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天风证券:大圆柱电池即将放量 看好硅负极及衍生新材料投资机会

该机构分析师认为当前锂电池有两大技术路线,以方形铁锂为代表的高性价比路线和以三元高镍大圆柱为代表的高性能路线。近两年,方形铁锂得益于CTP、刀片

该机构分析师认为当前锂电池有两大技术路线,以方形铁锂为代表的高性价比路线和以三元高镍大圆柱为代表的高性能路线。

近两年,方形铁锂得益于CTP、刀片电池的技术进步,在续航里程600公里及以下乘用车市场性价比十足。根据鑫椤锂电数据,22年3月25日铁锂方形动力电芯均价为0.77元/wh,同期三元方形动力电芯均价在0.84元/wh。得益于刀片电池技术,比亚迪LFP版车型能量密度达140Wh/kg,续航里程达565km,突破了铁锂续航里程天花板。

往后看,高镍+硅基负极+大圆柱三者优劣势互补主打高能量密度,更适配600公里续航以上市场。大圆柱的优势是不易热失控和弧形表面更耐膨胀。高镍三元优势是能量密度高,劣势是成本高+热稳定性差,成本高的改变可依赖三元一体化镍冶炼投放降低镍的成本,热稳定性差可搭配圆柱封装形式改善。硅基负极优势是能量密度高+适合快充,劣势是成本高+易膨胀,该机构分析师认为成本高是初期,可依赖规模化降本,易膨胀可搭配圆柱封装形式。

硅是负极材料进步的方向,放量在即。

目前主流石墨负极企业比容量可做到355-360mAh/g,接近理论比容量372mAh/g,负极材料急需升级,硅材料理论比容量达4200mAh/g,是石墨的10倍以上。受制于膨胀率高(硅在300%,石墨在12%),硅负极产业化受阻,目前硅基负极主要应用在高端3C数码、电动工具、高端动力电池领域,在负极渗透率不足2%。

特斯拉自产电池大圆柱明确表示采用硅负极,此外车企电池厂如松下、三星、广汽、蔚来等也宣布采用硅负极。

硅负极一般通过掺杂的形式到人造石墨中以实现产业化(目前掺杂比例在5%左右),根据硅材料选择的不同分为硅碳、硅氧两条技术路线。

硅碳负极:采用纳米硅和石墨材料混合,目前商业化容量在450mAh/g以下,首效高,但体积膨胀系数过大,导致其循环差,一般在500-600周,一般用于消费电池。

硅氧负极:采用氧化亚硅和石墨材料混合,目前商业化应用容量主要在450-500mAh/g,首效相对较低,但循环性能相对较好,既可用于消费也可用于动力。

硅碳负极的制备的核心在于球磨,硅氧负极制备的核心在于氧化亚硅的改性。正如硅负极有纯品和复合品的概念(该机构分析师所说的硅基负极指的是复合品),硅负极的制备也有两段工序,该机构分析师将其分为前端的纯硅制备和后端的与石墨复合,该机构分析师认为核心是在前端的纯硅制备。硅碳的核心是制备纳米硅,一般采用机械球磨法,硅氧的核心是制备氧化亚硅,且需要改性处理,一般采用化学气相沉积法(CVD)进行碳包覆。

硅基负极的单价、CAPEX明显高于石墨负极。

石墨负极的价格一般在3-6万元/吨,据该机构分析师测算硅负极纯品价格一般在30-70万元/吨,复合品价格一般在8-12万元/吨。人造石墨负极一体化产能单万吨固定自产投资一般在2亿元左右,硅基负极的特别是前端纯品硅的单万吨固定资产投资一般在10亿元左右。

硅负极目前处于行业发展初期,海外日本信越较为领先,国内贝特瑞研发、量产、客户端全面领先同行。

海外:日韩企业在硅基负极上领先多是在专利层面,如日本信越化学硅氧负极专利数行业领先,但其主营半导体等,量的层面未见领先。

国内:贝特瑞于2010年取得硅基负极材料的技术突破,并于2013年实现批量出货,客户系松下、三星。贝特瑞产品持续更新迭代,高代产品比容量、首次效率明显领先同行。贝特瑞现有硅负极产能3000吨(该机构分析师预计为纯品),规划产能4万吨。而同行尚处于百、千吨中试线水平,未见大批量出货。

硅基负极放量为衍生材料带来放量契机,典型如单壁碳管、补锂剂、负极粘结剂。

单壁碳管:可在材料内部形成发达网络,覆盖在硅颗粒表面并在硅颗粒之间建立高度导电和持久的连接,显著提升硅负极循环寿命。

补锂剂:硅负极表面SEI膜的形成需消耗大量锂源,这使得硅基负极的首次效率显著低于石墨,石墨材料有5%~10%的首次不可逆锂损耗,而硅的不可逆容量损失达15%~35%,故硅负极一般需要搭配补锂剂使用。

PAA粘结剂:对于充放电循环中具有极高体积膨胀的硅基负极,合理设计粘结剂可大大改善其循环寿命。

前文以硅基负极为主线,衍生出单壁碳纳米管、补锂剂、PAA粘结剂,25年硅负极市场空间有望达300亿+,其他材料有望在50亿左右,21-25年复合增速在100%左右。

21年负极全球产量88万吨,预计21-25年锂电池复合增速40%,硅基负极渗透率该机构分析师预计在23年迎来放量拐点达6.5%,25年达14%(渗透率的假设和大圆柱放量相匹配)。单价硅纯品价格和人造石墨价格按照加权平均而得,纯品硅掺杂比例22年在5%,预计25年达8%,纯品硅价格22年在45万元/吨,25年降至30万元/吨,人造石墨22年在6万元/吨,25年降至4万元/吨,则硅基负极(复合品)22年单价在8万元/吨。25年降至6.1万元/吨。基于以上逻辑和假设,该机构分析师对四大新材料25年市场空间、龙头公司利润空间预测如下:

硅基负极:全球需求量达52万吨,市场空间319亿元,21-25年复合增速135%。该机构分析师预计龙头系贝特瑞,市占率达40%,20%净利率下利润空间在19亿元。

单壁碳管粉体:全球需求量达524吨,市场空间42亿元(多壁市场空间在200亿),21-25年复合增速153%。该机构分析师预计龙头系天奈科技,市占率50%,40%净利率下利润空间在7.3亿元。

补锂剂:全球需求量达1.8万吨,市场空间44亿元,21-25年复合增速157%。该机构分析师预计单吨净利润25年在5万元(对应17%净利率),市占率在50%下,利润空间在4.8亿元。

PAA粘结剂:全球需求量达5.1万吨,市场空间54亿元。21-25年复合增速94%。该机构分析师预计龙头30%净利率(茵地乐毛利率60%),市占率在50%下,利润空间在8.4亿元。

投资建议

1、大圆柱:推荐【亿纬锂能】。预计23年出货5GWh,贡献利润3.2亿元,占比总利润5%。

2、硅基负极:推荐龙头【贝特瑞】。该机构分析师预计23年出货5万吨(混合品),单吨净利1.4万元,贡献利润7.1亿元,占比总利润18%。

3、衍生材料:1)单壁碳纳米管推荐【天奈科技】。该机构分析师预计天奈23年单壁管出货20吨,单吨净利润400万元,贡献利润0.8亿元,占比总利润7%。2)PAA粘结剂推荐【璞泰来】,其参股公司茵地乐(26%股权)在PAA上行业领先。3)补锂剂建议关注【德方纳米】,其已公告4.5万吨补锂剂项目,后续有望放量增利。

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