多孔炭材料产业发展前景预测与投资战略规划

多孔炭材料产业发展前景预测与投资战略规划

碳材料行业前景碳复合材料是具有特殊性能的新型超高温材料，既有纤维增强复合材料优良的力学性能，又有碳材料优异的高温发到有，特别是高温下优异的热物理性能。所以碳/碳复合材料的正在由航空航天领域进入普通航空和一般工业领域以及民用领域中，广泛取代其他材料，有着重大的商业价值，许多技术都被专利所保护。碳碳复合材料立足航空航天、光伏、半导体、化工、汽车工业等产业。提升碳基新材料等产品质量，推进产业基础高级化产业链现代化。抢抓发展机遇，不断拓展高质量发展新应用领域。碳材料行业下游需求旺盛根据碳达峰的目标，《中国光伏产业发展路线图》（2020年版）预计十四五期间我国光伏年均新增光伏装机量将在70-90GW之间。随着光伏行业的迅速发展，碳/碳复合材料正快速形成在晶硅制造热场系统中对石墨材料部件的进口替代与升级换代。新冠疫情对经济的主要影响是非固定人群集中活动及相关的产业民用航空首当其冲，飞机订单的大量减少，直接导致对航空复材需求的大幅度降低。相关的主要碳纤维供应商，东丽及美国赫氏的业绩大幅度下滑。综合判断，该市场的下降幅度为30%。在体育用品市场方面，全球绝大部分体育比赛的取消或延迟，使体育产业总体上遭遇重挫。而对于碳纤维器材的影响，网球、冰雪、水上项目等群体运动器材的应用下降，高尔夫、自行车、钓鱼等个人体育器材由于休闲时间的增多，则不降反升，总体上，依然保持了2．7%的增长。风电叶片，依然保持在势不可挡的发展。其中的关键推动者是丹麦风电巨头维斯塔斯，综合其他厂家的需求，这个市场的增长率在20%。碳纤维其他应用市场，疫情影响不是很大，大致保持在以往的增长速率，其中压力容器、碳碳复合材料（主要是热场材料）高速增长。多孔碳应用前景广阔多孔碳是指具有不同尺寸孔结构的碳材料。多孔碳是一种新型多孔材料，具有孔结构可调、易功能化、比表面积大、导电性优、稳定性好等特点。多孔碳特点突出，在造纸、陶瓷、骨修复、污水处理、能量储存、药物缓释、电化学、分子吸附等领域具有广阔应用前景。多孔碳孔径大小可变，根据孔径不同，多孔碳可分为微孔碳、中孔碳以及大孔碳三种，在类型上，多孔碳又分为活性炭、碳分子筛、活性炭纤维、多孔纳米碳、分级多孔碳等品种。多孔碳制备方法较多，包括模板法、激光烧蚀法、活化法、凝胶结晶法、盐析法、共沉淀法、乳状液膜法等。多孔碳类型较多，在消费升级下，具有绿色、高效、安全、环保等特点的高端多孔碳发展空间更大。由于应用领域广泛，近年来，多孔碳市场销量保持增长趋势，2021年，全球多孔碳市场销量达到200万吨以上，同比增长3．0%，市场规模约为42．4亿美元，预计2026年，全球多孔碳市场规模将达到55．6亿美元。早期全球多孔碳产能主要集中在发达国家，如荷兰、美国、日本等地区，后随着环保监管日益严格、人工成本上涨，多孔碳产能逐渐向东南亚、印度、中国等地区转移。目前我国已成为多孔碳生产大国，产能占比超过四成，其中活性炭生产规模和出口规模位居全球首位。在全球多孔碳市场上，日本可乐丽、美国卡博特、大阪燃气化学等海外企业具有先发、技术优势，占据高端市场主要份额。我国虽是多孔碳生产大国，但企业规模普遍较小、生产设备自动化水平低、生产工艺较为落后，行业在技术、创新能力、产品质量等方面与发达国家相比仍存在较大差距。目前，国内多孔碳生产企业有神华宁夏煤业、山西新华化工、福建鑫森炭业、江苏竹溪活性炭等。多孔碳种类多、特点突出，应用领域广泛，在消费升级背景下，多孔碳市场发展前景较好。