#手机[超话]# 【手机屏碎？有了它，手机想碎都难】中国科学院过程工程研究所研究员李建强团队研制出一种高熵玻璃。这种玻璃样品具有破纪录的硬度和模量，多项指标远超美国康宁公司的主流产品——第六代大猩猩玻璃（曾被称为有史以来最“坚强”手机屏幕）。该成果已在《细胞》子刊iScience上发表。
也许在不远的将来，你的手机屏幕“想碎都难”。
破纪录的“硬”玻璃
“这种氧化物高熵玻璃，具有破纪录的硬度和模量，以及优异的断裂韧性。”李建强告诉《中国科学报》，“玻璃样品在硬度、模量和断裂韧性上远超第六代大猩猩玻璃，在盖板玻璃领域具有重要的潜在应用。”
高熵是近年来合金、陶瓷等领域对一类新型材料体系的称呼，这一概念最早来自于高熵合金。
李建强介绍，作为一种全新的材料体系，高熵材料打破了传统材料的设计理念，在金属、陶瓷及金属间化合物等领域受到广泛关注。
与传统材料相比，高熵材料在力学、物理和化学性能等方面表现出独特优势，目前已成为国际材料学术界的重要研究热点之一。
传统的合金材料主要由一两种主要组元组成，再加入一些其他微量元素提升特性。而高熵合金的主要组元通常为四五种以上，且各种组元的含量接近等比例。
“熵可以用于描述一个体系的复杂程度，高熵可以理解为高的混乱度。高熵材料与常规材料体系相比，具有更高的混乱度。现有研究认为，这种混乱度在某些方面可以打破常规，从而产生一些意想不到的性能。”
论文第一作者、中国科学院大学在读博士生郭永昶对《中国科学报》说，“以往概念中，合金中加的金属种类越多，就会越脆，但高熵合金和以往的合金不同，添加多种金属也不会脆化，是一种颠覆性的材料设计新方法。”
除此之外，李建强解释道，模量（指杨氏模量）是描述固体材料在外力作用下抵抗弹性形变能力的物理量，高模量可以在一定程度上反映玻璃抵抗划痕的能力。
“作者报告了3种新型的多组分玻璃，通过无容器熔体急冷工艺制备，可以使玻璃具有很高的硬度和杨氏模量……”该论文审稿人评论说，“这些结果引起了材料科学界的很大兴趣。”
“硬核”技术造就更强
随着手机、平板电脑等电子产品越来越轻薄、屏幕越来越大，对盖板玻璃的各项性能要求也越来越高。在盖板玻璃的抗摔性测试方面，主流的方法是将样机从一定高度下自由掉落，然后统计盖板玻璃的破碎情况。
2018年，康宁公司宣布第六代大猩猩玻璃研制成功。根据该公司实验室数据，第六代大猩猩玻璃从1米的高度跌落到粗糙的平面上，可以经受15次摔打而不破损。
市场调查显示，人们平均每年手机意外掉落的次数约为7次。使用第六代大猩猩玻璃，在不需要手机壳和钢化膜的情况下，仍可“大咧咧”使用两年。这种玻璃一度成为不少智能手机的“卖点”。
尽管如此，“碎屏险”仍是很多人购买手机时的标配。用户依然急需“硬核”的技术造就更“坚强”的手机。
玻璃的硬度、模量和断裂韧性取决于材料的组分和微观结构。通常情况下，选取具有高解离能的氧化物组元（如三氧化二铝），并通过优化制备工艺调控增大原子堆积密度，有利于提高玻璃力学性能，但同时会导致玻璃形成能力的严重下降。
“比如第六代大猩猩玻璃，在生产过程中为了提高硬度、模量和断裂韧性，通常需要进行化学强化处理。强化后的玻璃由于表面应力层的存在，在硬度、模量和断裂韧性上有一定提升，但这种后处理方法限制了玻璃形状的后期设计，一旦进行化学强化就很难再加工。”李建强说，“因此，通过创新成分设计和制备方法，制备出本征上具有高硬度、高模量和高断裂韧性的玻璃，对电子玻璃行业具有重要意义。”
现有手机、平板电脑屏幕的盖板玻璃，按组分不同可以分为高铝玻璃（以第六代大猩猩玻璃为代表）和钠钙玻璃两种。相比而言，前者具有更好的性能，但这两种玻璃有一个共性，就是组分里都含有较多的网络形成体（如SiO2、B2O3）等。
“含有网络形成体一定程度上会限制玻璃新体系开发和性能提升。”
李建强说，“我们的玻璃样品不含网络形成体，同时引入高熵材料设计理念，在玻璃中加入氧化钛、氧化锆等能够改变微观配位数的组元，共同组成玻璃的主体。这种新玻璃在微观结构上与传统玻璃的最大不同在于具有较高的配位数，由此可以带来优异的性能。”
但这种玻璃的形成能力较低，冷却过程中易析晶且熔点较高，用传统的熔融冷却法比较难制备。
