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(1)碳纤维:碳纤维是一种含碳量高于90%的无机纤维,由有机纤维(聚丙烯腈基纤维、沥青基、粘胶基等)在高温环境下裂解碳化形成碳主链结构而制得。作为新一代增强纤维,碳纤维具有出色的力学性能和化学性能,既具有碳材料固有的本性特征,又兼备纺织纤维的柔软可加工性,因此被广泛应用于航空航天、能源装备、交通运输、体育休闲等领域。
碳纤维主要优点分析
碳纤维可以按照原丝种类、力学性能、丝束规格等不同维度进行分类,不同类别的碳纤维分类标准如下:
碳纤维根据原丝种类主要分为PAN基碳纤维、沥青基碳纤维和粘胶基碳纤维。其中,PAN基碳纤维由于生产工艺相对简单,产品力学性能优异,用途广泛,自20世纪60年代问世以来,迅速占据主流地位,占碳纤维总量的90%以上;沥青基、粘胶基的产量规模较小。因此,一般主流碳纤维指PAN基碳纤维。
碳纤维按原料来源分类
碳纤维根据力学性能主要分为通用型碳纤维(强度约为1,000MPa,模量约为100GPa)、高强型碳纤维(强度4,500MPa,模量230-250GPa)、高模型碳纤维(模量在300GPa以上)。但模量增加的同时会造成强度下降。
日本东丽典型牌号碳纤维
碳纤维根据丝束规格按K数不同分为大小丝束。小丝束强度和模量大,生产成本和价格较高,一般多用于国防军工和航空航天等领域(“宇航级”);大丝束产品性能较低,生产制造成本也相对较低,主要应用于民用领域和一般工业(“工业级”)。日本企业以生产小丝束为主,欧美企业以生产大丝束为主。主流的PAN基碳纤维制造工艺包括原丝生产和原丝碳化两步。
A、市场规模:根据中金企信统计数据,2021年国内碳纤维产量24,302.00吨,同比增长31.36%;2022年国内碳纤维产量45,000.00吨,同比增长85.17%。2015年-2022年国内碳纤维产量复合增速51.12%。2021年国内碳纤维消费量52,549.00吨,同比增长16.64%;2022年国内碳纤维消费量74,429.00吨,同比增长41.64%。2015年-2022年国内碳纤维消费复合增速23.71%。根据中国海关统计数据,2021年碳纤维行业整体进口量为33,064.56吨,较2020年上涨8.72%,出口量为4,817.87吨,较2020年上涨19.08%。2021年中国碳纤维行业整体进口量及出口量继续增加,增长率较2020年有所下降,一方面是国内碳纤维新产能释放的效果,另一方面由于国内执行风电等订单量增多,叠加“双碳政策”下光伏、储氢等行业迅速发展,对碳纤维需求增加,因此国内碳纤维产量增加,且增长率高于进出口数量增长率。2022年碳纤维行业整体进口量为29,344.52吨,较2021年下降11.20%,出口量为6,465.71吨,较2021年上涨34.20%。预计到2025年,国内需求将达约13.22万吨,其中国产约11.07万吨,预计2022-2025年国产碳纤维需求的年复合增长率高达21.10%。
2016-2022年全球碳纤维需求市场规模稳步上升,全球碳纤维市场需求2019年突破10万吨,2022年全球碳纤维市场需求量为13.50万吨,同比增长14.41%。2026年全球碳纤维市场需求有望突破20万吨。
B、市场供求状况及变动原因:2022年国内碳纤维产能扩张速度加快,而开工率相对平稳,新装置陆续投产,碳纤维产能增加,产量呈现阶梯状提高的趋势。“十三五”期间,国产碳纤维技术取得长足的进步。2021年,中国大陆地区碳纤维运行产能首次超过美国,成为全球最大产能国;2022年,中国产能在全球遥遥领先,全球产能十大企业,中国大陆地区拥有四家,国产碳纤维的销量首次超过进口数量。
从供给端来看,2022年全球碳纤维运行产能共计25.86万吨,同比增长24.57%。从区域看,中国大陆的运行产能11.21万吨,占比最大;其次为美国4.79万吨,占比为19.00%;日本2.47万吨,占比10.00%。
从需求端来看,根据中国复合材料学会,近年来,中国碳纤维需求量快速增加。2020年国内宣布双碳政策以来,风电需求的快速增长带动碳纤维消费高速放量。根据中金企信统计数据,2021年约36.10%碳纤维需求来自于风电叶片。体育休闲是仅次于风电的碳纤维第二大应用,在2021年碳纤维需求中占28.10%。2022年,体育休闲、碳碳复材(包含耐火保温毡)建筑、电子电气等已经成为特色优势应用市场。根据中金企信统计数据,2022年体育休闲已经超越风电,成为碳纤维的最大应用,占比达到30.90%。风电是仅次于体育休闲的碳纤维第二大应用,在2022年碳纤维需求中占比23.50%。
