【国海证券】木质活性炭领域龙头，新能源业务（硅碳、硬碳）蓄势待发.pdf

2023-09-23

38页

2MB

一、公司基本面：活性炭领域龙头，布局新能源业务

1.1 组织架构：股权结构集中，对核心人员激励管理充分

股权结构层面，截至2023年6月30日，实控人持股22.41%。实际控制人：公司实际控制人为卢元健、王延安夫妇（境内自然人），合计持股比例达22.41%；福建三安集团（境内非国有法人）持股比例达6.06%。股权激励：2020年公司实施了限制性股票激励计划，分别在第一个和第三个归属期达到考核目标，分别向为符合条件的141名和153名激励对象完成股权激励。 2023年7月公司发布《事业合伙人中长期持股计划》，计划实施期限为十年。

部分核心子公司：南平元力活性炭：从事活性炭业务。2023H1实现营收6亿元，净利润0.9亿元。福建南平三元循环技术：从事硅胶和热能业务。2023H1实现营收1亿元，净利润0.1亿元。福建省南平市元禾化工：从事硅酸钠业务。2023H1实现营收3亿元，净利润0.4亿元。

1.2 管理层：核心技术人员活性炭行业经验丰富

公司主要管理团队具有丰富的活性炭领域的相关行业经验。公司董事长许文显先生自2009年来到元力股份，期间获得福建省优秀民营企业家、福建省重点建设项目先进工作者、延平区劳动模范等荣誉。公司副总经理李立斌先生担任中国林产工业协会活性炭分会副理事长，获得南平市延平区“优秀企业经营管理人才”称号。

二、主业活性炭：粉状炭国内第一，布局颗粒碳，提升木质活性炭竞争力

2.1 活性炭需求：我们预计2025年国内100亿，全球265亿空间

活性炭定义：活性炭是一种吸附能力很强的功能性炭材料。活性炭具有特殊的微晶结构，内部孔隙结构发达、比表面积大，因此被作为优良的吸附剂，除此之外，还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，目前已广泛应用于食品、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民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。

活性炭产品特点：活性炭具备高度发达的孔隙结构、巨大的比表面积及不同的表面基团，使其能与吸附介质充分接触，从而产生吸附作用。

从全球市场看，2021年全球活性炭消费量约172万吨，对应市场空间约33亿美元（约211亿元）。根据中国报告网预计到2028年全球活性炭市场空间约49 亿美元（约314亿元），2021-2028年均复合增速约5.8%。根据复合增速倒算，预计2025年全球活性炭市场空间约265亿元。

从国内市场看，2021年活性炭需求量约75万吨（其中木质炭31万吨，煤质炭44万吨），对应81亿元的市场。根据前瞻产业研究院预计2025年国内需求量约93万吨（研究员预测其中木质炭45万吨，煤质炭52万吨），假设木质煤质单价分别为1.1/1万元，对应97亿元市场空间，2021-2025年均复合增速约 5%。拆分类别看，我国活性炭市场以煤质活性炭为主，木质为辅。木质活性炭由于强度低，主要用于生产粉状炭；煤质活性炭强度高，不仅可以做粉状炭，还可以做颗粒炭，应用范围更广，市场份额更高。

2.2 活性炭供给：国内活性炭大部分自用，少部分出口

中国活性炭行业至今有六七十年发展历史，产量、品种、质量和应用都有了很多的提高。尤其是在20世纪90年后，我国活性炭工业得到快速的发展，在设备引进、消化吸收、改造或制造工艺方面均有长足的进步，目前已基本形成了独立、完整、初步规模的工业体系。而全球活性炭产业的传统大国包括美国、日本以及荷兰等国家，由于原料受制约及生产成本的不断提高，活性炭产业逐步向发展中国家转移，中国具备以上的优势已成为世界上活性炭最大产能国。2019年，国内活性炭产量88万吨，其中出口26万吨，占比约30%；进口量较少，仅5万吨。

2019年国内活性炭行业产能利用率约73%，2022年木质活性炭产能利用率约 81%。2019年国内活性炭产能120万吨，产量88万吨，产能利用率约73%。 2022年国内木质活性炭产能46万吨，产量36.9万吨，产能利用率约81%。

2.3 竞争格局：元力是国内木质活性炭行业龙头，规模及盈利显著高于同行

在全球范围内，活性炭行业形成了以国内大厂与欧美企业为主导，众多中小企业共同参与的市场竞争格局。我国大多数生物质多孔炭材料厂是年产几百吨到上千吨的小企业。虽然目前全国有二三百家生物质多孔炭材料企业，但年生产能力真正达到万吨规模的屈指可数。除元力股份、鑫森炭业、芝星炭业等几家较大型的生物质多孔炭材料企业外，国内绝大部分生物质多孔炭材料企业的整体生产技术水平和研发实力均落后于欧美企业。