为解决这一矛盾性关键科学问题，研究人员基于在特种玻璃领域的多年研究积累，合理选取多主元组分，并采用“激光加热熔化—无容器凝固”方法，借此熔化氧化锆等超高熔点物质。
“由于样品制备过程中处于悬浮状态，可以有效抑制接触容器壁形成的非均匀形核，进而抑制析晶。”郭永昶说，“同时，激光加热具有快热快冷的优点，可以使熔体达到深过冷状态并实现快速凝固，从而解决了玻璃样品制备的难题。”
何时告别碎屏险？
利用这些技术，研究人员成功制备出高硬度、高模量的高熵玻璃，它具有破纪录的硬度（12.58 GPa）和模量（177.9 GPa），以及优异的断裂韧性（1.52 MPa·m0.5）和良好的可见光—近中红外波段透过性（最大86.8%），多项指标远超康宁公司的第六代大猩猩玻璃（硬度6.78 GPa、模量77 GPa、断裂韧性0.7 MPa·m0.5）。
从几项主要数据看，这种玻璃样品比第六代大猩猩玻璃提高了约1倍。但李建强坦言，不能简单地说“抗摔性就可以翻倍”。
“盖板玻璃的抗摔程度综合反映了脆性和断裂韧性参数，和硬度也有一定的关系。”李建强说，“目前，我们的样品还处于实验室阶段，没有对玻璃的抗摔性进行测试。但这种玻璃样品的断裂韧性（描述材料抵抗裂纹扩展能力的物理量）测试指标高于第六代大猩猩玻璃，这在一定程度上说明样品在后期整机装样测试时，会取得比较好的抗摔性。”
李建强表示，一个走向市场的成熟产品不仅需要某些突出的优点，还需要各方面性能有较好的均衡。对于盖板玻璃，除了模量以外，往往还要求玻璃具有良好的透过性、脆性、断裂韧性等，制备工艺的复杂性和成本也是影响其应用的重要因素。
“我们前期研究的关注点主要放在力学性能方面，这是盖板玻璃最基础、最重要的参数。对于其电学性能，如导电率、灵敏度，还有介电常数等，后期将集中到专门的模块进行测试分析。”李建强说，“接下来，我们会尝试制备满足装机要求的盖板玻璃，逐步推进各项性能测试。”https://t.cn/A6IBX0Nf
也许在不远的将来，你的手机屏幕“想碎都难”。
破纪录的“硬”玻璃
“这种氧化物高熵玻璃，具有破纪录的硬度和模量，以及优异的断裂韧性。”李建强告诉《中国科学报》，“玻璃样品在硬度、模量和断裂韧性上远超第六代大猩猩玻璃，在盖板玻璃领域具有重要的潜在应用。”
高熵是近年来合金、陶瓷等领域对一类新型材料体系的称呼，这一概念最早来自于高熵合金。
李建强介绍，作为一种全新的材料体系，高熵材料打破了传统材料的设计理念，在金属、陶瓷及金属间化合物等领域受到广泛关注。
与传统材料相比，高熵材料在力学、物理和化学性能等方面表现出独特优势，目前已成为国际材料学术界的重要研究热点之一。
传统的合金材料主要由一两种主要组元组成，再加入一些其他微量元素提升特性。而高熵合金的主要组元通常为四五种以上，且各种组元的含量接近等比例。
“熵可以用于描述一个体系的复杂程度，高熵可以理解为高的混乱度。高熵材料与常规材料体系相比，具有更高的混乱度。现有研究认为，这种混乱度在某些方面可以打破常规，从而产生一些意想不到的性能。”
论文第一作者、中国科学院大学在读博士生郭永昶对《中国科学报》说，“以往概念中，合金中加的金属种类越多，就会越脆，但高熵合金和以往的合金不同，添加多种金属也不会脆化，是一种颠覆性的材料设计新方法。”
除此之外，李建强解释道，模量（指杨氏模量）是描述固体材料在外力作用下抵抗弹性形变能力的物理量，高模量可以在一定程度上反映玻璃抵抗划痕的能力。
“作者报告了3种新型的多组分玻璃，通过无容器熔体急冷工艺制备，可以使玻璃具有很高的硬度和杨氏模量……”该论文审稿人评论说，“这些结果引起了材料科学界的很大兴趣。”
“硬核”技术造就更强
随着手机、平板电脑等电子产品越来越轻薄、屏幕越来越大，对盖板玻璃的各项性能要求也越来越高。在盖板玻璃的抗摔性测试方面，主流的方法是将样机从一定高度下自由掉落，然后统计盖板玻璃的破碎情况。
2018年，康宁公司宣布第六代大猩猩玻璃研制成功。根据该公司实验室数据，第六代大猩猩玻璃从1米的高度跌落到粗糙的平面上，可以经受15次摔打而不破损。
市场调查显示，人们平均每年手机意外掉落的次数约为7次。使用第六代大猩猩玻璃，在不需要手机壳和钢化膜的情况下，仍可“大咧咧”使用两年。这种玻璃一度成为不少智能手机的“卖点”。