多孔碳是国内外研究热点，国外企业起步早、技术先进，占据高端市场主要份额，我国是多孔碳生产大国，但企业规模普遍较小、产品性能较低，未来我国多孔碳产业结构仍需优化，环保、绿色、高效将成为其重要升级方向。中国碳碳材料市场结构分析碳碳复合材料是结构功能一体化的新型材料，具有密度低、比强度大、摩擦特性优良、耐高温等一系列优异性能，广泛用于航空航天、机械制造、交通运输和化工等领域。近年来，市场规模速增增长稳定，2019年我国碳碳材料市场规模达到30．1亿元，到2021年规模超40亿元，增速16．94%，2022年规模超40亿元，达41．5亿元。多孔炭行业发展沿革传统多孔炭产业主要以活性炭为主，活性炭于二十世纪初起步于欧洲，长期以来欧美国家主导了活性炭产业的发展。从全球活性炭供应结构来看，欧、美、日本等发达国家和地区厂商供应的主要为高端活性炭产品；中国大部分厂商供应的活性炭主要为中低端活性炭产品，专用性差，产品单位附加值、人才、技术、企业规模等方面仍与发达国家存在较大差距。从20世纪90年代起，活性炭产业逐渐从欧美发达国家向发展中国家转移，特别是煤炭资源丰富的中国及林业资源丰富的东南亚，以中国为代表的发展中国家活性炭产业突飞猛进，成为活性炭产业新的增长极。经过近30年的发展，中国已经成为世界上最大的活性炭生产国和出口国。国内活性炭行业处于成长期，行业整体竞争较激烈。2010年以来，受宏观环境影响，我国生物质活性炭行业面临需求下滑和成本高企的压力，大批小厂家停产；生物质活性炭行业经历了自2012年来的大规模强制洗牌后，随着供给侧结构性改革的有序推进，市场环境逐步转暖；2017年以来，国家环保政策日趋严格，活性炭行业一批不符合环保要求的中小型工厂被淘汰整合，加快了产业资源向技术水平先进的活性炭企业集中，国内活性炭行业迎来向高质量发展的新阶段。近年来，随着新能源、新材料、节能环保等战略新兴领域的快速发展，新型多孔炭材料的应用得到了极大丰富和发展，尤其是炭分子筛、活性炭纤维、多孔纳米碳、碳电极材料、多孔石墨烯、多孔炭黑逐渐成为下游诸多细分领域中不可或缺的功能性新型材料。多孔炭行业发展趋势（一）产业结构进一步优化，多孔炭行业整体竞争力增强近十几年来，虽然我国多孔炭材料工业逐步发展成为全球最大的多孔炭材料生产国，但是与发达国家相比，我国的多孔炭材料工业仍然存在很大差距，主要表现在：一方面企业规模小、生产工艺比较落后、生产设备自动化程度低、不利于大规模、连续化生产，造成较大的资源浪费和环境污染；另一方面多孔炭材料产品整体品质较低且专用性差，产品销售无序竞争严重，小企业为了生存相互之间恶性竞争，从而引起整个行业利润率下降，既影响了国内多孔炭材料工业的发展和市场的培育，也影响了与国外多孔炭材料厂商的竞争力。面对着日益激烈的国际竞争环境，随着国内多孔炭材料消费市场的逐渐成熟，我国多孔炭材料工业必将进一步调整优化产业结构：一部分规模小、耗能大、污染严重的小型多孔炭材料生产企业必将被市场所淘汰，而行业内技术先进的优势企业必将通过联合、兼并、收购等方式进一步扩大生产规模和市场份额，增强自身竞争力，产业资源将向着规模较大、技术先进、产品结构优化并具有品牌优势和良好售后服务的产业龙头企业集中。随着多孔炭材料行业产业结构的进一步优化，市场恢复正常竞争秩序，一批优势企业必将引导科研生产和贸易转型升级，通过科技创新和产品结构优化两方面推进工作，使多孔炭材料产业走经济、环境、社会三赢的可持续发展之路，并逐步形成若干优势互补、内外结合、附加值高、创新能力强的多孔炭材料经济增长带和产业群。