2022年中国碳纤维需求应用(吨)占比分析
数据整理:中金企信国际咨询
2022年的中国碳纤维市场的总体情况稳中有进。2016-2022年中国碳纤维需求量从1.96万吨增长到7.44万吨,复合增长率为24.90%。长期以来,国内碳纤维市场中进口碳纤维的供给量始终超过国产碳纤维。2020年以来,全球贸易整体受到较大冲击,国外碳纤维出口国内的难度加大,国内碳纤维市场整体呈现供不应求的局面。从2020年下半年到2021年全年,日本、美国加强了对碳纤维出口中国的政策管控,导致国内碳纤维境外供应难度进一步加大。
进入2022年,碳纤维的国产替代趋势日益明显。根据中金企信统计数据,国内碳纤维需求中,国产碳纤维供应量为4.50万吨,约占需求量的60.50%,国产销量首次超过进口数量,占比较2021年增长了13.61个百分点。未来在解决行业“卡脖子”和满足下游高速成长需求的背景下,国内碳纤维企业将有广阔的成长空间。
中金企信国际咨询公布的《2023-2029年碳基新材料行业市场全景调研分析及投资可行性研究预测报告》
(2)负极材料:锂离子电池主要由正极材料、负极材料、电解液和电池隔膜四部分组成,负极材料作为锂离子电池的关键材料之一,占锂离子电池成本约5%-10%,锂离子电池负极主要由负极活性物质、粘合剂和添加剂混合而成后均匀涂抹在铜箔两侧经干燥、滚压而成,起到可逆地脱/嵌锂离子并储存能量的作用,是锂离子电池中起氧化反应的电极,对锂离子电池充放电效率、能量密度等性能起到决定性作用,材料主要影响锂离子电池的首次效率、循环性能等,因此负极材料的性能将直接影响锂离子电池的性能。从分类看,负极材料根据活性物质不同可分为碳系与非碳系两大类。其中,碳系负极材料具体可以分为石墨、硬碳、软碳和石墨烯等,石墨又可以进一步分为天然石墨、人造石墨和中间相碳微球;非碳系负极材料包括硅基材料、锡基材料、钛基材料和金属锂(全固态锂离子电池负极材料)等。
负极材料现阶段以石墨材料为主流,随着技术进步,负极材料从早期的天然石墨为主到目前的人造石墨和天然石墨共存的市场,人造石墨因循环性能好、安全性能相对占优,在动力电池市场得到广泛应用。天然石墨性价比较高,容量、低温等性能较好,在消费电子电池市场、动力电池市场均得以应用。除了石墨用作负极材料之外,硅碳、硅氧也可以用作负极材料。
从产业链角度看,锂离子电池负极材料的上游为石墨矿石、针状焦、沥青等原材料生产企业。下游行业为锂离子电池行业,可以按终端用途划分为动力电池、消费电池和储能电池。其中动力电池主要应用于新能源汽车和电动自行车等;消费电池主要是指在3C消费品如手机、笔记本电脑和平板电脑中应用的电池;而储能电池主要是用于工业与家庭储能的电池。
根据中金企信统计数据:2021年中国锂电负极市场出货量72万吨,同比增长97%。2022年中国锂电负极市场出货量137万吨,同比增长90.28%。进入2021年后,由于市场需求的爆发,再加上限电、双减等政策影响,负极产能供应趋紧,导致产品价格出现上涨,尤其是进入2021年下半年,负极整体价格进入上涨快速通道。2021年,人造石墨均价约为5万元/吨,天然石墨则为3.5万元/吨,较上年均出现上涨。
其中,人造石墨因其高循环性能被广泛应用于下游市场,占据了目前负极材料市场的主导地位。2021年人造石墨出货量占比达84%,且在未来一段时间内仍将成为负极材料行业的主要增长点。相对的,天然石墨是我国负极材料行业的第二大材料,2021年出货量占比约14%,近年来出货量占比呈现下降趋势。
B、市场供求状况及变动原因:根据中金企信统计数据:2019-2021年我国负极材料产品产量年均增速36.89%,消费量年均增速42.33%,供给和需求双双提升,但需求端增幅更高,整体呈现供不应求的态势。预测未来5年中国负极材料市场将以31.41%复合增长率高速发展,中国负极材料市场规模预计2025年将增加到145.00万吨;到2025年全球负极材料需求将超过190.00万吨。锂离子电池的应用领域主要包括动力电池、消费类电池和储能电池。2021年中国锂电负极材料出货量的大幅增长主要由下游锂离子电池市场快速增长带动。
