电气设备行业研究周报：硅基负极技术走向何方

硅基负极技术走向何方 ——电气设备行业研究周报 投资摘要： 每周一谈：新型储能独立市场地位主体明确 根据GGII近期发布的调研报告，2022年上半年中国锂电负极材料出货量54万吨，同比增长68%。其中，循环性能好人造石墨为主要负极产品，上半年市场占比85%，而天然石墨市场占比为15%； 硅基负极当前存在的主要问题为体积膨胀和导电性差。 硅基负极材料理论比容量高，但是在充放电过程反复脱嵌锂导致的体积膨胀远高于石墨； 行业基本资料股票家数 292 行业平均市盈率 43.33 市场平均市盈率 11.97 行业表现走势图 沪深300 极高的膨胀加剧了结构和界面的不稳定性，造成离子利用率的损失：机械应力导致硅颗粒粉化、脱落，与导电剂或箔材失去接触；不可逆的固态电解质膜（SEI膜）在界面持续生长，阻抗增大； Si/C基和SiO基为主要的技术方向，二者在应用领域和功能性上有所不同。 硅碳基结构层为石墨层，碳含量更高，膨胀相对较小，但是硅晶尺寸大于硅氧基，且压实密度相对较低； 评级增持（维持） 2022年08月07日 曹旭特分析师 SAC执业证书编号：S1660519040001 硅氧基结构相对稳定，循环性能强于硅碳基，且克容量相对较高，但首次库伦效应低于硅碳（硅碳克容量1300mAh/g，首效接近85%~90%；硅氧克容量1200~1700mAh/g，首接近效76%~90%）； 从材料层面，硅基材料关注的关键指标如下。 硅晶尺寸小且分布均匀； 包覆层的连续、均匀、致密和稳定； 复合结构应该可以有效地缓解吸纳膨胀，且具备较强的电化学稳定性； 电极生产加工性好，容易分散； 除了材料层面的技术升级，还应关注电池配套体系层面的改性措施。 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% -10% -20% -30% -40% 电力设备 2021-08-10 2021-10-09 2021-12-08 2022-02-06 2022-04-07 2022-06-06 2022-08-05 导电剂对硅基负极性能也存在影响，硅基负极的膨胀也会促使导电网络的破坏，因而需要构建一个长程的导电网络； 粘结剂在电极工艺上起到粘结箔材和活性颗粒，分别提供剥离力和内聚力的作用，新型PAA与其他材料形成交联粘接剂体系是主要的发展方向； 通过调控电解液提高硅基负极的循环稳定性，出发点是对副反应加以抑制。投资策略 关注硅基负极技术领先单位贝特瑞（835185）和杉杉股份（600884）；以及碳纳米管导电剂细分领域龙头天奈科技（688116）。 市场回顾 电力设备行业本周跑赢大盘，涨幅为-2.62%，在申万31个一级行业中，排名第 19；个股方面，电池版块涨幅前五个股分别为：南都电源（29.10%），星云股份 （15.06%），声光电科（9.99%），德方纳米（9.75%），孚能科技（7.24%）；跌幅前五个股分别为杭可科技（-8.71%），先惠技术（-8.71%），壹石通（-9.49%），振华新材（-10.84%），博力威（-12.18%）。 风险提示 下游需求释放不及预期；上游原材料价格波动。 资料来源：Wind，申港证券研究所 相关报告 1、《电气设备行业研究周报：需求正旺正极材料寻求技术突破》2022-07-18 2、《电气设备行业研究周报：电子雾化产品的迭代》2022-07-11 3、《电气设备行业研究周报：电站安全铁律驱逐三元钠电亮剑铁锂》2022-07-04 行业研 究 行业研究周 报 申港证券股份有限公司证券研究报 告 内容目录 1.每周一谈：硅基负极技术走向何方3 1.1现状：Si/C基和SiO基为主要的技术方向3 1.2硅基负极升级改性方向3 2.行业市场行情回顾4 3.行业重要新闻事件5 4.