尽管如此，“碎屏险”仍是很多人购买手机时的标配。用户依然急需“硬核”的技术造就更“坚强”的手机。
玻璃的硬度、模量和断裂韧性取决于材料的组分和微观结构。通常情况下，选取具有高解离能的氧化物组元（如三氧化二铝），并通过优化制备工艺调控增大原子堆积密度，有利于提高玻璃力学性能，但同时会导致玻璃形成能力的严重下降。
“比如第六代大猩猩玻璃，在生产过程中为了提高硬度、模量和断裂韧性，通常需要进行化学强化处理。强化后的玻璃由于表面应力层的存在，在硬度、模量和断裂韧性上有一定提升，但这种后处理方法限制了玻璃形状的后期设计，一旦进行化学强化就很难再加工。”李建强说，“因此，通过创新成分设计和制备方法，制备出本征上具有高硬度、高模量和高断裂韧性的玻璃，对电子玻璃行业具有重要意义。”
现有手机、平板电脑屏幕的盖板玻璃，按组分不同可以分为高铝玻璃（以第六代大猩猩玻璃为代表）和钠钙玻璃两种。相比而言，前者具有更好的性能，但这两种玻璃有一个共性，就是组分里都含有较多的网络形成体（如SiO2、B2O3）等。
“含有网络形成体一定程度上会限制玻璃新体系开发和性能提升。”
李建强说，“我们的玻璃样品不含网络形成体，同时引入高熵材料设计理念，在玻璃中加入氧化钛、氧化锆等能够改变微观配位数的组元，共同组成玻璃的主体。这种新玻璃在微观结构上与传统玻璃的最大不同在于具有较高的配位数，由此可以带来优异的性能。”
但这种玻璃的形成能力较低，冷却过程中易析晶且熔点较高，用传统的熔融冷却法比较难制备。
为解决这一矛盾性关键科学问题，研究人员基于在特种玻璃领域的多年研究积累，合理选取多主元组分，并采用“激光加热熔化—无容器凝固”方法，借此熔化氧化锆等超高熔点物质。
“由于样品制备过程中处于悬浮状态，可以有效抑制接触容器壁形成的非均匀形核，进而抑制析晶。”郭永昶说，“同时，激光加热具有快热快冷的优点，可以使熔体达到深过冷状态并实现快速凝固，从而解决了玻璃样品制备的难题。”
何时告别碎屏险？
利用这些技术，研究人员成功制备出高硬度、高模量的高熵玻璃，它具有破纪录的硬度（12.58 GPa）和模量（177.9 GPa），以及优异的断裂韧性（1.52 MPa·m0.5）和良好的可见光—近中红外波段透过性（最大86.8%），多项指标远超康宁公司的第六代大猩猩玻璃（硬度6.78 GPa、模量77 GPa、断裂韧性0.7 MPa·m0.5）。
从几项主要数据看，这种玻璃样品比第六代大猩猩玻璃提高了约1倍。但李建强坦言，不能简单地说“抗摔性就可以翻倍”。
“盖板玻璃的抗摔程度综合反映了脆性和断裂韧性参数，和硬度也有一定的关系。”李建强说，“目前，我们的样品还处于实验室阶段，没有对玻璃的抗摔性进行测试。但这种玻璃样品的断裂韧性（描述材料抵抗裂纹扩展能力的物理量）测试指标高于第六代大猩猩玻璃，这在一定程度上说明样品在后期整机装样测试时，会取得比较好的抗摔性。”
李建强表示，一个走向市场的成熟产品不仅需要某些突出的优点，还需要各方面性能有较好的均衡。对于盖板玻璃，除了模量以外，往往还要求玻璃具有良好的透过性、脆性、断裂韧性等，制备工艺的复杂性和成本也是影响其应用的重要因素。
“我们前期研究的关注点主要放在力学性能方面，这是盖板玻璃最基础、最重要的参数。对于其电学性能，如导电率、灵敏度，还有介电常数等，后期将集中到专门的模块进行测试分析。”李建强说，“接下来，我们会尝试制备满足装机要求的盖板玻璃，逐步推进各项性能测试。”https://t.cn/A6IBX0Nf
https://t.cn/A6I8cIsd截至8月27日晚间，有44艘集装箱船停泊在加州洛杉矶和长滩两个港口外，打破了今年2月初创下的40艘的记录。目前，船只平均等待时间正在从8月中旬的6.2天上升至7.6天。此外，困扰着美国西海岸这两个港口还有一系列问题，包括疫情导致的劳动力短缺、季节性订单导致的货运量增加以及跨太平洋贸易路线的持续中断
锂电池负极行业研究：未来行业格局如何演变？
1 行业格局：过去复盘和未来预判
1.1 为什么负极行业格局分散？
负极格局分散系技术路线、产品定位、客户分层所致，结果体现系价格分层
从技术路径来看，璞泰来、中科、尚太主攻人造石墨，翔丰华和贝特瑞多为 天然石墨。
从价格带来看，璞泰来、贝特瑞偏高端，中科电气、翔丰华、尚太偏中低端。