动力电池方面,中美欧三大经济体新能源汽车需求爆发式增长,带动锂离子电池负极材料需求快速提升。2021年中国动力电池出货量226GWh,同比增速183%;2022年中国动力电池出货量480GWh,同比增速超110%。消费类电池方面,数码市场受国产化替代带动,电动工具用锂离子电池出货11GWh,同比增长96%;储能电池方面,2021年国内发布《“十四五”新型储能发展实施方案》文件首次明确储能产业发展目标,到2025年,实现新型储能装机规模达到3,000万千瓦(30GW)以上,为储能行业从商业化初期向规模化发展定下基调。中长期在风光储一体化的推动下,国内储能将进入高速增长,带动负极材料需求消费。2021年储能市场出货量同比增长196%,2022年储能系统企业出货量合计达50GWh,同比增长超200%。
从长期来看,新能源汽车行业仍会保持增长态势,对动力电池的需求也将持续;5G商用的普及带动新兴应用领域的拓展也会带来对消费电池的新需求;储能电池也属于一片蓝海市场。综上,负极材料行业的下游将保持高景气度,带动负极材料行业的产能释放,供需逐渐达到平衡。行业内具有较强研发能力、成本控制能力和品控能力的企业有望争取到更高的利润空间。
(3)石墨电极:钢铁是石墨电极最主要的下游应用。在电弧炉冶炼中石墨电极作为导电材料向电弧炉内输入电能,从而通过电极端部和炉料之间发生的电弧为热源进行炼钢,石墨电极是钢铁生产所需的重要耗材。2021年,我国石墨电极表观消费量达到58.36万吨,其中43.23%用于钢铁行业,若剔除出口部分,钢铁行业消费占比超过70%。2022年,我国石墨电极表观消费量达到47.30万吨。目前我国已成为全球主要的石墨电极产销国之一,中国石墨电极已出口超过80多个国家和地区,由于价格合适、质量可靠,国际化经营已初具规模,具有较大的影响力。
根据中金企信统计数据,2021年国内石墨电极产量100.91万吨,同比增长31.72%;2017-2021年石墨电极行业整体呈增长态势,年复合増长率达到16.23%。2020年受行业亏损和市场需求下降的影响,产量略有下降,同比下降4.42%。2021年国内石墨电极表观消费量58.36万吨,同比增长35.02%;2017-2021年石墨电极表观消费年复合増长率达到15.63%。2022年国内石墨电极产量81.60万吨,同比减少19.14%;2017-2022年石墨电极行业整体呈增长态势,年复合増长率达到8.10%。2022年国内石墨电极表观消费量47.30万吨,同比减少18.95%;2017-2022年石墨电极表观消费年复合増长率达到7.70%。2022年国内石墨电极细分产量中,普通功率电极产量9.37万吨,占比11.49%;高功率电极18.04万吨,占比22.11%;超高功率54.17万吨,占比66.40%。根据中金企信统计,石墨电极的主要下游是电弧炉炼钢,其他需求为工业硅及磷等冶炼。2021年,国内石墨电极消费中,电炉炼钢占比74.00%、工业硅占比14.60%、磷占比3.40%、电石占比约1.00%、其他占比约7.00%。
中金企信数据显示,2021年,国内石墨电极产能171.70万吨;2022年,国内石墨电极产能181.70万吨,2017年-2022年产能复合增速达到9.68%。随着2017年以来的新建的项目陆续投产,国内石墨电极产能整体增幅将逐步放缓,并趋于平台期。近些年来,我国石墨电极供需状况基本处于超高功率电极供不应求的状况,高功率电极供需基本平衡,而普通功率电极呈现供过于求的状况。在品种结构方面,与发达国家的差距较大,目前日本、美国等发达国家基本都是以超高功率石墨电极产品为主。
2019年8月,工信部发布《关于引导电弧炉短流程炼钢发展的指导意见(征求意见稿)》提出:力争到“十四五”末(2025年),电炉炼钢产量占比要提升至20%左右,单位能耗降低10%以上。电炉炼钢产量的提升对电极的需求将会有显著增加,从长期发展趋势来看,出于提升生产率、降低能耗的考虑,未来100~150吨超高功率电弧炉是主流发展方向,发展超高功率电弧炉是大势所趋。随着电炉大型化,大规格超高功率石墨电极作为超高功率电弧炉的主要材料之一,在此需求的推动下,电极产业发展将呈现功率超高化、规格大型化。
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