII，东吴证券研究所） 加工工艺 天然石墨负极原材料主要为鳞片石墨，其加工工艺主要包括球形化、改性处理、炭化高温等。 天然石墨加工主要步骤： 风选除杂：除去原材料鳞片石墨明显的杂物； 球形化：将粗碎过的鳞片石墨投入到石墨球形化成套设备中，经过整形分级得到粒度分布集中、球化程度高、振实密度高、粒度分布窄的球形石墨产品； 提纯：使用酸通过金属与非金属的化学反应除去杂质； 改性处理：将石墨粉和沥青充分混合； 炭化：将料放入烧结炉中进行1100℃以上的处理； 高温处理：进一步高温石墨化处理。 天然石墨加工工艺流程 （资料来源：翔丰华，头豹研究院） 2、焦原料 人造石墨负极是由石油焦、针状焦、沥青等在一定温度下煅烧，再经粉碎、分级和高温石墨化等工序制作而成。高能量密度的人造石墨负极材料采用针状焦作为原料，中低端的采用石油焦作为原料，沥青则作为粘结剂。 人造石墨的焦原料可分为油系焦和煤系焦。目前，人造石墨焦原料用量较大的是低硫石油焦。人造石墨负极生产对石油焦和针状焦的品质要求，要比其他炭素行业要求更严格。 人造石墨原材料分类 （资料来源：CNKI，方正证券研究所） 油系和煤系焦原料对比 （资料来源：华尔街大鳄） 石油焦和针状焦对比 （资料来源：华尔街大鳄） 石油焦概况 石油焦是石油的减压渣油经焦化装置，在500-550℃下裂解焦化而生成的黑色固体焦炭。一般认为它是无定形炭体，或是一种高度芳构化的高分子碳化物，含有微小石墨结晶的针状或粒状构造的炭体物。按硫含量可分为低硫石油焦、中硫石油焦、高硫石油焦。 石油焦 （图片来源：日照恒桥碳素有限公司） 大部分石油焦可作为金属冶炼的燃料，少数品质好的石油焦可以作为储能材料的原材料，用于制备人造石墨或者多孔碳，从而提高石油焦的附加值。 石油焦用途分布 （资料来源：卓创咨询） 低硫石油焦多应用于负极材料行业，长期看，低硫石油焦供应偏紧。据有关分析，延迟焦化的产能短期内虽然有增量，但长期来看，处于下降趋势。目前国内品质较好的低硫石油焦主要分布在抚顺、大庆、锦州等地，但是产能有限。 资料来源：海通证券 针状焦概况 针状焦是一种外观呈银灰色、有金属光泽的多孔固体，是炭素材料中的优质品种，其结构具有明显流动纹理，略呈椭圆形，颗粒有较大的长宽比，有纤维状或针状的纹理走向，摸之有润滑感。针状焦具有高碳、低硫、低氮、低灰等特性，石墨化后的电化学性能和机械性能突出，是一种各向异性的易石墨化高端碳材料。 针状焦 （图片来源：山东京阳科技股份有限公司） 针状焦可分为油系针状焦和煤系针状焦两种。以石油渣油为原料生产的针状焦为油系针状焦；以煤焦油沥青及其馏分为原料生产的针状焦为煤系针状焦。 针状焦主要用于制造锂电池负极材料和超高功率石墨电极。近几年，随着我国负极材料产能增加，用于生产人造石墨负极的针状焦用量大幅增加。据统计，2020年，我国针状焦总消费量（含库存消费）为74万吨，其中负极材料消费针状焦34万吨，石墨电极消费针状焦40万吨，负极材料消费量占比达到45%。 针状焦起源于海外，存在一定技术壁垒，核心技术仍掌握在海外厂商手中。目前，国产针状焦中低端产能偏多，中高端供应严重不足。从数据上看，国内针状焦产能持续攀升，从2018年到2022年，复合增速率达52%。从2021年开始，油系针状焦的产能超过煤系。 资料来源：隆众资讯 国内煤系针状焦主要生产企业有鞍山热能、山西宏特、宝武炭材、方大喜科墨等，油系针状焦主要生产企业有锦州石化、山东益大、山东京阳等。 参考来源： 1、颜玲亚等.中国石墨矿成矿特征及成矿区带划分 2、2022年中国天然石墨市场现状及发展趋势预测分析.中商情报网 3、动力电池负极材料行业概览.头豹研究院 4、负极行业深度：详解生产工艺，细评性能高低.方正证券 5、锂电负极用焦“蜕变”，详解负极焦类原料分类与格局.华尔街大鳄 6、杨建云.国内石油焦市场“十三五”回顾及“十四五”展望 （中国粉体网编辑整理/文正） 注：图片非商业用途，存在侵权告知删除！