从客户带来看，贝特瑞客户主要系海外高端动力、璞泰来主要系高端消费电 子和海外高端动力，中科电气系海外二线动力和国内一线动力，尚太、凯金 等主要依托宁德的增长。
技术路线：负极分为天然和人造石墨，人造石墨是目前主流
电池性能主要看能量密度、使用寿命、充放电速度、稳定性和一致 性。对负极来说，材料比容量决定理论能量密度上限，首次效率影 响实际能量密度，压实密度影响体积能量密度，循环次数影响电池 寿命，倍率性能影响充放电速度，高低温性能影响电池在极端情况 下的稳定性。
人造石墨各项性能更为均衡，是目前负极主流。人造石墨比容量和 天然石墨已经比较接近且循环、倍率、高温性能更优，在下游应用 更广泛，2020年国内人造石墨出货在负极占比达84%，较17年提升 16pct。
天然石墨：贝特瑞占据中高端市场、翔丰华占据中低端市场，均价相差约1.4万元/吨
天然石墨赛道主要玩家为贝特瑞、翔丰华，从产品性能和 销售均价看，贝特瑞所在市场较翔丰华高端：
从性能指标看，贝特瑞天然石墨负极产品在中粒径、首次 容量、压实密度更优。而中粒径、首次容量、压实密度越 大越有利于提升电池能量密度。
从销售均价看，2019年贝特瑞天然石墨负极产品均价较翔 丰华高1.4万元/吨。
1.2 未来行业格局如何？
演变1-相互渗透：动力和储能接棒消费电子，成为各家必争之地
消费电子市场增速放缓，但高端市场仍盈利好。2020年消费电池出货75GWh，未来几年增速预计保持个位数增长，增速慢但盈利状 况较好，如在消费电子市场占据绝对份额的璞泰来2017年产品单价在6.2万元/吨，单吨盈利1.6万元，而同期主营动力市场的凯金能 源单价3.5万元，单吨盈利0.45万元。
动力和储能接棒消费电子，成为各家必争之地。动力和储能市场属于新新市场，未来几年都处于高增状态，从现在到2025年增速均保 持在40%以上。
演变2-加速洗牌：预计未来负极竞争态势优于电解液，次于隔膜
行业洗牌的过程常常伴随扩产-价格战-龙头走出（市占率提升），负极正处于第一阶段扩产，电解液和隔膜已走出龙头。
电解液价格战下，全行业盈利普遍大幅下滑。17-18年电解液行业发生了激烈的价格战，6F价格从17年初35万元/吨一路下跌至18 年4月的15万/吨，同期电解液从7.5~8.5万元/吨下降至4~5.5万元/吨，近乎腰斩。价格战下18H1头部企业的天赐、新宙邦毛利率下 滑至21%、27%，同比下滑22pct、7pct。
隔膜价格战下，头部企业恩捷仍保持高毛利。隔膜行业也是在17-18年发生价格战，以恩捷为例，18年隔膜单价元/平，同比下滑 32%，而恩捷毛利率仍然保持在60%，单平净利润1.4元/平。
演变3-真正的龙头：我们认为未来负极龙头是技术+成本均领先的全能型选手
此前负极市场比较割裂，一方面有天然/人造之分，另一方面又有高中低之分。一般而言消费电子市场用户价格敏感性低且电池成本占 比小，产品偏高端，动力市场用户敏感性高且电池成本占比高，产品偏低端。
割裂的态势正在被打破，消费电子盈利好但增速放缓，此市场龙头为谋求新的利润增长点，动力市场是必争之地，典型如璞泰来。动 力市场并非就是低端市场的代名词，其也有高端市场并且高端产品占比在提升，这从高镍在三元的占比可以看出。
此外，人造石墨负极也不是负极技术迭代的终点，未来发展方向在硅基负极。 因此，未来的负极行业绝对龙头需具备全方位的优势：1）高端市场更看技术竞争，负极厂需保持领先的技术迭代能力；2）中低端市 场更看重成本竞争，成本竞争依赖一体化+工艺know-how降本。
2 增效-技术渐进式迭代=天然石墨→人造石墨→硅基负极
硅基负极是负极发展方向，暂未大规模商用系导电性差+体积膨胀严重
硅理论克容量有绝对优势，是未来负极材料的发展方向。石墨材料的理论克容量上限372mAh/g，目前高端产品已经达到360- 365mAh/g，接近理论容量上限。因此需要更高能量密度的新材料来应对需求。硅最能够满足更高能量密度的需求（理论克容量为 4200mAh/g），是市场公认的下一代负极。
但导电性差、体积膨胀等问题制约了硅材料在负极上的商业化应用：
硅材料属于半导体材料，电子导电性和离子导电性差，不利于材料电化学性能的发挥。