从发达国家活性炭产业发展历程来看，活性炭行业企业历经了由众多中小企业共同竞争的市场格局向市场规模向行业龙头企业快速集中的过程。目前，发达国家活性炭市场格局基本清晰，行业龙头企业占据大部分市场份额，市场集中度越来越高。比如，美国市场中，活性炭企业以卡尔冈活性炭公司（Calgon Carbon Corporation）、诺芮特美洲公司（Norit Americas Inc）为主要代表，两家市场占有率超过60%，行业集中度非常高；日本市场中，活性炭企业以可乐丽株式会社（Kuraray Group）、大阪瓦斯株式会社（Osaka Gas Co.Ltd.）、三菱化学卡尔冈株式会社（Calgon Mitsubishi Chemical Corporation）为主要代表，仅可乐丽一家占有率就接近40%；西欧市场中，活性炭企业以诺芮特公司（Norit N.V.）为主要代表，市场占有率超过50%。

从国内看，元力股份是国内木质活性炭行业龙头，在木质粉状炭领域的国内市场占有率超30%，全球市场占有率超15%。根据林产工业协会向工业和信息化部产业政策司、中国工业经济联合会于2018年出具的《证明》，元力股份在2015年、2016年、2017年在国内的市场占有率分别为31%、32%、 34%，市场占有率在国内均排名第一。根据智研咨询公布的2022年国内活性炭产量为37万吨，元力股份2022年产量为12万吨，计算市占率为32%。

通过对国内外主要活性炭企业的产能梳理发现，在生物质活性炭领域，元力股份2022年的产能及未来规划产能已超过其他公司，从产能角度看，已为行业第一水平。且在生物质活性炭领域，仅有海外的雅科比及norit（生物质与煤质产能无法拆分）产能与元力在10万吨及以上，而国内公司与元力股份差距较大，生物质领域产能均在5万吨以下。煤质领域，海外可乐丽、国内木林森及华青环保规划产能将在10万吨及以上。

在活性炭行业个位数增长的情况下，元力大规模扩产逻辑：利用粉状炭积累的优势，布局颗粒炭（替代煤质炭），进军环保领域。公司现有主要产品主要应用于食品发酵、医药化工和超级电容等领域，以液相吸附领域为主；从市场定位及目标客户来看，后续新增产能主要应用于环保领域，主要目标客户为环保领域客户或存在废气、污水排放治理需求的制造业企业，下游客户及行业覆盖更为广泛。

在环保领域，同行业可比公司木质活性炭产品尚未形成大规模应用，公司后续投产的同类竞品主要是煤质炭。环保领域尤其是气相环保领域的活性炭产品以煤质炭为主，主要是因为煤质活性炭的产品强度大，稳定性和一致性较高，容易造粒和生产柱状炭，经常被用作气相吸附；而木质活性炭产品强度较低，因木屑原材料品类差异导致产品稳定性和一致性不足，造粒难度大，需要技术进步和生产工艺改进，才能满足气相吸附的产品性能需求。目前，公司环保用木质活性炭生产技术已经成熟，并实现量产销售，逐步形成对煤质活性炭的替代。公司环保用木质活性炭相比煤质炭优势如下：

原材料可持续+长期看有成本优势：1）煤质活性炭的原材料为煤炭，煤炭属于不可再生资源，并且随着国家实现“碳达峰”、“碳中和”目标的实施，以及煤炭资源开采管控、煤炭企业落后产能关停等因素，煤炭供给不足等问题或将长期存在。公司环保用木质活性炭的主要原材料是竹材下脚料等“林产三剩物”竹屑。竹材属于可再生资源，生长周期快，一般3-5年即可成材，属于可持续采伐资源。2）成本对比：每吨活性炭原材料成本3372元。煤质炭生产同类型活性炭需要原煤6吨左右，原煤目前价格为650元/吨（参考2023年9月15日鄂尔多斯东胜区坑口价），原材料成本在 3900元左右。

产品性能更有优势：1）煤质活性炭含有的重金属和灰分较大，产品纯度相对较低，并且由于主要采用物理法生产，孔隙主要为微孔，适宜小分子吸附，应用范围相对较窄；木质活性炭的灰分低、杂质少、易提纯，化学法生产工艺下容易调整活性炭的孔隙分布结构，微孔、中孔均发达，应用广泛。2）吸附能力、燃点、强度等技术指标相比煤质炭更优，性能优势突出，在附加值较高的比如溶剂回收、汽车炭罐、油气回收、VOCs回收、垃圾焚烧等领域具有更强的竞争优势。3）环保用活性炭产品系列齐全，可以根据客户的应用场景定制产品解决方案，个性化应用解决方案能力更强，有效提升客户黏性和忠诚度，从而提高客户复购率和对客户的议价能力。