在保持多孔炭材料贸易持续发展的前提下，我国多孔炭材料工业正朝着科技含量高、环境污染少、比较优势大、人力资源得到充分发挥的新型工业迈进。具备技术优势的多孔炭材料生产企业正积极加大技术研发投入，致力于生产工艺的改进，生产设备大型化、生产过程连续化，使资源得到最大限度地利用，最终实现生产流水线的自动化和清洁化，在降低生产成本和显著提高劳动生产率的同时提高产品质量的稳定性，使得各项经济技术指标达到国际先进水平。（二）内需和出口保持同步增长，多孔炭未来市场空间广阔在多孔炭材料下游市场需求方面，多孔炭材料的应用领域不断拓展、不断深化，尤其是在水处理、空气净化、汽车应用、溶剂与废气回收等领域发展迅速。就国内市场而言，随着我国人们生活水平的提高和环保意识的增强，食品、医药、水处理、空气净化等领域对多孔炭材料的需求将保持较快增长态势；另外，随着国家对大气污染物排放标准的不断提高，加油站、炼化企业和发电企业等污染源对多孔炭材料产品的需求也将日益增长。与国外成熟市场相比，我国多孔炭材料需求市场正处于导入期向成长期过渡的时期，在此阶段，我国下游领域对多孔炭材料产品的需求迅速增加。就出口市场来看，发达国家的多孔炭材料需求在过去几年里一直保持稳步增长，传统需求领域（水处理、食品饮料、工业应用等）在未来几年仍将保持稳步增长的趋势；而同时，一些新兴应用领域，诸如医药、高能电池、复合催化剂、高密度能源物质贮存、高纯物质的分离精制等领域的需求不断增加。（三）国内企业向高端多孔炭材料市场进军多孔炭材料产能向发展中国家转移，中国、印度和东南亚国家已成为主要的多孔炭材料供应国，但是全球高端多孔炭材料市场依然被可乐丽、卡博特等日本、美国老牌企业主导。其次，随着我国推进供给侧改革，环保政策趋严，一批中小厂商退出竞争，我国多孔炭材料头部企业将获得更多产业资源，向高端多孔炭材料市场攀升。最后，我国生物质多孔炭材料生产主要集中在福建、江西和浙江三省，其森林资源丰富，生物质多孔炭材料产量占全国比重超过70%；山西、宁夏等煤炭资源丰富的省份，其煤质多孔炭材料产量占全国比重高达80%以上。随着煤质多孔炭材料性价比下降，生物质多孔炭材料有望在环保领域替代煤质多孔炭材料，占据更多市场份额。（四）多孔炭材料应用不断取得突破随着近年来新能源，新材料等战略新兴行业的快速发展，多孔炭材料凭借其发达的微孔结构、巨大的比表面积、优异的吸附活性、稳定的物理和化学特性，与新材料、新能源科技创新深度融合，衍生出大量创新型的复合型功能新材料，尤其是功能优异、定位中高端的多孔炭材料产品如硬炭、硅碳复合材料等，可应用于新能源钠离子电池、锂离子电池等新能源、新材料产品领域。未来，随着新能源、新材料、节能环保等战略新兴领域的快速发展，多孔炭材料的应用将得到继续深化和发展，尤其是高端多孔炭材料越来越成为下游诸多细分领域中不可或缺的功能性新型材料。多孔炭行业产业链情况多孔炭的原材料主要包括林产三剩物、果壳、生物提取物、煤、树脂等含炭材料，另外，多孔炭生产过程中各类专用设备也不可或缺；而多孔炭行业的下游则包括VOCs治理、油气回收、饮用水处理、污水处理、化工、医药、食品、饮料、电极材料、环保设备等多个行业。由于多孔炭原材料供给的经济半径较短，我国多孔炭生产企业主要围绕原料丰富的地域选址设厂，因此产业布局相对比较集中，生产企业的区域特征明显。针对当今石油资源短缺，能源严重依赖进口、白色污染严重的现状，合理开发和利用可循环利用的生物质及其废弃物等天然资源具有良好的经济、社会和生态效益，乃至可以催生一个新的生物质材料产业。