硅嵌/脱锂过程中伴随着巨大的体积变化，从而影响循环寿命。Si材料在与Li进行合金化的过程中体积膨胀可达300%以上（石墨材 料在12%），容易导致颗粒的粉化和破碎、SEI膜的破坏，从而严重影响锂离子电池的循环寿命。
硅易与其他物质发生反应，造成能量快速衰减。锂盐 LiPF6分解产生的 HF 会与 Si 反应，Si 负极与电解液的界面不稳定，Si 负极 材料表面形成的固体电解质膜（SEI 膜）不能适应 Si 负极材料在脱嵌锂过程中的巨大体积变化而破裂]，使Si 表面暴露在电解液中， 导致固体电解质膜持续生成、活性锂不断消耗，最终造成容量损失。
硅基负极的劣势可通过纳米化、氧化亚硅和碳包覆三种方式改进
硅单质能量密度高但体积膨胀大导致循环、倍率性能差，故难以实现产业化，一般采用以下方式改性：
纳米化：硅纳米化后可明显缩小体积，提高循环性能，但纳米粒子合成工艺复杂，粒径大小和形貌不易控制。
与石墨复合：碳材料的体积变化较小、循环性能良好，硅材料体积膨胀大、循环性能差而比容量最大，将两种材料复合可得到具有 高容量、体积变化较小、循环性能较好的硅碳复合材料。根据硅颗粒在碳颗粒中的分布形式不同，复合材料可分为包覆型、嵌入型 和分子接触型。
采用氧化亚硅：硅氧材料较硅单质有效缓解了体积膨胀，提升了循环性能，但降低了首次效率。SiOx材料在嵌锂过程中的体积膨胀 仅为118%左右（硅单质在300%），从而极大的提升了Si基材料的循环寿命，然而SiO材料独特的反应机理使得Li在首次嵌入到材 料的过程中会生成没有电化学活性的Li4SiO4材料，导致SiOx材料的首次效率远远低于石墨和硅碳材料。
3 降本-纵向一体化&工艺know-how
3.1 纵向一体化
视角1-生产工序：人造石墨负极核心工序在造粒和石墨化，是体现know-how的关键
人造石墨负极生产工序包括破碎、造粒、石墨化、炭化（可选）、筛分：
破碎：将石墨原料和沥青按不同比例混合，并放入空气流中进行磨粉，将5-10mm粒径的磨至5-10微米。
造粒：造粒是负极生产核心环节，具体分为热解和球磨：1）热解是指在反应釜中，按照温度曲线进行电加热，于200～300℃搅拌 1-3h，而后继续加热至400～500℃，搅拌得到粒径在10-20mm 的物料，降温出料；2）球磨是指将热解后的物料在球磨机进行 机械球磨，10-20mm 物料磨制成6-10μm 粒径的物料。
石墨化：在石墨化炉中对炭材料进行2000度以上的高温热处理。
核心在造粒和石墨化，炭化一般适用于对快充有需求的产品。
造粒：石墨颗粒的大小、分布和形貌影响着负极多个性能指标。颗粒越小，倍率性能和循环寿命越好，但首次效率和压实密度越差， 反之亦然，生产核心在于合理的粒度分布。
石墨化：核心在于装料方式、通电曲线的控制（升温和降温）。
视角2—成本结构：石墨化和焦类占比较大
从人造石墨负极成本构成看，占比最大的是石墨化（42%），其 次是焦类（14%）。 早年行业体量较小，负极企业产能不足，将石墨化和部分粉碎、 造粒工序外协，又粗形成了加工费，加工费合计占比在50%左右。
3.2 工艺know-how
石墨化的持续降本：
1）电费在成本占比达60%，低电价区域扩建石墨化产线，抢占稀缺资源。
石墨化是传统炭素行业的一种高耗能的成熟工艺，电费成本占比在60%，电价对石墨化成本影响显著。如璞泰来的山东兴丰2020年 Q1石墨化成本为1.13万元/吨（电价在0.6元/度），而内蒙兴丰为0.78万元/吨（电价在0.3元/度）。
低电价区域属于稀缺资源，政策上对高耗能项目的审批趋严，早期进行扩产的企业有先发优势。如内蒙发改委今年1月指出：在未来 要实行更加严格的高耗能项目节能审查政策（石墨化是典型的高耗能项目） ，并进一步提出不再审批铁合金、电石、PVC、水泥熟 料、石墨电极材料、兰炭等项目。
2）装炉方式分为坩埚和箱体，具体选用体现know-how
厢式炉工艺单位能耗较坩埚大幅降低，理论上成本更低，但具体生产中哪种成本更低体现各家know-how。厢式炉单炉较坩埚炉有 效容积成倍增加，而总耗电量仅增加约10%，产品单位耗电量降低40%-50%左右。厢式炉理论上成本更低，但受热均匀性低于坩 埚，因此对石墨化工艺掌握程度及技术优化水平要求较高，厢板拼接过程精度较高，装料吸料操作难度加大，加热过程需更加精确 地控制送电曲线及温度测量，控制不好材料容易出现受热不均。
