硅基负极材料“爆发在即”!

科技   2025-01-27 14:33   湖南  

回首锂电池材料端可发现,2024年末至2025年初硅基负极新闻频发,布局速度明显加快。

国内方面,近日负极材料龙头贝特瑞董事长贺雪琴表示:“作为新一代高性能负极材料的代表,硅基负极正迎来前所未有的市场需求。贝特瑞在硅碳、硅氧、新型气相硅三条路线拥有充分的技术积累,正引领着市场的新一轮变革。”

依靠研发一代、储备一代、量产一代的思路,贝特瑞目前已开发六代产品,比容量在2000mAh/g以上,与宁德/比亚迪/松下/LG/SK/三星等全球主流电池企业建立合作关系。

1月16日国家知识产权局信息显示,贝特瑞申请一项名为“负极材料、电池”的专利,公开号CN 119297287 A,申请日期为2023年6月。

月初,中天宸(包头)硅基气体及硅基前驱体项目签约,该项目投资8亿元,分两期建设,一期建设电子级硅基气体及硅基前驱体项目;二期建设2万吨新型硅基负极材料。

海外方面,1月9日,法国硅基企业Novacium宣布与本国陆军技术部门合作开发硅基负极电池,用于军事设施相关产品,该电池准备采用18650圆柱电池型号,应用Novacium所生产的硅基负极材料。

豪鹏科技也与欧洲某硅材料企业签署谅解备忘录,双方将合作开发100%硅负极锂电池产品。

2024年12月19日,NEO Battery Materials宣布与北美某电池制造商签署硅增强电池技术联合开发协议JDA,根据协议NEO将向合作伙伴提供聚合物涂层硅基负极材料。同日,东风汽车集团股份有限公司申请一项名为“锂电池硅基负极添加剂及其制备方法和应用”的专利,公开号CN 119133452 A,申请日期为2024年8月。


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多个企业开始重视

负极材料作为锂电池四大主材之一,成本占比不高但作用极大,甚至直接决定了锂电池性能好坏,过去石墨几乎一统负极材料天下,但硅基负极的出现恐怕会将其格局打破,高达4200mAh/g的理论比容量让其热度凸显。

硅基负极当前具体分为硅氧碳和硅碳类两种技术路线。目前以硅氧负极为主,但硅碳负极未来潜力较大,硅基负极原材料上游涵盖硅合金、二氧化硅、碳源气、锂盐等,与硅原材料相辅相成,根据配方调制出不用能量密度的电极产品。

由于技术门槛较高,所以国内企业大多处于中试阶段。其概念股有杉杉/贝特瑞/璞泰来/尚太/中科/翔丰华/胜华/国轩/凯金/硅宝/先导/道氏等。国外则有信越化学/韩国大洲/美国Group14等企业。

前面提到的贝特瑞是国内最早涉足硅基产业的企业,并且掌握的大部分市场份额,其建设的4万吨产能项目已完成主体建设。

璞泰来则依靠子公司安徽紫宸规划相关产能,其芜湖项目预计2025年初投产,该项目投资22亿元,规划产能1.2万吨。

杉杉股份则在宁波建设产能4万吨的负极材料基地,当前该基地一期产能已投产部分产线还在去年年末达到满产状态。

国外,Group 14韩国基地规划的硅碳产能也于去年实现了量产,产能达到2000吨。

国内电池厂对于硅基负极充满兴趣,TOP10电池厂在此均有相关研究。

以上大厂如此迅速,第二梯队也不甘落后,2024年年末,索理德永州基地/矽立科内蒙古基地/银硅科技等均有相关布局动作。


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三大痛点亟待解决

从以上信息可看出,硅基负极的布局速度正在加快,市场迫切需要该负极材料来提升电池能量密度。

尽管去年Q4以来硅基负极项目动态有十余个,但大部分处于在建阶段,锂电池负极未来几年还是以石墨为主,不过无论是天然石墨还是人工石墨,均已接近性能天花板,同固态电解质一样,硅负极被视为潜力巨大的未来材料选择。

值得注意的是,手机电池里面的硅负极已经展现了出色的作用,荣耀/OPPO/小米/vivo等手机均有搭载硅基电池的手机型号。

电动工具上也在采用硅基电池,例如高倍率小圆柱电池,亿纬/比克就在此进行了试水。

随着相关产业的进一步发展,硅基负极电池用于汽车上只是时间问题。例如奔驰、保时捷、通用等汽车企业均在硅基负极上押注。

不过,硅基负极当前还有痛点需要解决,例如循环次数、质量保证期限、成本等方面。

相关研究表示,经过不断地技术突破,搭载硅负极的电池寿命得到较大程度提高,但需要说明循环寿命与日历寿命不同,循环寿命是充放电次数,当年硅基负极循环次数远远短于石墨;日历寿命则是容量关系,硅基负极还是会出现随时间推移而退化的情况。

硅基负极的物理化学特性导致其在充放电过程中会发生体积膨胀,尤其是硅与锂相遇会让硅的体积膨胀迅速增大,也就是说当前的硅碳负极是少量的硅和大量的碳混合制成。

最后是价格高,硅负极与石墨负极价格相差好几倍。

需要重点提到的是,当前硅基负极的实际掺硅量并不大,基本在5%上下,目前全球唯一能做出来纯硅基负极电池的企业是辉能科技,该公司在巴黎车展上推出全硅基负极固态电池,5分钟充电至60%,不过该电池何时上车还遥遥无期。

结合产业特性以及当前市场形势来看,硅基材料乃至负极材料市场整体集中度偏高,且越是龙头越有研发以及产能优势,随着锂电池价格趋近平稳,负极市场格局也保持稳定,硅基负极的技术突破极大可能会在某个头部企业诞生,并且谁先抢跑,谁的未来优势就会变大。

作 者:宋博文
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