电池材料趋势有哪些？

材料体系升级，设备研发提速。

1. 趋势 1：快充趋势带动材料体系升级

随着长续航电池的逐步推广，快充已成为锂电行业下一个亟待突破的奇点。 电池的充电性能主要取决于负极材料。具体而言即负极材料的粒径大小：小颗粒比表面积大，锂离子迁移的 通道更多、路径更短，倍率性能好，反之大颗粒的压实密度高、容量大。就目前主流的快充负极而言人造石 墨负极材料一般通过二次造粒、炭包覆、碳硅掺混等方式来提升充电性能。 高端的石墨负极通过二次造粒兼顾倍率与容量性能：将原有颗粒与石油焦、针状焦等基材在一定条件下再次 造粒，所得材料倍率等性能会优于一次造粒的同粒径产品。

碳包覆材料特点是低成本提升高性能，即增加很低的成本就可以对性能提升很大。通过在石墨负极表层包覆 一层无定形碳，在石墨外表面形成缓冲层，从而提高倍率性能，并且还在表面形成致密的 SEI 膜，提高首次 效率、提升循环次数。 碳硅进行掺混后，在相同粒径下，对应维持相同的倍率性能的条件下，天然石墨/硅的比例越高，材料的比容 量越高。掺杂改性的核心目的在于提升负极材料比容量。但硅材料体积膨胀系数较高，同样需要进行改性处 理，工艺相对复杂，难度相对较高。

目前来看，业内企业主要在硅碳负极路线发力。我们认为这是因为掺混材料的性能天花板远高于纯碳基负极。 以贝特瑞为例：贝特瑞作为国内最早量产硅基负极材料的企业之一，2019 年至 2020 年连续 2 年公司硅基负 极材料出货量国内领先。计划于 2024 年建成投产年产 1.5 万吨硅基负极材料产能；并于 2028 年前实现年产 4 万吨硅基负极材料产能全面达产。据贝特瑞表示：硅基负极未来技术迭代方向主要包括传统的研磨法和新 型的 CVD 法。这两种方法各有优缺点，需要根据市场需求和技术发展情况进行选择。目前将 CVD 法这种技 术大规模量产并达到客户可以使用的状态仍然具有挑战性。贝特瑞一直在推动 CVD 技术的研发和应用，虽 然目前还存在一些挑战，但贝特瑞在硅材料方面的研发技术和出货量仍然处于行业领先地位，对于新型负极 的研发和应用也有丰富的经验。

2. 趋势 2：复合铜箔成为新选择

复合铜箔具备降本、减重、安全等优势，成为负极集流体的新选择。降本：相较于传统铜箔，复合铜箔并未 全部采用金属铜，而是中间采用高分子层，上下两侧为金属薄膜，降低了原材料成本。减重：以 6μm 产品 为例，复合铜箔中间 4.5μm 为高分子材料，两侧各为 1μm 的镀铜。PET 膜材的密度为 1.37 克/立方厘米， 传统铜箔整体均为金属铜，其密度为 8.96 克/立方厘米，因此较大程度上减轻了重量，提升了产品的能量密 度。安全：复合集流体受外力穿刺时产生的毛刺较小，且在电池局部短路时，高分子层会熔化形成断路，同 时疲劳断裂的概率降低，因此安全性能较好。

复合铜箔产业链并非基于传统电解铜箔的升级，而是采用新材料、新工艺对其进行部分替代。其中既包括基 膜的选择也包括镀膜工艺涉及的相关设备。PET 铜箔制造工艺核心为磁控溅射、电镀和真空蒸镀。目前多数 厂商采用真空磁控溅射和水电镀的两步法，产品厂商近期以来聚焦于生产效率和良率的提升。基于此，我们 认为：磁控溅射设备和电镀设备供应商有望在这一轮趋势中受益。 以道森股份为例：其子公司洪田科技研发的“一步法”复合铜箔真空镀膜成套设备“真空磁控溅射一体机” 已顺利通过客户测试验证，并已与客户签订正式订单合同，截至 2023 年 9 月合同总金额已超过 2 亿元。