4 重点企业分析
4.1 璞泰来：一体化产能释放带来生产效率的提升，实现降本，动力市场拓份额
公司17-18年布局石墨化，19年布局针状焦，自建炭化产线，21年全工序一体化在四川开花结果。一体化优势来自于以下两点：
延长产业链利润链条。工序上，我们预计公司石墨化盈利约在0.3万元/吨，其他工序在0.1万元。原材料上，我们判断公司以前 多用熟焦，现多用生焦自行加工成熟焦（熟焦和生焦的差价约在5000元/吨）。
提高生产效率。一体化前，我们认为公司负极制备流程是江西（前端工序）-内蒙（石墨化）-溧阳（炭化）-四川（中欧班列）， 一体化后预计运输费用可节省0.1万元/吨。
公司在石墨化和焦类的know-how的积累如下：
石墨化：公司同时拥有坩埚炉和箱体炉装炉工艺，可根据产品需求选择其一。公司20年对部分炉子进行技改，但并未针对所有产 线，山东兴丰36个窑炉27个改为厢式炉工艺，内蒙56个窑炉28个改为厢式炉工艺，以便公司后续针对不同产品采用不同的装炉 工艺。
针状焦：公司四大核心技术之一便是“原材料甄选技术”。在丰富的材料实验数据和电池的性能数据的积累下，形成以针状焦为 主、普通石油焦为辅、沥青焦补充的原材料甄选原则。
4.2 中国宝安-贝特瑞：负极看好石墨化新技术+硅基负极
看好贝特瑞负极领域技术持续迭代：
石墨化：公司成功引进石墨化新技术，技术降本初见成效。我们推测公司石墨化新技术为连续式石墨化，理论电耗仅为间歇式 炉的13-16%，考虑到运行周期较长，我们预计连续式石墨化熟练产业化后，石墨化成本可降为目前间歇式艾奇逊炉的一半。
硅基负极：公司同时拥有硅氧、硅碳两种技术路线，现有产能3000吨。硅基负极尚处于发展初期，预计可为公司带来高毛利。
报告节选：…
1 行业格局：过去复盘和未来预判
1.1 为什么负极行业格局分散？
负极格局分散系技术路线、产品定位、客户分层所致，结果体现系价格分层
从技术路径来看，璞泰来、中科、尚太主攻人造石墨，翔丰华和贝特瑞多为 天然石墨。
从价格带来看，璞泰来、贝特瑞偏高端，中科电气、翔丰华、尚太偏中低端。
从客户带来看，贝特瑞客户主要系海外高端动力、璞泰来主要系高端消费电 子和海外高端动力，中科电气系海外二线动力和国内一线动力，尚太、凯金 等主要依托宁德的增长。
技术路线：负极分为天然和人造石墨，人造石墨是目前主流
电池性能主要看能量密度、使用寿命、充放电速度、稳定性和一致 性。对负极来说，材料比容量决定理论能量密度上限，首次效率影 响实际能量密度，压实密度影响体积能量密度，循环次数影响电池 寿命，倍率性能影响充放电速度，高低温性能影响电池在极端情况 下的稳定性。
人造石墨各项性能更为均衡，是目前负极主流。人造石墨比容量和 天然石墨已经比较接近且循环、倍率、高温性能更优，在下游应用 更广泛，2020年国内人造石墨出货在负极占比达84%，较17年提升 16pct。
天然石墨：贝特瑞占据中高端市场、翔丰华占据中低端市场，均价相差约1.4万元/吨
天然石墨赛道主要玩家为贝特瑞、翔丰华，从产品性能和 销售均价看，贝特瑞所在市场较翔丰华高端：
从性能指标看，贝特瑞天然石墨负极产品在中粒径、首次 容量、压实密度更优。而中粒径、首次容量、压实密度越 大越有利于提升电池能量密度。
从销售均价看，2019年贝特瑞天然石墨负极产品均价较翔 丰华高1.4万元/吨。
1.2 未来行业格局如何？
演变1-相互渗透：动力和储能接棒消费电子，成为各家必争之地
消费电子市场增速放缓，但高端市场仍盈利好。2020年消费电池出货75GWh，未来几年增速预计保持个位数增长，增速慢但盈利状 况较好，如在消费电子市场占据绝对份额的璞泰来2017年产品单价在6.2万元/吨，单吨盈利1.6万元，而同期主营动力市场的凯金能 源单价3.5万元，单吨盈利0.45万元。
动力和储能接棒消费电子，成为各家必争之地。动力和储能市场属于新新市场，未来几年都处于高增状态，从现在到2025年增速均保 持在40%以上。
演变2-加速洗牌：预计未来负极竞争态势优于电解液，次于隔膜
