中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：作為突破電池能量密度桎梏的助力利器，硅基負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程不斷加快。截至目前，包括特斯拉、比亞迪、蔚來(lái)、上汽智己、廣汽埃安、奔馳、極氪等眾多車(chē)企都已經(jīng)開(kāi)始或即將搭載硅基負(fù)極動(dòng)力電池。寧德時(shí)代、億緯鋰能、國(guó)軒高科等頭部電池廠商也都已布局硅基負(fù)極動(dòng)力電池產(chǎn)品。
“硅基負(fù)極是未來(lái)最有可能大規(guī)模應(yīng)用的新型負(fù)極材料，其應(yīng)用正在成為電池性能差異化的必爭(zhēng)之地。”業(yè)內(nèi)機(jī)構(gòu)分析指出，據(jù)預(yù)測(cè)到2025年，全球硅基負(fù)極材料需求量有望達(dá)到20萬(wàn)噸，其中消費(fèi)電池滲透率有望達(dá)50%，對(duì)應(yīng)約7萬(wàn)噸需求;圓柱和方形動(dòng)力電池中的滲透率將分別達(dá)到35%和20%，對(duì)應(yīng)約13萬(wàn)噸需求。
隨著下游電動(dòng)車(chē)企對(duì)動(dòng)力電池能量密度要求的不斷提高，東北證券認(rèn)為，鋰電池負(fù)極材料從石墨體系過(guò)渡到硅基負(fù)極將是未來(lái)的技術(shù)升級(jí)方向。未來(lái)硅基負(fù)極搭配高鎳三元材料的體系或?qū)⒊蔀橹髁鞯陌l(fā)展趨勢(shì)之一，硅基負(fù)極的產(chǎn)業(yè)化即將到來(lái)。
電池龍頭更看好的技術(shù)路線
硅基材料的性能極其出色，能夠?qū)Ξ?dāng)下主流的石墨材料實(shí)現(xiàn)“降維打擊”。從理論上來(lái)講，石墨負(fù)極材料的比容量為372mAh/g，目前實(shí)際量產(chǎn)產(chǎn)品達(dá)到360mAh/g，已經(jīng)趨于理論最大值，基本達(dá)到產(chǎn)業(yè)化的極限水平。而硅負(fù)極的理論克容量可高達(dá)4200mAh/g，遠(yuǎn)超石墨材料10倍以上。
目前許多企業(yè)研發(fā)出的能量密度超過(guò)300Wh/kg的電池，正是因?yàn)椴捎昧烁哝嚧钆涔柝?fù)極的材料組合。比如，上汽智己搭載的寧德時(shí)代的摻硅補(bǔ)鋰電池，電芯能量密度達(dá)300Wh/kg以上；蔚來(lái)汽車(chē)發(fā)布150kWh電池包，采用無(wú)機(jī)預(yù)鋰化硅碳負(fù)極技術(shù)，電芯能量密度達(dá)到360Wh/kg。
據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，硅基負(fù)極材料主要有硅碳和硅氧兩種技術(shù)方向。目前硅氧技術(shù)成熟但上限低，“主要局限在于首次充放電效率和能量密度(克容量的上限相對(duì)較低)”，而首效高的硅碳負(fù)極是電池廠中長(zhǎng)期的選擇方向。
不過(guò)，硅碳負(fù)極也有膨脹較大、循環(huán)性能較差的缺點(diǎn)。據(jù)了解，由于硅碳負(fù)極的材料特性，在充放電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生膨脹和收縮，其最大體積膨脹率高達(dá)300%，遠(yuǎn)高于石墨負(fù)極的10-12%。另外，目前硅碳負(fù)極普遍的循環(huán)壽命為300-500次，而人造石墨負(fù)極的循環(huán)壽命能夠超過(guò)3000次。這也影響了硅碳負(fù)極的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