三、新业务：凭借技术相通性，布局硬碳+硅碳，放量在即

3.1 技术相通性：炭化端工艺接近，后端工艺有一定差别

活性炭的制备主要包括物理法和化学法两大类，其中均涉及到炭化和活化两个核心的工艺过程。炭化（carbonization），是指在隔绝空气的条件下加热原料，使原料中的水分及挥发性成分脱离出去，剩下碳含量较高的固体物质。而活化（activation），则是将炭化后的产物进一步在惰性气氛中于高温下进行活化处理，通过添加活化剂来刻蚀碳表面，形成众多孔结构，增大其比表面积。根据选择活化剂的不同，都会有相应最佳的活化炭化的方式。

物理活化法：由原料与气体进行反应的，先是除去原料中的挥发分，然后再利用氧化性气体，例如水蒸气、二氧化碳、空气等在600℃-1200℃的条件下进行活化，反应在活性炭内部进行，活性炭内部就形成了发达的微孔结构。反应条件较温和，对设备材质要求不高，对环境无污染。但该方法需要的活化温度高、反应时间长、能耗高，且制得的活性炭产品比表面积偏小。化学活化法：在惰性气体的保护下，将原料与活化剂充分混合进行炭化和活化的方法。化学法中常用的活化剂有碱金属、碱土金属的氢氧化物和一些酸，目前应用较多较成熟的化学活化剂有目前使用ZnCl2、KOH、H3PO4作为活化剂的较多，制备技术也相对比较成熟。

3.2 硬碳负极：公司正稳步开发中，后续规划5万吨产能

2022年底公司设立全资子公司-元力新能源碳材料有限公司，布局新能源业务。鉴于公司活性炭业务核心竞争力不断增强、应用领域不断丰富的发展情况，通过设立元力新能源碳材料有限公司，利用长期以来在碳材料相关领域积累的产品、技术、生产等多方优势，加快形成公司碳材料在新能源领域应用的优势地位，进一步优化公司产品结构。

2022年公司年报显示，硬碳开发项目处于小试阶段。2023年8月公司披露的调研活动信息显示，钠离子电池负极材料硬炭的开发正稳步向前推进。从产能规划看，公司规划了5万吨硬碳负极产能，并于2023年3月进行了第一次环评公示，2023年5月进行第二次环评公示。后续将分期达产，其中一期生产规模为 1500t/a（中试生产），二期全厂达到 10000t/a，三期全厂达到 20000t/a，四期全厂达到 30000t/a，五期为全厂达产，达产规模为 50000t/a。

3.3 硅碳负极：新型技术路线有望带动行业放量

为提升能量密度，硅碳复合负极材料的有望逐步得到应用。目前，商业化锂离子电池负极材料主要是石墨，理论比容量为372mAh/g，能量密度提升有限。硅基材料理论比容量为4200mAh/g，远远高于石墨，成为最有前途的负极材料候选之一，已经引起了广泛关注。但因它在充放电过程中产生的膨胀/收缩应力，导致硅负极材料的严重开裂，从而导致不可逆的快速容量损失和低初始库仑效率，硅负极的实际应用受到较多阻碍。抑制纯硅负极材料的膨胀最常见的方法是利用碳材料的高稳定性来包覆硅材料或将硅材料嵌入碳材料中制备硅碳复合负极材料。随着国家政策的倾斜和新能源企业对硅碳复合负极材料的大力投资，硅碳复合负极材料的商业化应用将是必然趋势，如2021年以来，特斯拉、宁德时代等企业相继开始小规模量产使用硅碳负极的动力电池产品。

硅碳复合负极材料的制备方法有化学气相沉积（CVD）法、机械球磨法、喷雾法、镁热还原法、溶胶-凝胶法以及热解法等。相比较而言，工艺简单和成本较低的CVD法和机械球磨法更适合工业化生产应用。但机械球磨法得到的硅碳复合材料易发生团聚，导致电池性能差；CVD法制备硅碳复合材料设备要求较低，并且容易通过优化工艺对材料进行结构设计，从而有效解决存在的问题。此外，该技术制备的硅碳负极通常首次充放电效率高、循环稳定性好。

化学气相沉积原理是利用气态或蒸汽态的物质在气相或气固界面上发生反应生成固态沉积物的过程，该过程分为3个重要阶段：反应气体向沉积区域扩散、反应气体吸附于沉积区域、在沉积区域上发生化学反应形成固态沉积物及产生的气相副产物，气相副产物脱离沉积区域，该工艺广泛用于沉积或制备各种形式的材料。