行业洗牌的过程常常伴随扩产-价格战-龙头走出（市占率提升），负极正处于第一阶段扩产，电解液和隔膜已走出龙头。
电解液价格战下，全行业盈利普遍大幅下滑。17-18年电解液行业发生了激烈的价格战，6F价格从17年初35万元/吨一路下跌至18 年4月的15万/吨，同期电解液从7.5~8.5万元/吨下降至4~5.5万元/吨，近乎腰斩。价格战下18H1头部企业的天赐、新宙邦毛利率下 滑至21%、27%，同比下滑22pct、7pct。
隔膜价格战下，头部企业恩捷仍保持高毛利。隔膜行业也是在17-18年发生价格战，以恩捷为例，18年隔膜单价元/平，同比下滑 32%，而恩捷毛利率仍然保持在60%，单平净利润1.4元/平。
演变3-真正的龙头：我们认为未来负极龙头是技术+成本均领先的全能型选手
此前负极市场比较割裂，一方面有天然/人造之分，另一方面又有高中低之分。一般而言消费电子市场用户价格敏感性低且电池成本占 比小，产品偏高端，动力市场用户敏感性高且电池成本占比高，产品偏低端。
割裂的态势正在被打破，消费电子盈利好但增速放缓，此市场龙头为谋求新的利润增长点，动力市场是必争之地，典型如璞泰来。动 力市场并非就是低端市场的代名词，其也有高端市场并且高端产品占比在提升，这从高镍在三元的占比可以看出。
此外，人造石墨负极也不是负极技术迭代的终点，未来发展方向在硅基负极。 因此，未来的负极行业绝对龙头需具备全方位的优势：1）高端市场更看技术竞争，负极厂需保持领先的技术迭代能力；2）中低端市 场更看重成本竞争，成本竞争依赖一体化+工艺know-how降本。
2 增效-技术渐进式迭代=天然石墨→人造石墨→硅基负极
硅基负极是负极发展方向，暂未大规模商用系导电性差+体积膨胀严重
硅理论克容量有绝对优势，是未来负极材料的发展方向。石墨材料的理论克容量上限372mAh/g，目前高端产品已经达到360- 365mAh/g，接近理论容量上限。因此需要更高能量密度的新材料来应对需求。硅最能够满足更高能量密度的需求（理论克容量为 4200mAh/g），是市场公认的下一代负极。
但导电性差、体积膨胀等问题制约了硅材料在负极上的商业化应用：
硅材料属于半导体材料，电子导电性和离子导电性差，不利于材料电化学性能的发挥。
硅嵌/脱锂过程中伴随着巨大的体积变化，从而影响循环寿命。Si材料在与Li进行合金化的过程中体积膨胀可达300%以上（石墨材 料在12%），容易导致颗粒的粉化和破碎、SEI膜的破坏，从而严重影响锂离子电池的循环寿命。
硅易与其他物质发生反应，造成能量快速衰减。锂盐 LiPF6分解产生的 HF 会与 Si 反应，Si 负极与电解液的界面不稳定，Si 负极 材料表面形成的固体电解质膜（SEI 膜）不能适应 Si 负极材料在脱嵌锂过程中的巨大体积变化而破裂]，使Si 表面暴露在电解液中， 导致固体电解质膜持续生成、活性锂不断消耗，最终造成容量损失。
硅基负极的劣势可通过纳米化、氧化亚硅和碳包覆三种方式改进
硅单质能量密度高但体积膨胀大导致循环、倍率性能差，故难以实现产业化，一般采用以下方式改性：
纳米化：硅纳米化后可明显缩小体积，提高循环性能，但纳米粒子合成工艺复杂，粒径大小和形貌不易控制。
与石墨复合：碳材料的体积变化较小、循环性能良好，硅材料体积膨胀大、循环性能差而比容量最大，将两种材料复合可得到具有 高容量、体积变化较小、循环性能较好的硅碳复合材料。根据硅颗粒在碳颗粒中的分布形式不同，复合材料可分为包覆型、嵌入型 和分子接触型。
采用氧化亚硅：硅氧材料较硅单质有效缓解了体积膨胀，提升了循环性能，但降低了首次效率。SiOx材料在嵌锂过程中的体积膨胀 仅为118%左右（硅单质在300%），从而极大的提升了Si基材料的循环寿命，然而SiO材料独特的反应机理使得Li在首次嵌入到材 料的过程中会生成没有电化学活性的Li4SiO4材料，导致SiOx材料的首次效率远远低于石墨和硅碳材料。
3 降本-纵向一体化&工艺know-how
3.1 纵向一体化
视角1-生产工序：人造石墨负极核心工序在造粒和石墨化，是体现know-how的关键
人造石墨负极生产工序包括破碎、造粒、石墨化、炭化（可选）、筛分：
破碎：将石墨原料和沥青按不同比例混合，并放入空气流中进行磨粉，将5-10mm粒径的磨至5-10微米。
