[电池完全征服](22)“眼下中国以外没有替代方案”……石墨拉响警报，能否实现自立

by Kang Heejong

Published 03 Feb.2024 08:00(KST)

Updated 08 Feb.2024 08:15(KST)

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编者按当下是电池时代。手机、笔记本电脑、电动汽车等几乎所有地方都有电池。[电池完全征服]栏目面向想要了解电池的一般读者、学生，以及关注电池产业和相关企业的投资者，旨在以通俗易懂的方式介绍电池基础知识与生态系统、企业信息、产业走势与前景。每周六与各位见面。

[电池完全征服](22)“眼下中国以外没有替代方案”……石墨拉响警报，能否实现自立

现代汽车集团于上月18日（当地时间）向美国政府递交意见书称，“将特定关键矿物立即适用海外关注机构（FEOC）标准并不现实”。LG能源解决方案、SK On、三星SDI等三大电池企业以及韩国电池产业协会也提交了类似内容的意见书。

现代汽车所指明的“特定矿物”正是石墨。现代汽车表示，“2022年，中国精炼并生产了全球球形石墨的100%和合成石墨的69%”，并指出“其他国家在短期内很可能无法取代中国”。同时建议，暂时不论原产地，将可用于电池及电池部件制造的关键矿物列入一份清单，并将石墨也纳入该清单。

要获得美国政府《通胀削减法案》（IRA）规定的电动汽车补贴，从今年起，电池部件不得从海外关注机构（FEOC）采购，而电池所用关键矿物自2025年起也不得从FEOC采购。美国政府于去年12月1日事实上将位于中国的所有企业都归类为FEOC。如果不能从中国以外国家采购包括石墨在内的关键矿物，从明年起就将无法在美国获得补贴。

现代汽车和韩国电池业界之所以单独点名石墨，正是因为对中国的依赖度极高。根据韩国贸易协会数据，我国对中国天然石墨进口依存度（以2023年1~9月为准）为97.7%，对人造石墨进口依存度为94.3%。

石墨

石墨具有高能量容量和优异的稳定性，是目前电动汽车电池负极材料中使用最广泛的矿物。从成本来看，其在锂离子电池中约占15%，但按含量计算，则是占比最大的单一矿物。锂离子电池中有20~30%由石墨构成。

一辆电动汽车平均需要50~100千克石墨，相当于锂用量的约两倍。根据国际能源署（IEA）数据，如果把能源储存所需全部矿物的需求量设为100，其中石墨所占比重高达53.3%。

虽然以硅、锂金属等为代表的替代负极材料正在开发中，但目前仅在极少部分得到应用，或尚未实现商业化。即便是硅，也仅有约5~10%用于负极，其余部分仍然使用石墨。未来相当长一段时间内，石墨很可能仍将是锂离子电池中的重要关键矿物。

中国自2023年12月起开始实施石墨出口管制。所幸目前对韩国仍批准出口。有分析认为，这是因为电动汽车需求下降，导致中国国内库存增加。然而一旦形势变化，中国随时可能掐住韩国企业的“命脉”。确保石墨供应链稳定，可谓韩国锂离子电池产业的核心课题。

天然石墨 vs 人造石墨哪个更好

石墨是由碳构成的物质。石墨和金刚石虽然都是由同一种元素——碳构成，但性质迥异，属于同素体。石墨过去的主要用途是作为铅笔芯。石墨的英文名graphite也源自具有“书写”含义的希腊语“graphein”。石墨不会燃烧，因此在工业领域也大量用作冶炼钢铁产品时的耐火材料。

石墨过去是一种常见材料，但随着其被用作锂离子电池的负极材料，如今在世界各国被视为“关键矿物”，地位大幅提升。

负极材料与锂离子电池的充电时间和寿命密切相关。充电是将锂离子储存在负极的过程。随着充放电反复进行，会出现膨胀（swelling）或枝晶（dendrite，树枝状锂晶体）等现象，最终导致电池无法继续使用。

石墨的结构为6个碳原子以六边形形式连续结合而成的片层结构。这些片层层层堆叠，其间可稳定地储存和释放锂离子。这正是石墨被广泛用作锂离子电池负极材料的原因。

石墨大致分为天然石墨和人造石墨。天然石墨首先在自然状态下被开采出来，经选矿作业去除杂质。随后再经过清洗、脱水、干燥、除铁等工序制成圆滚滚的球形石墨。对球形石墨进行表面涂覆和高温烧结后，就可制成高纯度石墨。

天然石墨及人造石墨负极材料的制造工艺。图片来源=韩国产业银行

人造石墨以煤炭或石油副产品——煤焦油（coal tar）为主要原料。将煤焦油进行焦化（coking，即在无氧条件下加热以去除挥发性物质）后，制得由碳组成的针状焦（needle cokes）。将针状焦粉碎后，在约3000摄氏度的高温下进行热处理，即可制成人造石墨。之后再经过表面涂覆等工序，制成用于负极的石墨材料。