行業(yè)一直在尋求技術(shù)突破。天風(fēng)證券指出，基于其一致性更好，化學(xué)氣相沉積（CVD）法制備多孔硅碳復(fù)合材料膨脹率更低，對(duì)應(yīng)的循環(huán)性能也得到了顯著提升?！皩幍聲r(shí)代從中長(zhǎng)期提升能量密度的角度，鼓勵(lì)材料廠商發(fā)展硅碳負(fù)極，尤其是化學(xué)氣相沉積法?！痹摍C(jī)構(gòu)稱(chēng)。
當(dāng)然，由于當(dāng)前CVD沉積硅碳負(fù)極材料工藝技術(shù)較為復(fù)雜、產(chǎn)品穩(wěn)定性要求高，以及原材料尚未大規(guī)模生產(chǎn)等原因，導(dǎo)致其具有較高的門(mén)檻和成本。
量產(chǎn)進(jìn)程快馬加鞭
當(dāng)下眾多材料廠商都在加碼布局硅碳負(fù)極項(xiàng)目。據(jù)業(yè)內(nèi)機(jī)構(gòu)不完全統(tǒng)計(jì)，從2023年初到今年9月，已有超過(guò)40萬(wàn)噸的硅碳負(fù)極材料產(chǎn)能規(guī)劃項(xiàng)目上馬，涉及的投資金額超過(guò)200億元。貝特瑞、杉杉股份、璞泰來(lái)等頭部廠商皆有布局。
9月15日，安徽邦德銳納米級(jí)硅碳負(fù)極材料及漿料導(dǎo)電項(xiàng)目首批產(chǎn)線投產(chǎn)。據(jù)悉，該項(xiàng)目總投資約60億元，建成后可年產(chǎn)5萬(wàn)噸納米級(jí)硅碳負(fù)極材料及20萬(wàn)噸配套新型導(dǎo)電劑。
據(jù)電池中國(guó)了解，負(fù)極材料龍頭杉杉股份已突破硅基負(fù)極材料前驅(qū)體批量化合成核心技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)硅基負(fù)極批量供貨，且該公司已布局寧波4萬(wàn)噸一體化硅基負(fù)極產(chǎn)能基地，一期項(xiàng)目預(yù)計(jì)今年下半年陸續(xù)投試產(chǎn)。
另一材料龍頭貝特瑞目前擁有硅碳負(fù)極產(chǎn)能為5000噸/年，且該公司還投資50億元建年產(chǎn)4萬(wàn)噸硅基負(fù)極材料項(xiàng)目，一期項(xiàng)目預(yù)計(jì)將會(huì)在2024年陸續(xù)建成投產(chǎn)，預(yù)計(jì)到2028年其將擁有約5萬(wàn)噸/年硅基產(chǎn)能。
據(jù)璞泰來(lái)透露，目前該公司CVD沉積硅碳負(fù)極產(chǎn)品面向消費(fèi)類(lèi)客戶(hù)導(dǎo)入順利，中試線產(chǎn)能已供不應(yīng)求。該公司正加快推進(jìn)安徽紫宸1.2萬(wàn)噸/年硅基負(fù)極材料項(xiàng)目的產(chǎn)能建設(shè)進(jìn)度，預(yù)計(jì)2025年初將形成首批產(chǎn)能。
此外，道氏技術(shù)透露，其公司硅氧負(fù)極材料和新型氣相法硅碳負(fù)極材料均已送樣評(píng)測(cè)，目前已獲得部分客戶(hù)認(rèn)可。中科電氣披露，其公司硅碳負(fù)極已建設(shè)完成中試產(chǎn)線，且有產(chǎn)品向客戶(hù)送樣測(cè)試并獲得認(rèn)可。翔豐華表示，其公司開(kāi)發(fā)的硅碳負(fù)極材料產(chǎn)品處于中試階段，已具備產(chǎn)業(yè)化條件。濱海能源透露，其公司硅碳產(chǎn)品已經(jīng)完成小試實(shí)驗(yàn)條件的確定。
行業(yè)對(duì)硅碳負(fù)極的應(yīng)用前景普遍看好。在業(yè)內(nèi)人士看來(lái)，隨著硅碳負(fù)極工藝技術(shù)的持續(xù)改善和原材料的持續(xù)開(kāi)發(fā)與降本,以及硅碳負(fù)極摻混比例上的進(jìn)一步探索,未來(lái)硅碳負(fù)極產(chǎn)品在動(dòng)力電池領(lǐng)域?qū)⒊掷m(xù)擴(kuò)展,CVD沉積硅碳負(fù)極也將大顯身手，助力動(dòng)力電池性能不斷提升。