公司发布的真空磁控溅射一体机设计运行速度为 4-5 米/min，真空磁控溅射蒸发一体机设计运行速度为 12-15 米/min；良率均可达到 90%以上，未来将继续提升；首台套设备设计幅宽为 1,350mm，未来仍存在较大降 本空间。目前公司交付的真空磁控溅射一体机设备成箔成本与市场水平相当，且溅射效果好，可产出高品质 的箔材。两者均属于物理气相沉积，均可以实现一次性完成基膜双面镀 1um 铜箔，制作出高品质复合铜箔产 品；其次，公司的真空镀膜设备均是在一个腔体内完成镀膜的，没有水电镀环节，无需进行干湿法切换，无 相关环保问题；另外，公司的一体机设备设计不挑基膜，PET 或 PP 膜均适用；此外由于公司复合铜箔设备 为在一个腔体内完成镀膜的纯干法设备，因此避免了干湿法切换带来的良率损失，使得公司真空镀膜设备在 品质、良率方面具备明显优势。另外随着公司后期真空镀膜系列产品的推出，在未来规模化放量后，公司真 空镀膜设备成箔成本有望降至 3 元/平方米以下。

3. 趋势 3：磷酸锰铁锂为主流升级方案

磷酸锰铁锂在业内被认为是升级版磷酸铁锂，是目前主流的的磷酸铁锂升级方案。二者同属于磷酸盐体系， 制备工艺类似，固相法简单适合工业化生产，液相法更复杂但产品性能更好其制备方法与磷酸铁锂类似，生 产设备基本可以共线。相较于磷酸铁锂，磷酸锰铁锂具有能量密度高、单位成本低低等优势。其原理在于： 锰材料的混合提升了工作电压进而提升了能量密度（能量密度=克容量*工作电压）。

同时，锰元素的加入也带了一定的问题，如导电率降低、循环次数减少等。因此需要通过纳米化、掺杂、包 覆等技术手段进行改性。基于此，我们认为：这一趋势的确定性较强，其投资机会在于两个方面：一、锰元 素的加入带来的新导电材料的应用以及原有相关材料的用量提升；二、产品一致性较好的厂商可能会获得先 发优势。

就上游而言，针对锰磷酸锰铁锂导电性差的问题，可掺杂碳纳米管以提升导电性能，并实现对能量密度、循 环寿命和倍率性能的优化。目前相关厂商为天奈科技等。天奈科技作为最早成功商业化将碳纳米管通过浆料 形式导入锂电池的企业之一，经过十多年的发展，公司已经推出了一系列碳纳米管导电浆料产品，打破了锂 电池领域国外企业对导电剂产品的垄断，改变了原有材料依赖进口的局面。2022 年，公司受头部动力电池企 业客户需求带动，主营业务产品碳纳米管导电浆料市场份额占比 40.3%，在产销规模、客户结构、产品研发 实力等方面处于行业领先地位。公司已掌握单壁碳纳米管的负载型催化剂制备方法、新一代寡壁和单壁碳纳 米管连续制备技术等。公司是全球范围内极少数能够规模化生产单壁碳纳米管产品的企业。我们认为：碳纳 米管产品一方面在磷酸锰铁锂产品层面成为“刚需”，另一方面，在传统产品中也有望逐渐对碳黑形成替代。

就中游制备工艺而言，主要分为固相法和液相法，前者工艺简单设备要求低，但产品一致性不佳；后者铁锰 分散性好、一致性高，但工艺复杂控制难度大。目前进展较快的厂商为德方纳米、容百科技和当升科技等。 以采用液相法路线的德方纳米为例：公司现有磷酸铁锂产能 26.5 万吨/年，磷酸锰铁锂产能 11 万吨/年，补 锂剂产能 5,000 吨/年。目前规划中的产能均已进行了审议并披露，其中，磷酸盐系正极材料规划产能以磷酸 锰铁锂为主，可兼容生产磷酸铁锂。截至 2023 年 10 月公司产品已开始批量出货，将率先上车，进度领先。 我们认为：产品一致性较好的材料厂商有望在本轮趋势下取得先发优势。