天然石墨加工工序相对简单，因此价格低廉，且石墨化程度高，能量容量大，这是其优点。但其膨胀现象比人造石墨更为频繁，寿命较短。人造石墨表面呈圆形且光滑，锂离子可通过多种路径进出，在输出功率、寿命和稳定性方面具有优势。不过，由于工艺更复杂且需要高温热处理，与天然石墨相比价格更昂贵。

天然石墨和人造石墨具有互补关系，工业界会根据电动汽车的特性和用途，以适当比例混合使用天然石墨和人造石墨。

整体来看，人造石墨的比重正逐步上升。根据市场调研机构ICC Consulting的数据，中国负极材料产量中，人造石墨的占比从2018年的70%增加到2022年的81%；同期天然石墨的产量占比则从26%降至18%。

由中国主导的石墨产业

全球石墨储量估计约为3.3亿吨。其中储量最高的国家是土耳其，占总量的27%；其次是巴西，占22%，中国以16%位居第三。

但从产量来看，以2022年为基准，中国占全球的65%，优势压倒性。第二名莫桑比克占13%，第三名马达加斯加占8%，第四名巴西占7%，与其他国家拉开巨大差距。

图片由韩国产业银行提供

这是因为中国政府在扩大电动汽车等新能源汽车（环保汽车）普及的同时，增加了国内石墨产量。中国不仅利用本国生产的石墨，还从莫桑比克、马达加斯加等非洲国家进口石墨矿石，加工成球形石墨后再出口到全球。按精炼、冶炼口径计算，2022年中国供应了全球91%的石墨。

韩国电池企业早就大量使用价格低廉的中国石墨。对中国石墨的依赖不分天然石墨和人造石墨。以2023年1~9月为准，对中国进口依存度方面，天然石墨为97.7%，人造石墨为94.3%。

这一数据非但没有下降，反而呈上升趋势。2020年天然石墨对中国进口依存度为90.7%，三年间上升了7.0个百分点。同一时期，人造石墨对中国进口依存度也增加了10.2个百分点。如果无法从中国进口石墨，韩国电池产业几乎会陷入瘫痪。

从企业来看，以2022年为基准，在全球负极材料市场前十名企业中，有9家来自中国，掌控力极强。

根据市场调研机构ICC Consulting的数据，第一名为BTR（23.6%），第二名为上海杉杉（13.2%），第三名为江西紫宸科技（9.8%），第四名为湖南中科星城（8.7%），第五名为广东凯金（8.4%）。包括BTR、杉杉在内的企业也向韩国三大电池企业供应石墨。韩国企业中，仅有Posco Future M以2.3%的市场份额并列第九名。

因IRA拉响警报的电动汽车企业，纷纷展开石墨争夺战

全球电动汽车和电池企业在全球供应链问题凸显后，正努力降低对中国石墨的过度依赖。尤其是自2022年8月《通胀削减法案》（IRA）发布以来，石墨供应链多元化已成为刻不容缓的课题。

根据IRA规定，电池正负极活性材料等关键矿物中，必须有一定比例以上在美国或与美国签署自由贸易协定（FTA）的国家开采或加工，或在北美回收利用，电动汽车才能获得补贴。

这一比例将从2024年的50%，逐步提高到2025年的60%、2026年的70%，并在2027年以后达到80%。此外，自2025年起，如果关键矿物由海外关注机构（FEOC）供应，则无法获得补贴。

在警报声中，全球电动汽车企业纷纷亲自出手，着手锁定石墨资源。看准需求的全球矿业企业也争相进入石墨开采领域。

加拿大矿业公司Nextsource Materials于去年2月在非洲马达加斯加的Molo建成石墨矿，年开采规模约1.7万吨。从2026年起，年产量将增加至15万吨以上。该公司还将在非洲毛里求斯建设年产3600吨规模的负极材料工厂。

Nextsource已与德国钢铁企业蒂森克虏伯签订了为期10年的供应合同。蒂森克虏伯表示，计划向一家具名未公开的日本科技企业供应石墨。韩国Posco International也于去年9月与Nextsource签署了就Molo矿山共同投资的业务协议，从而获得了石墨供应权。

NextSource Materials位于马达加斯加Molo的石墨矿山。图片由NextSource Materials提供。

澳大利亚矿业公司Talga Group于2024年4月获得瑞典当局批准，启动在瑞典北部Vittangi地区的石墨开采项目。该公司预计最早可于2024年开始开采，初期年产规模为1.95万吨。