风险提示6 图表目录 图1：本周申万一级行业涨跌幅（2022.8.1-2022.8.5）4 图2：四大指数涨跌幅（2022.8.1-2022.8.5）4 图3：电力设备版块涨跌幅（2022.8.1-2022.8.5）4 图4：电池版块涨幅前五（2022.8.1-2022.8.5）5 图5：电池版块涨跌幅后五（2022.8.1-2022.8.5）5 1.每周一谈：硅基负极技术走向何方 根据GGII近期发布的调研报告，2022年上半年中国锂电负极材料出货量54万吨，同比增长68%。增量源于动力市场和储能市场需求的释放，前者上半年实现200GWh的动力电池出货量，后者相较去年同期增长两倍。 其中，循环性能好人造石墨为主要负极产品，上半年市场占比85%，而天然石墨市场占比为15%，随着市场对车用动力电池能量性能要求的提高，硅基材料在动力领域应用也将加速。 1.1现状：Si/C基和SiO基为主要的技术方向 硅基负极当前存在的主要问题为体积膨胀和导电性差。 硅基负极材料理论比容量高(4200mAh/g，越10于石墨负极)，但是在充放电过程反复脱嵌锂导致的体积膨胀远高于石墨（硅基和硅氧基材料分别达到300%和200%的体积变化）； 极高的膨胀加剧了结构和界面的不稳定性，造成离子利用率的损失：机械应力导致硅颗粒粉化、脱落，与导电剂或箔材失去接触；不可逆的固态电解质膜（SEI膜）在界面持续生长，阻抗增大；产生不可逆的络合相。 Si/C基和SiO基在应用领域和功能性上有所不同。 硅碳基结构层为石墨层，碳含量更高（硅碳>50%，硅氧<5%），膨胀相对较小，但是硅晶尺寸大于硅氧基，且压实密度相对较低； 硅氧基，LixSiOy*Li2O层，结构相对稳定，循环性能强于硅碳基，且克容量相对较高，但首次库伦效应低于硅碳（硅碳克容量1300mAh/g，首效接近85%~90%；硅氧克容量1200~1700mAh/g，首接近效76%~90%）。 1.2硅基负极升级改性方向 硅碳负极的基础性能由其材料的微观结构决定。 从材料层面，硅基材料关注的关键指标如下所示。 硅晶尺寸小且分布均匀（通过纳米化，实现应力的减小）； 包覆层的连续、均匀、致密和稳定（例如碳包覆，碳基缓冲充放电过程中硅负极的体积变化，改善硅基材料的导电性，同时避免硅基颗粒在充放电循环中发生团聚）； 复合结构应该可以有效地缓解吸纳膨胀（如多孔结构），且具备较强的电化学稳定性； 电极生产加工性好，容易分散（针对硅碳基，极片碾压工序，硅颗粒易造成石墨基破裂；此外，活性物质表面状态，如硅颗粒的表面处理，以及与石墨的搭配都会影响匀浆分散）。 除了材料层面的技术升级，还应关注电池配套体系层面的改性措施。 导电剂对硅基负极性能也存在影响，硅基负极的膨胀也会促使导电网络的破坏，因而需要构建一个长程的导电网络（长径比更大的导电材料），根据天津力神的报告，各种导电剂对硅基负极电性能提高的效果依次为单壁碳纳米管 （SWCNT），多壁碳纳米管(MWCNT)，石墨烯，导电炭黑(CB)。此外，亦可以从提高分散性较低，适当的添加其他组分（例如SWCNT+MWCNT复合），达到协同效应； 粘结剂在电极工艺上起到粘结箔材和活性颗粒，分别提供剥离力和内聚力的作用。相较于传统CMC/SBR体系，主要提供剥离力，无法提供足够的内聚力去适配高膨胀硅基体系，新型PAA（羧基丰富、水溶性强，机械模量高）与其他材料形成交联粘接剂体系是主要的发展方向，例如万向123开发的CMC/PAA/SBR体系，通过PAA类型的选择和各组分比例调控，提高极片内聚力，改善了电芯高温循环性能和膨胀； 通过调控电解液提高硅基负极的循环稳定性，出发点是对副反应加以抑制。例如团队通过添加FEC+PCS（1，3-丙二醇环硫酸酯），抑制电解液的分解，提高硅碳负极首效。 2.行业市场行情回顾 电力设备行业本周涨幅为-2.62%，在申万31个一级行业中，排名第19。 