在生物质多孔炭方面，国内生物质多孔炭生产企业主要位于福建、江西、浙江和江苏等有丰富森林资源的省份，其中福建、江西和浙江三省的产量占全国生物质多孔炭总产量的比重超过了85%；而在煤质多孔炭方面，国内煤质多孔炭生产企业主要位于山西省、宁夏回族自治区及华北地区等煤炭资源丰富的省份，其中山西省和宁夏回族自治区两地的产量占全国煤质多孔炭产量的比重也高达80%以上。下游方面，传统多孔炭以活性炭为主，活性炭具有特殊的微晶结构、孔隙发达、比表面积巨大，因此被作为优良的吸附剂，具有物理吸附和化学吸附的双重特性，可以有选择的吸附液相和气相中的各种物质，以达到脱色精制、消毒除臭和去污提纯等目的，已广泛应用于食品、饮料、医药、水处理、气体净化与回收、化工、冶炼、国防、农业等生产生活的方方面面。近年来，随着经济的不断发展和人们生活水平的逐步提高，人们对食品、药品、饮用水的安全性、纯净度等生存环境提出更高要求，活性炭的市场需求不断扩大。新型多孔炭材料，尤其是炭分子筛、炭催化剂、活性炭纤维、多孔纳米碳、碳电极材料、多孔石墨烯、多孔炭黑，具有优异的导电性、物理和化学稳定性、气液渗透性等优势，由于孔结构可调控和其优异的性能，已然在解决全球能源和环境问题中发挥着重要和多样化的作用。在能量储存与转化和多相催化等领域，多孔碳材料被认为是一种很有前景的材料。多孔炭下游细分领域的市场规模（一）活性炭市场规模全球活性炭的传统生产大国包括中国，美国，日本及荷兰等国家，自从20世纪90年代起，北美、西欧等发达国家受原材料制约及生产成本不断上升的影响，其活性炭产业逐步向发展中国家转移。美国、日本和西欧等发达国家的活性炭生产逐步减少的同时，其国内市场需求仍稳步增长，而其国内生产的活性炭满足不了各种需求，需大量进口来进行补充。根据QYR（恒州博智）的统计及预测，2021年全球活性炭市场销售额达到了33亿美元，预计2028年将达到49亿美元，年复合增长率（CAGR）为5．8%（2022-2028）。中国活性炭工业生产起步于20世纪50年代，改革开放后开始高速发展，现已经拥有基本独立和完整的工业体系。目前，我国已经成为世界上最大的活性炭生产国和出口国。2021年我国活性炭整体产量为98．2万吨。近年来，随着中国经济的快速增长和对环境保护的日益重视，活性炭应用领域不断扩大，需求增长迅速。特别是中国关于环境保护的相关规则颁布后，水处理、机动车、溶剂和废气回收以及空气净化用的活性炭市场需求剧增，活性炭工业成为我国增长最快的工业部门之一。2019年我国活性炭市场规模为79．24亿元，同比增长10．92%。其中，木质活性炭市场规模36．26亿元，煤质活性炭市场规模42．98亿元。经过多年的发展，活性炭已经逐渐从工业用吸附剂转变为一种用途广泛的基础性材料。今后随着世界经济不断发展、人们生活水平进一步提高以及各国对食品医药安全标准、环境保护标准的日趋严格化，活性炭的传统应用市场将随之稳步扩大，预计2025年国内活性炭市场需求将达到93万吨左右。根据功能性专用活性炭的用途分类，功能性专用活性炭下游市场可分为VOCs治理及回收用活性炭、水处理活性炭等细分市场。VOCs是指挥发性有机物，其普遍用于石油化工、包装印刷、家居制造、汽车制造、电子等行业产品的生产。由于VOCs具有很强的强挥发性，实际使用过程中极易造成气化挥发和空气污染，其浓度过高时会严重影响人体健康，容易造成急性中毒、头痛、头晕、咳嗽、恶心、呕吐、昏迷等症状。若长期居住在挥发性有机物污染的环境中，可引起慢性中毒，损害肝脏和神经系统。近年来，随着我国工业生产的不断发展，VOCs已经成为我国大气污染的重要污染源之一，引起了国家及各地方政府的高度重视，已相继出台政策，对VOCs污染进行综合整治。