造粒：造粒是负极生产核心环节，具体分为热解和球磨：1）热解是指在反应釜中，按照温度曲线进行电加热，于200～300℃搅拌 1-3h，而后继续加热至400～500℃，搅拌得到粒径在10-20mm 的物料，降温出料；2）球磨是指将热解后的物料在球磨机进行 机械球磨，10-20mm 物料磨制成6-10μm 粒径的物料。
石墨化：在石墨化炉中对炭材料进行2000度以上的高温热处理。
核心在造粒和石墨化，炭化一般适用于对快充有需求的产品。
造粒：石墨颗粒的大小、分布和形貌影响着负极多个性能指标。颗粒越小，倍率性能和循环寿命越好，但首次效率和压实密度越差， 反之亦然，生产核心在于合理的粒度分布。
石墨化：核心在于装料方式、通电曲线的控制（升温和降温）。
视角2—成本结构：石墨化和焦类占比较大
从人造石墨负极成本构成看，占比最大的是石墨化（42%），其 次是焦类（14%）。 早年行业体量较小，负极企业产能不足，将石墨化和部分粉碎、 造粒工序外协，又粗形成了加工费，加工费合计占比在50%左右。
3.2 工艺know-how
石墨化的持续降本：
1）电费在成本占比达60%，低电价区域扩建石墨化产线，抢占稀缺资源。
石墨化是传统炭素行业的一种高耗能的成熟工艺，电费成本占比在60%，电价对石墨化成本影响显著。如璞泰来的山东兴丰2020年 Q1石墨化成本为1.13万元/吨（电价在0.6元/度），而内蒙兴丰为0.78万元/吨（电价在0.3元/度）。
低电价区域属于稀缺资源，政策上对高耗能项目的审批趋严，早期进行扩产的企业有先发优势。如内蒙发改委今年1月指出：在未来 要实行更加严格的高耗能项目节能审查政策（石墨化是典型的高耗能项目） ，并进一步提出不再审批铁合金、电石、PVC、水泥熟 料、石墨电极材料、兰炭等项目。
2）装炉方式分为坩埚和箱体，具体选用体现know-how
厢式炉工艺单位能耗较坩埚大幅降低，理论上成本更低，但具体生产中哪种成本更低体现各家know-how。厢式炉单炉较坩埚炉有 效容积成倍增加，而总耗电量仅增加约10%，产品单位耗电量降低40%-50%左右。厢式炉理论上成本更低，但受热均匀性低于坩 埚，因此对石墨化工艺掌握程度及技术优化水平要求较高，厢板拼接过程精度较高，装料吸料操作难度加大，加热过程需更加精确 地控制送电曲线及温度测量，控制不好材料容易出现受热不均。
4 重点企业分析
4.1 璞泰来：一体化产能释放带来生产效率的提升，实现降本，动力市场拓份额
公司17-18年布局石墨化，19年布局针状焦，自建炭化产线，21年全工序一体化在四川开花结果。一体化优势来自于以下两点：
延长产业链利润链条。工序上，我们预计公司石墨化盈利约在0.3万元/吨，其他工序在0.1万元。原材料上，我们判断公司以前 多用熟焦，现多用生焦自行加工成熟焦（熟焦和生焦的差价约在5000元/吨）。
提高生产效率。一体化前，我们认为公司负极制备流程是江西（前端工序）-内蒙（石墨化）-溧阳（炭化）-四川（中欧班列）， 一体化后预计运输费用可节省0.1万元/吨。
公司在石墨化和焦类的know-how的积累如下：
石墨化：公司同时拥有坩埚炉和箱体炉装炉工艺，可根据产品需求选择其一。公司20年对部分炉子进行技改，但并未针对所有产 线，山东兴丰36个窑炉27个改为厢式炉工艺，内蒙56个窑炉28个改为厢式炉工艺，以便公司后续针对不同产品采用不同的装炉 工艺。
针状焦：公司四大核心技术之一便是“原材料甄选技术”。在丰富的材料实验数据和电池的性能数据的积累下，形成以针状焦为 主、普通石油焦为辅、沥青焦补充的原材料甄选原则。
4.2 中国宝安-贝特瑞：负极看好石墨化新技术+硅基负极
看好贝特瑞负极领域技术持续迭代：
石墨化：公司成功引进石墨化新技术，技术降本初见成效。我们推测公司石墨化新技术为连续式石墨化，理论电耗仅为间歇式 炉的13-16%，考虑到运行周期较长，我们预计连续式石墨化熟练产业化后，石墨化成本可降为目前间歇式艾奇逊炉的一半。
硅基负极：公司同时拥有硅氧、硅碳两种技术路线，现有产能3000吨。硅基负极尚处于发展初期，预计可为公司带来高毛利。
报告节选：…
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