随着技术工艺的成熟和锂电池负极的能量密度需求，CVD法开始通过碳包覆或硅嵌入的方式制备硅碳复合负极材料应用于高性能锂电池负极材料。工业化生产方面，一种化学气相沉积装置结构如图所示，CVD流化沉积装置使用时，通过碳基材料输送装置向反应腔中输送碳基材料，通过载气输送口向反应腔输入载气，使其反应腔中的碳基材料产生流态化，通过气相材料输送口向反应腔中输送硅源气体和还原气体，硅源气体与流态化的碳基材料在反应腔中进行 CVD流化沉积，最终实现硅在碳基材料表面沉积，实现硅材料嵌入碳基材料中。

硅碳复合负极材料实际应用关键在于有效抑制硅的体积变化以及提高硅碳复合负极材料的循环寿命和能量密度，这取决于硅碳复合负极材料良好的结构设计，CVD法制备硅碳复合负极材料结构类型主要可分为核壳结构、蛋黄壳结构、多孔结构以及嵌入式结构。

核壳结构：通过碳壳完全包覆封装硅核。该结构中保护性碳壳起到缓冲作用，减轻了硅的体积膨胀，从而避免了硅的开裂和破碎；其次，可以有效防止硅核与电解质接触，减少副反应，有助于形成稳定的固态电解质界面，并促进了锂离子的传输。蛋黄壳结构：由于核壳结构中硅与碳层紧密接触，硅体积膨胀导致碳层会出现裂纹甚至从硅表面脱落，从而影响性能发挥。因此基于核壳结构，研究者构造出了一种蛋黄壳结构。该结构中硅核与碳壳中间存在一定空隙，并允许硅核自由膨胀和收缩而不会粉化。这种巧妙的设计不仅促进了锂离子和电子的转移，而且更有利于形成稳定的SEI层并保持电极的完整性。

多孔结构：提高Si/C复合负极材料性能的原理与蛋黄壳结构相似，即在 Li-Si合金化过程中引入的空隙空间为Si的体积膨胀提供了足够的空间，相应地最大限度地减少颗粒接触并减轻应力。多孔Si/C结构可分为3种类型：①碳层包覆多孔硅基体；②SiNPs分散在多孔碳基体中；③多孔碳层包覆的多孔硅基体。多孔Si/C复合材料的电极在循环过程中具有非常稳定的结构，并在锂离子电池中具有显著的快速充电潜力。

嵌入式结构：嵌入式Si/C复合负极材料是将硅嵌入到连续的碳基体中。该结构以不同的碳质基质为缓冲介质，通过在锂化/脱锂循环过程中适应体积变化和释放硅的机械应力来有效提高硅基负极的循环性能。这些碳质材料可以通过CVD方法制备，如石墨、石墨烯和碳纳米管/纳米纤维等碳质材料。但嵌入式 Si/C复合负极材料中硅含量相比较其他类型较低，其可逆容量通常较低。

目前制备硅碳负极材料的小规模化商业化生产的公司不多，国内公司主要有宁德时代、上海杉杉、深圳贝特瑞、江西紫宸以及湖南星城等公司，国外主要有日本信越、韩国GS集团以及美国Enevate等公司。国内CVD制备工艺落后于国外，实际生产应用CVD工艺主要以微米级硅氧化物纳米颗粒团为硅芯基材，在硅芯表面CVD气相沉积包覆一层碳作为硅芯膨胀缓冲层，在缓冲层外面二次包覆等离子材料形成硅芯复合颗粒，复合颗粒再勾兑碳均匀混合，形成硅碳负极材料，但商业化较慢。

以多孔炭结构的新型技术路线有望带动行业放量。目前的代表性企业有国外group 14和国内的兰溪致德。Group14生产硅碳复合材料的方式是先用高分子材料制造出类似海绵一样具有多孔结构的碳颗粒，然后向多孔碳颗粒的孔隙里通入硅烷气体，通过加热使气体沉淀成硅纳米颗粒分散在多孔碳的孔隙里。多孔碳颗粒的尺寸一般在1到10微米，孔隙里沉淀的硅颗粒尺寸一般在100nm以下。兰溪致德也采用上述方法制备硅碳负极，从公司的环评报告可得，产线包含：氢气制备生产线、硅烷气体制备生产线、硅碳负极材料制备生产线。

公司2023年4月环评显示“目前公司已完成 500 吨硅碳负极产线的建设工作，产品已通过国内外多家锂电池行业龙头企业 1 年以上的试用，质量和性能得到普遍的认可，与多家电池厂家及下游车企签订战略合作协议。公司计划在中短期内打入国内外大型车企及头部消费客户的供应体系，立志成为硅碳行业的领军企业。”目前公司在规划产能包括二期3000吨项目及子公司浙江赛勒 8000吨。

元力股份活性炭领域经验丰富，有望凭借活性炭领域优势积累在硅碳负极领域有所作为。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）