环保产业作为我国战略性新兴产业，一直受到国家政策的大力支持。随着VOCs治理相关法律法规、行业政策、技术标准等的不断出台，VOCs治理行业的行业标准更加清晰，VOCs治理技术和管理理念快速发展，VOCs治理行业的发展更加健康稳健。此外，由于环保标准日趋严苛，需求企业对于VOCs治理技术、设备、材料的需求增加，VOCs治理市场需求被进一步释放。根据头豹研究院的数据，我国VOCs治理的市场规模预计在2023年达到666．6亿元。活性炭吸附法具有成本低，适用性强，分离速度快的特点，在VOCs治理回收中占据主导地位。根据华南理工大学测算，2020年中国工业源VOCs排放量约为1，357．5万吨。假设VOCs处理量占排放量的60%，在VOCs处理方法中，活性炭吸附法占比为90%，处理1吨VOCs所需的活性炭约为20kg，据此测算2020年我国VOCs领域活性炭市场规模约为15万吨。我国水资源短缺和水资源污染问题依然严峻。根据国家统计局发布的数据，截至2021年底，我国水资源总量29，520亿立方米，人均2，090．1立方米，约为世界平均水平的四分之一，是联合国13个贫水国之一，特别是北方和部分东部地区，人均水资源量严重偏低。随着我国经济的不断发展和人们生活水平的日益提高，生活和工业污水的排放量大幅增加，国家出台了一系列污水治理相关的行业政策，为环保用活性炭带来广阔的发展空间。得益于国家宏观政策的大力支持、资本投入力度加大、技术工艺的不断创新的全方位支持，我国污水处理行业得以快速发展，市场容量由2014年的1，572．2亿元增长至2021年的4，262．2亿元，年均复合增长率为14．7%；未来随着污水治理出水水质的提高、污水资源化利用的广度和深度的不断加强，污水治理需求进一步释放，行业容量有望持续稳定增长，预计2023年的市场容量可达到5，819．5亿元，2018-2023年的年均复合增长率达到16．4%。根据住建部《2021年城乡建设统计年鉴》，截至2021年全国污水处理能力2．08亿立方米/日，污水年排放量头625．0亿立方米，工业废水占比约为25%，城镇生活废水占比约为75%。生态环境部《2021中国生态环境状况公报》的数据显示，2021年底我国污水处理总量为584．6亿立方米，污水处理率为97．5%。污水处理主要有生物法、物理法、化学法三种方法，其中以活性炭吸附为代表的物理法占主要地位。根据测算，城市污水三级处理时，处理1吨废水排出0．03kg饱和炭；工业废水三级处理时，处理1吨废水排出0．17kg饱和炭。假设活性炭处理占污水处理总量的70%，同时考虑活性炭的可再生能力，经测算2021年污水处理领域活性炭需求量超过25万吨。根据头豹研究院预测2021-2023年中国污水处理行业CAGR为16．9%，预计污水处理将带动环保用活性炭需求保持较高增速。（二）炭催化剂及催化剂载体市场规模根据市场研究机构Ceresana发表的研究成果显示，到2021年催化剂的总市场价值将增加到220亿美元以上，其中中国市场的增长率较高。据新思界产业研究中心发布的《2018-2023年贵金属催化剂行业市场深度调研及投资前景预测分析报告》，预计2023年，中国贵金属催化剂行业的需求规模将扩大到205．6亿元。贵金属催化剂的应用几乎涉及到各行各业，是国民经济发展的重要基础。