鋰電石墨負極生產必備“基材”：天然石墨與焦原料

鋰電石墨負極包括天然石墨負極和人造石墨負極，這兩類負極材料生產涉及的上游原材料分別是石墨礦和焦材料。天然石墨和焦原料是鋰電石墨負極生產必不可少的基礎材料。

1、天然石墨

資源概況

天然石墨，顧名思義就是自然界天然形成的石墨，一般以石墨片巖、石墨片麻巖、含石墨的片巖及變質頁巖等礦石出現。根據石墨的結晶程度，天然石墨可分為晶質石墨和隱晶質石墨兩類。片徑大于1μm的為晶質石墨(也叫鱗片石墨)，片徑小于1μm為隱晶質石墨(也叫土狀石墨)。晶質石墨一般品位較低，固定碳含量2.34%-34.55%，但由于鱗片大、易選，具有較高的工業價值，主要用于電子信息、密封、航空航天等領域。隱晶質石墨固定碳含量為60%-80%，但可選性差，主要用于鑄造等領域。

目前我國是世界范圍內石墨產量最高的國家。有關數據顯示，2008-2020年我國天然石墨產量相對較為平穩，產量維持在60-80萬噸之間。在產量的構成中，鱗片石墨的產量占比較高，而土狀石墨的產量占比較低。據統計，2021年我國天然石墨產量為119.2萬噸，年度進口數量為5.8萬噸，出口數量為20.7萬噸，國內石墨表觀消費量為104.3萬噸。

2008-2020年國內天然石墨產量

(資料來源：智研咨詢，中國石墨發展聯盟)

我國天然石墨資源主要分布在河南、山東、四川、湖南、內蒙古和黑龍江等地。這幾個地區的已探明資源儲量占全國的91%左右。

我國石墨礦產資源分布

(資料來源：智研咨詢)

目前，鱗片石墨的消費正在從傳統產業向戰略性新興產業轉移，鋰離子電池負極材料已成為鱗片石墨應用最廣泛的新興產業。2021年，我國負極材料產量為72萬噸，其中，天然石墨負極產量為10.4萬噸，占比14%。

國內天然石墨負極出貨量及占比

(資料來源：GGII，東吳證券研究所)

加工工藝

天然石墨負極原材料主要為鱗片石墨，其加工工藝主要包括球形化、改性處理、炭化高溫等。

天然石墨加工主要步驟：

風選除雜：除去原材料鱗片石墨明顯的雜物;

球形化：將粗碎過的鱗片石墨投入到石墨球形化成套設備中，經過整形分級得到粒度分布集中、球化程度高、振實密度高、粒度分布窄的球形石墨產品;

提純：使用酸通過金屬與非金屬的化學反應除去雜質;

改性處理：將石墨粉和瀝青充分混合;

炭化：將料放入燒結爐中進行1100℃以上的處理;

高溫處理：進一步高溫石墨化處理。

天然石墨加工工藝流程

(資料來源：翔豐華，頭豹研究院)

2、焦原料

人造石墨負極是由石油焦、針狀焦、瀝青等在一定溫度下煅燒，再經粉碎、分級和高溫石墨化等工序制作而成。高能量密度的人造石墨負極材料采用針狀焦作為原料，中低端的采用石油焦作為原料，瀝青則作為粘結劑。

人造石墨的焦原料可分為油系焦和煤系焦。目前，人造石墨焦原料用量較大的是低硫石油焦。人造石墨負極生產對石油焦和針狀焦的品質要求，要比其他炭素行業要求更嚴格。

人造石墨原材料分類

(資料來源：CNKI，方正證券研究所)

油系和煤系焦原料對比

(資料來源：華爾街大鱷)

石油焦和針狀焦對比

(資料來源：華爾街大鱷)

石油焦概況

石油焦是石油的減壓渣油經焦化裝置，在500-550℃下裂解焦化而生成的黑色固體焦炭。一般認為它是無定形炭體，或是一種高度芳構化的高分子碳化物，含有微小石墨結晶的針狀或粒狀構造的炭體物。按硫含量可分為低硫石油焦、中硫石油焦、高硫石油焦。

石油焦

(圖片來源：日照恒橋碳素有限公司)

大部分石油焦可作為金屬冶煉的燃料，少數品質好的石油焦可以作為儲能材料的原材料，用于制備人造石墨或者多孔碳，從而提高石油焦的附加值。

石油焦用途分布

(資料來源：卓創咨詢)

低硫石油焦多應用于負極材料行業，長期看，低硫石油焦供應偏緊。據有關分析，延遲焦化的產能短期內雖然有增量，但長期來看，處于下降趨勢。目前國內品質較好的低硫石油焦主要分布在撫順、大慶、錦州等地，但是產能有限。

資料來源：海通證券

針狀焦概況

針狀焦是一種外觀呈銀灰色、有金屬光澤的多孔固體，是炭素材料中的優質品種，其結構具有明顯流動紋理，略呈橢圓形，顆粒有較大的長寬比，有纖維狀或針狀的紋理走向，摸之有潤滑感。針狀焦具有高碳、低硫、低氮、低灰等特性，石墨化后的電化學性能和機械性能突出，是一種各向異性的易石墨化高端碳材料。

針狀焦可分為油系針狀焦和煤系針狀焦兩種。以石油渣油為原料生產的針狀焦為油系針狀焦;以煤焦油瀝青及其餾分為原料生產的針狀焦為煤系針狀焦。

針狀焦主要用于制造鋰電池負極材料和超高功率石墨電極。近幾年，隨著我國負極材料產能增加，用于生產人造石墨負極的針狀焦用量大幅增加。據統計，2020年，我國針狀焦總消費量(含庫存消費)為74萬噸，其中負極材料消費針狀焦34萬噸，石墨電極消費針狀焦40萬噸，負極材料消費量占比達到45%。

針狀焦起源于海外，存在一定技術壁壘，核心技術仍掌握在海外廠商手中。目前，國產針狀焦中低端產能偏多，中高端供應嚴重不足。從數據上看，國內針狀焦產能持續攀升，從2018年到2022年，復合增速率達52%。從2021年開始，油系針狀焦的產能超過煤系。

資料來源：隆眾資訊

國內煤系針狀焦主要生產企業有鞍山熱能、山西宏特、寶武炭材、方大喜科墨等，油系針狀焦主要生產企業有錦州石化、山東益大、山東京陽等。

參考來源：

1、顏玲亞等.中國石墨礦成礦特征及成礦區帶劃分

2、2022年中國天然石墨市場現狀及發展趨勢預測分析.中商情報網

3、動力電池負極材料行業概覽.頭豹研究院

4、負極行業深度：詳解生產工藝，細評性能高低.方正證券

5、鋰電負極用焦“蛻變”，詳解負極焦類原料分類與格局.華爾街大鱷

6、楊建云.國內石油焦市場“十三五”回顧及“十四五”展望

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