欧洲汽车企业陆续与Talga Group签订供应合同。Talga Group表示，计划向由Stellantis和梅赛德斯-奔驰共同持股的电池企业Automotive Cells Company（ACC），以及雷诺投资的电池企业Verkor供应石墨。

澳大利亚Syrah Resources在莫桑比克Balama地区运营石墨矿。该公司于2022年将产量提升至16.3万吨。Syrah Resources还在美国路易斯安那建设负极活性材料加工厂，计划在当地实现年产1.125万吨。

Tesla早在2021年就与Syrah Resources签订了为期4年的石墨供应合同，合同中还附带延长供应的选择权。据悉，韩国的LG能源解决方案和SK On也与Syrah Resources签订了供应协议，但属于不具法律约束力的协议（non-binding deal）。

三星SDI则与Syrah Resources就从其路易斯安那工厂采购负极活性材料签订了合同。双方计划在完成验证程序后，于2024年7月10日前签署具有约束力的正式合同。

澳大利亚矿业公司Magnis Energy正在非洲坦桑尼亚开发年产23.6万吨规模的石墨矿，并计划在纽约建设负极材料工厂。Magnis Energy已与Tesla签订合同，自2025年2月起，每年供应1.75万吨负极活性材料。

Renascor Resources正在推进南澳大利亚Siviour矿山的开发。该公司初期目标年产2.8万吨，预计自2025年起具备生产能力。Renascor已与韩国Posco、日本三菱签订了供应合同。

韩国，何时实现石墨自给

据悉，韩国每年从中国进口10万吨以上石墨。以2022年为准，从中国进口天然石墨5.3万吨、人造石墨4.82万吨。只有替代这些进口，才能实现石墨自给。

韩国企业一方面正通过非洲、澳大利亚等地多元化天然石墨供应来源，另一方面也在扩大人造石墨的生产规模，以此强化供应链。

韩国国内唯一的石墨系负极材料制造商Posco Future M，过去一直从中国进口球形石墨，在国内进行表面涂覆等再加工后，供应给国内外电池企业。与此同时，该公司还利用钢铁生产过程中产生的副产品煤焦油，自主生产人造石墨。

Posco Future M正在生产人造石墨。图片由Posco Future M提供

Posco Future M目前拥有包括天然石墨和人造石墨在内、共8.2万吨的负极材料产能，其中人造石墨年产规模为8000吨。

人造石墨从原料到成品都可在国内实现供应，在实现石墨自给方面具有重要意义，但目前产量仍不大，难以在短期内大幅提升产量，完全替代自中国的进口量。

Posco Future M计划在年内将人造石墨产能扩大到1.8万吨，并在2026年进一步增至5.8万吨，目标是到2030年形成15.3万吨的生产能力。天然石墨方面，计划在2026年将产能扩大至15.4万吨，2030年增至18.2万吨。

天然石墨的供应来源也在多元化。Posco集团子公司Posco International于去年9月与Nextsource（马达加斯加Molo矿）签订合同，约定在10年内每年供应3万吨鳞片石墨（crystalline graphite，结晶度高的高品位石墨，因形似鱼鳞而得名），或1.5万吨球形石墨。Posco International还参与了澳大利亚Black Rock Mining（坦桑尼亚Mahenge矿）的增资，并同意将石墨采购权扩大至6万吨。

通过这两项业务协议，Posco International预计今后可确保9万吨以上鳞片石墨。这些石墨将供应给韩国国内的Posco Future M，再加工为负极材料。

在天然石墨加工或人造石墨制造工艺中，会产生废水，高温热处理过程也会消耗大量电力。中国企业之所以能够掌控全球石墨供应链，一个重要原因正是其在环境污染问题上相对宽松，且电费低廉，从而能够以更低成本生产石墨。

韩国若要强化石墨供应链，也必须同步解决这类政策层面的问题。

<参考文献>

KOTRA，《中国负极材料（石墨）市场动向》，2023.5.26
韩国贸易协会，《中国石墨出口管制的影响及应对方案》，2023.10.23
SNE Research，《中国石墨出口管制现状及前景分析》，2023.10.26
KDB未来战略研究所，《全球供应链（GVC）核心品目研究》，2023.11.20
Posco Future M新闻室，《没有石墨就造不出电池：关于石墨的TMI》，2023.11.13
联合通讯社，《现代汽车向美政府称“立即排除中国产矿物不现实……应暂时允许”》，2024.1.22
Reuters, Graphite producers doing deals with automakers and battery groups, 2023.6.21
Mining Technology, Renascor signs MoU with Mitsubishi for graphite supply, 2023.7.19
Reuters, China's graphite curbs will accelerate plans around alternatives, 2023.10.23
Mining.com, NextSource begins graphite production in Madagascar, 2023.6.22
Mining.com, Syrah Resources inks deal with Samsung SDI to assess anode material supply, 2023.8.8

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本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。