在石油、化学、医药等工业中的氢化还原、氧化脱氢、催化重整、氢化裂解、加氢脱硫、还原胺化、调聚、偶联、歧化、扩环、环化、羰基化、甲酰化、脱氯以及不对称合成等反应中，贵金属均是优良的催化剂；在环保领域，贵金属催化剂被广泛应用于汽车尾气净化、有机物催化燃烧、CO、NO氧化等；在新能源方面，贵金属催化剂是新型燃料电池开发中最关键的核心材料。然而，贵金属的低地壳丰度和高昂价格阻碍了其广泛的商业化应用。因此，大量的科研工作聚焦于开发高效的非贵金属和无金属碳基电催化剂，以此来取代或减少对贵金属的需求。与金属基催化剂相比，无金属炭基电催化剂拥有许多优势，如地壳丰度高、价格低廉、具有分子水平的结构可控性，以及多种催化活性位点的兼容性。不仅如此，通过对零维到三维碳结构进行杂原子、缺陷和吸附剂掺杂，可设计无金属炭基电催化剂的靶向活性位点以催化特定的化学反应。（三）炭基储能材料市场规模硬炭是指高温下难以被石墨化的炭，其具有很高的可逆比容量，低或非石墨化的硬炭可作为动力型锂离子或钠离子电池的负极材料。硬炭早期为锂离子电池负极材料所开发，首效等电化学性能有待提高限制了应用。硬炭负极材料比容量高，理论值约为530mAh/g，但是存在首次库伦效率低、长循环稳定性不高和压实密度低的问题。同时由于硬炭基材料储钠机理本身存在严重争议，不利于开发一种高性能硬炭基储钠负极，这些都限制了硬炭的早期应用。早期硬炭主要在锂电负极材料中和石墨掺混使用，以提高快充和低温下的电池性能。目前钠离子电池负极材料的研究主要集中在炭基材料、合金类、过渡金属氧化物及有机化合物等。在众多负极材料中硬炭材料具有结构多样、价格低廉、导电性良好、储钠容量高、嵌钠后体积形变小、环境友好和低氧化还原电位等优点。根据中国国际金融股份发布的研究报告《电池材料前瞻：钠电重生，硬碳先行》：储能场景为钠电应用提供坚实支撑，动力电池丰富了钠电应用场景。储能为钠电的应用提供了坚实的应用场景支撑，考虑到钠电产业化进程较缓的现状，在电化学储能领域，预估2025年新增部分钠电占比在15%左右。动力电池领域，钠离子电池主要对铅酸电池、磷酸铁锂市场进行部分替代，主要应用场景在低速乘用车以及商用车。当下由于钠电产业化还不成熟，成本较高，据此预估2024年前相关动力电池应用场景的渗透率不会超过2%。硬炭市场从无到有，2022-2025年需求量有望从0．2万吨提升到10．5万吨。考虑硬炭主要供给钠离子电池负极材料以及部分掺杂硬炭的锂离子动力电池，测算得出2022~2025年硬炭材料的需求量有望从0．2万吨/年提升到10．5万吨/年。考虑到近两年市场主要以进口为主，进口硬炭价格20万元/吨，国产硬炭价格普遍在10万元/吨或更低，随着国产硬炭出货量增加，估计硬炭平均价格会持续回落，预计至2025年硬炭材料市场空间为63亿元。超级电容炭通常称为超级活性炭或炭电极材料，是一种新型高吸附活性炭，其介于电池与普通电容之间，具有电容的大电流快速充放电特性。超级电容在、制造业等领域应用广泛，另外其还具备电池的储能特性，并且可以重复使用，其具有超长的循环寿命，可循环约20万次到100万次，在生命周期里储存和释放的电量大概是锂离子电池的6-10倍，放电时利用移动导体间的电子（而不依靠化学反应）释放电流，从而为设备提供电源。作为超级电容电极的核心材料，超级电容炭由于具有较大的比表面积、良好的导电性能、低廉的价格、较长的循环使用寿命和稳定的理化性质等特点常被视为制备双层电容器的首选电极材料，也是目前在超级电容器领域实现商业化应用的最为主要的电极材料，其在电容电极原料中使用量占比在90%左右，生产成本占比约30%-50%。随着未来对超级电容器需求量的增长，超级电容炭的市场需求也会随之增加。