图1：本周申万一级行业涨跌幅（2022.8.1-2022.8.5） 8% 6% 4% 2% 电子计算机国防军工 通信食品饮料医药生物有色金属石油石化基础化工美容护理 传媒 非银金融 银行社会服务交通运输农林牧渔纺织服饰轻工制造电力设备机械设备商贸零售公用事业 环保综合 建筑材料 煤炭钢铁 建筑装饰 汽车房地产家用电器 0% -2% -4% -6% 资料来源：Wind，申港证券研究所 电力设备行业本周跑输大盘。本周沪深300、上证指数、深证成指、创业板指的涨幅分别为-0.32%，-0.81%，0.02%和0.49%。 在细分版块中，电池板块以0.12%的涨幅排名版块第一，光伏设备、电网设备、电机版块、风电设备和其他电源设备涨跌幅分别为-5.29%，-3.27%，-0.72%，-5.15%和-3.41%。 图2：四大指数涨跌幅（2022.8.1-2022.8.5）图3：电力设备版块涨跌幅（2022.8.1-2022.8.5） 1% 1% 0% -1% -1% -2% -2% -3% -3% 1% 沪深300上证指数深证成指创业板指电力设备电池(申万) 0% -1% -2% -3% -4% -5% -6% 资料来源：Wind，申港证券研究所资料来源：Wind，申港证券研究所 个股方面，电池版块涨幅前五个股分别为：南都电源（29.10%），星云股份（15.06%），声光电科（9.99%），德方纳米（9.75%），孚能科技（7.24%）；跌幅前五个股分别为杭可科技（-8.71%），先惠技术（-8.71%），壹石通（-9.49%），振华新材（-10.84%），博力威（-12.18%）。 图4：电池版块涨幅前五（2022.8.1-2022.8.5）图5：电池版块涨跌幅后五（2022.8.1-2022.8.5） 杭可科技先惠技术壹石通振华新材博力威 35%0% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% -2% -4% -6% -8% -10% -12% 南都电源星云股份声光电科德方纳米孚能科技-14% 资料来源：Wind,申港证券研究所资料来源：Wind，申港证券研究所 3.行业重要新闻事件 贝特瑞与英国Britishvolt达成锂电负极材料供应协议。7月28日，英国电池开发和生产商Britishvolt宣布与中国贝特瑞BTR签约，选择其作为人造石墨和硅系复合负极的供应商。根据协议披露内容，BTR将在欧洲建设使用可再生水力发电的工厂，供应Britishvolt电池工厂所需。 宁德杉杉年产5万吨动力电池负极材料项目持续推进。宁德杉杉年产5万吨动力电 池负极材料项目总投资20.975亿元，主要用于石墨基负极材料、纳米硅基负极材 料、新型硅碳负极材料等动力电池负极材料生产。项目主要建筑面积约28.8万平 方米，分二期建设。一期年产2万吨动力电池负极材料生产线已于2018年建成投产，二期生产线今年二月份开工建设，预计今年第四季度进行设备调试。项目全部投产后将达到年产5万吨、产值30亿元的规模。 比克电池三代硅首效提升至86%。8月1日，比克电池首席科学家林建博士在行业 研讨会上分享比克在高容量硅负极上的研究进展。目前，比克硅氧材料由一代硅已发展到三代硅，将首效由77%提升至86%，基本达到与正极效率匹配，并采用了先进的补锂技术，正极利用率逐步提升。高镍+含硅负极高能量密度化学体系率先在比克18650和21700圆柱上应用，高镍+含硅负极21700-5.3Ah圆柱电池已实现量产下线。 硅宝科技5万吨/年锂电池用硅碳负极材料及专用粘合剂项目已开始建设。公司“5 万吨/年锂电池用硅碳负极材料及专用粘合剂”项目分为二期，分别为1万吨/年锂 电池用硅碳负极材料及4万吨/年锂电池专用粘合剂。该项目已开始建设，计划在 2023年6月前完成基建工作，第一期3000吨/年硅碳负极和2万吨/年锂电池专用 粘合剂产线在2023年下半年完成设备安装调试；第二期7000吨/年硅碳负极和2 万吨/年锂电池专用粘合剂在第一期产线投产后12个月内建设投产。 璞泰来定增85亿元扩充负极材料和隔膜产