硅基負極材料正在加速商業(yè)化應用。10月中旬，輝能科技在2024年巴黎車展上展出“100%硅負極”電池系統(tǒng)。根據德國萊茵實驗室的數(shù)據，該電池系統(tǒng)在5分鐘內可將電量從5%充至60%，8.5分鐘充至80%。該電池能量密度達到321Wh/kg，預計年底最高可提升至355 Wh/kg。
硅基被業(yè)內認為是下一代理想的負極材料。據了解，目前包括寧德時代、億緯鋰能、國軒高科、欣旺達、蜂巢能源、力神電池、比克動力等在內的眾多電池廠商，以及貝特瑞、杉杉科技、璞泰來、中科電氣、翔豐華、尚太科技、道氏技術、天諾新能源、杰瑞股份、石大勝華等材料企業(yè)，都已布局硅基負極技術。
車企方面，上汽智己發(fā)布了全球首款搭載“摻硅補鋰”電池的定型車;廣汽埃安發(fā)布了搭載海綿硅負極電池、續(xù)航1000公里的車型;奔馳計劃將于2024年底推出采用負極硅基鋰電池的EQG車型，2025年推出G-Class車型，采用新一代高能量密度電池，通過使用硅基負極，能量密度比石墨負極電池高20%-40%。
值得注意的是，近期有報道稱特斯拉正設計、研發(fā)四種采用干法工藝的4680電池版本，并計劃在2026年推出。其中代號NC30的電池將引入硅碳負極，預計用于Cybertruck電動卡車以及未來一款全電動轎車;代號NC50的電池同樣引入硅碳負極，專注于Roadster等特斯拉性能跑車。
隨著動力電池、消費電池及海外市場驅動，業(yè)內機構預測，到2027年全球硅基負極材料需求量或達113.5萬噸，市場規(guī)模將達579億元，年復合增長率(CAGR)達到62.95%。業(yè)界共識，硅基負極是未來最有可能大規(guī)模應用的新型負極材料，其應用正在成為電池性能差異化的必爭之地。
01
材料企業(yè)紛紛發(fā)力
硅基負極主要可以分為硅氧和硅碳兩種技術路線，目前兩種技術都存在各自的市場。據業(yè)內人士分析，硅氧負極未來主要朝著低成本發(fā)展，原料來源廣泛、價格便宜，未來將主要應用于電動工具和動力電池;新型硅碳在解決完動力電池要求的基本性能后，價格會逐漸下降，在3C和動力電池內廣泛應用，長期來看硅碳市場會大一些。
作為國內最早量產硅基負極材料的企業(yè)之一，貝特瑞的硅基負極產品已應用在消費領域。貝特瑞的硅碳負極材料已經開發(fā)至第五代產品，比容量2000mAh/g以上;硅氧負極材料已完成多款氧化亞硅產品的技術開發(fā)和量產工作，比容量達到1500mAh/g以上。
據了解，貝特瑞去年硅基負極出貨量超3000噸，目前擁有硅基負極產能5000噸/年。該公司表示，新建的硅基負極1.5萬噸產能未來將根據市場需求逐步釋放產能。從行業(yè)發(fā)展及市場需求來看，該公司預計2025年硅基負極產品會逐步起量。
杉杉股份作為負極材料領域龍頭企業(yè)，自2009年就開始進行硅基負極的研發(fā)，目前已實現(xiàn)產品批量供應，持續(xù)獲得海內外客戶認可。杉杉寧波4萬噸硅基一體化項目預計2024年下半年投試產。“新一代硅碳產品在頭部客戶測試中保持領先，相關核心技術已獲得美國、日本的專利授權?！痹摴痉Q。
電池中國還了解到，璞泰來的新一代納米硅碳產品已完成技術定型，CVD沉積技術和硅碳復合技術能有效滿足未來負極材料長循環(huán)、低膨脹的性能需求。該公司于2023年7月設立安徽紫宸，啟動年產1.2萬噸硅基負極材料(單體)的項目建設，計劃從2025年開始將分期投產。
此外，翔豐華透露，該公司開發(fā)的硅碳負極材料產品處于客戶測試階段，已具備產業(yè)化條件。中科電氣表示，該公司的硅基負極目前已建設完成中試產線，且有產品向客戶送樣測試并獲得認可。尚太科技也表示，硅碳負極材料是該公司今年重點研發(fā)方向之一，已經組建了成熟的技術團隊，并構建相應中試生產線。
02
打開市場空間
“硅基負極是當前負極材料中最具確定性的一條技術路線。”業(yè)內人士指出，硅基是目前已知比容量最高的鋰離子電池負極材料，且原料來源廣泛、價格低廉。正極材料從磷酸鐵鋰到三元高鎳化，已經有了突破;相對應的，負極材料的比容量提升將會是這場“軍備競賽”的下一個賽點。
硅負極的理論克容量可高達4200mAh/g，遠超目前主流的石墨材料10倍以上。目前寧德時代、億緯鋰能、國軒高科等許多企業(yè)研發(fā)出的能量密度超過300Wh/kg的電池，正是因為采用了高鎳搭配硅負極的材料組合。
“長期以來，硅基負極的技術瓶頸在于降低膨脹、提升循環(huán)。”國內某材料廠商表示，硅基負極的研發(fā)是提高電池容量的重要方向，原先硅基負極材料面臨的膨脹和首效問題近年來逐漸得到解決，硅基負極有望成為行業(yè)新品重要的競爭方向，預計將在未來兩年開始放量。
當下，全球各大電池廠商正積極搶占新一輪技術高點。東莞證券分析指出，當前麒麟電池、大圓柱電池、快充電池、固態(tài)電池等動力電池新技術持續(xù)迭代發(fā)展，尤其是“高鎳三元+硅基負極”為大圓柱電池最適配方案。電池新技術更適配硅基負極，隨著電池新技術陸續(xù)開啟應用放量，將加速打開硅基負極的市場空間。