根据《纳米复合超级电容器材料手册》（SpringerInternationalPublishing），2021年全球超级电容市场规模达29．2亿美元，预计2025年市场规模达83．3亿美元，对应2021-2025年CAGR为30%。根据华经产业研究院数据，超级电容器上游有电极、电解液、隔膜、引线等辅助材料，其中电极是超级电容的关键部件，电极成本占到整个电容器材料成本的40-50%。根据KBVResearch2021年的数据，电容炭在超级电容电极材料中占比高达47%。因此，超级电容炭作为超级电容器的核心材料，需求规模也将随超级电容器市场的增长而快速增长。中国是全球最大超级电容炭市场，超级电容炭需求将快速增长，空间广阔。根据中经产业研究院数据，2020年全球超级电容炭需求量约为1万吨，中国作为全球第一大超级电容炭市场，需求量占全球比重超过50%。智研咨询预测，2025年中国超级电容炭需求将超过1．3万吨，对应2021-2025年CAGR为14．6%。但是超级电容炭技术门槛高，我国市场长期被海外企业垄断。QYResearch数据显示日本可乐丽、韩国PCT占据我国超级电容炭80%市场份额。随着元力股份等国内企业在特种高端活性炭领域取得突破，国产超级电容炭质量已达到国际水平，率有望稳步上升。锂离子电池是主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液四部分组成，负极材料主要分为碳材料与非碳材料两类，目前常用的负极材料为碳基石墨类负极。石墨的理论克容量为372mAh/g，目前高端石墨达到360-365mAh/g，且具有优异的循环性能，但难以有进一步提升。我国新能源汽车产业蓬勃发展，下游客户对快充性能、续航时间提出更高要求，解决以上问题除了增加电池尺寸，更重要的是提高电池的能量密度。硅材料的常温理论克容量3580mAh/g，高温理论克容量4200mAh/g。与石墨相比，硅的理论克容量接近其十倍。同时，硅还具有环境友好、资源丰富等优点，因此成为倍受关注的高能量密度负极材料。但是硅材料容易受热膨胀限制了硅基负极材料的发展，硅负极与碳复合材料优势互补，可明显改善硅材料体积膨胀情形。碳负极材料具有良好的循环稳定性能和优异的导电性，且锂离子对其层间距并无明显影响，在一定程度上可以缓冲和适应硅的体积膨胀；此外，硅与碳化学性质相近，二者结合紧密，因此碳常用作与硅复合的首选基质。在硅碳复合体系中，硅颗粒作为活性物质，提供储锂容量；碳既能缓冲充放电过程中硅负极的体积变化，又能改善硅系材料的导电性，还能避免硅碳颗粒在充放电循环中发生团聚。因此硅碳复合材料综合吸收了二者特有的优点，在锂电池表现出高质量比容量和长循环寿命，可代替石墨成为新一代锂离子电池负极材料。当前硅基负极渗透率较低，根据研判，2022年有望成为硅基负极产业化元年，预计2025年全球硅基负极需求量有望达到20万吨，其中消费电池渗透率有望达50%，对应约7万吨硅基负极需求；圆柱和方形动力电池中渗透率分别达到35%和20%，对应约13万吨硅基负极需求。碳素材料行业发展概况碳素材料是一种古老的材料，又是一种新型材料。早在史前，人类就与炭物质发生了关系。公元前8000年，人类就已经将木炭用于取暖、煮食等；公元前3000年开始，有色金属冶炼就用炭加热或还原制取金属；公元2世纪，中国汉代已经开始用煤烟制墨，16世纪中国明代的冶炼工业已用天然石墨和粘土制成耐火坩锅，这是人类早的碳素制品。虽然人类很早就利用碳素材料，但从原始、粗糙的碳素材料发展到近代的、高质量的工业碳素材料，从世界范围看也仅有一百多年的历史。1842年