硅基負極材料因其高比容量、快充等優(yōu)勢，被業(yè)界一致視作理想的下一代鋰電池負極材料，目前已經(jīng)在一些場景逐步開啟規(guī)模級應用，市場空間加速打開。
在消費電子領域，各大手機廠商包括小米、華為等品牌的旗艦機型，均搭載了硅基負極技術的電池。在新能源車領域，包括特斯拉、比亞迪、蔚來、極氪、奔馳等眾多車企，都已經(jīng)開始或即將在部分車型上搭載硅基負極動力電池。此外，在電動飛機、機器人等高性能需求場景中，硅基負極亦具有廣闊應用前景。
目前，采用高鎳三元正極和硅基負極材料，電池能量密度已經(jīng)可以達到300Wh/kg以上。比如蔚來汽車發(fā)布150kWh電池包，采用無機預鋰化硅碳負極技術，電芯能量密度達到360Wh/kg;正力新能的雙重半固態(tài)超長續(xù)航大圓柱電池正力騏龍，采用超高鎳正極+高硅負極材料體系，電芯能量密度達306Wh/kg。
隨著技術的加速成熟，硅基負極有望釋放潛力，市場空間非常廣闊。據(jù)業(yè)內(nèi)研究機構(gòu)預計，到2028年全球硅基負極材料(純品)用量將達到約9萬噸，對應市場空間228億元;其中動力電池用量約7.8萬噸，對應市場空間192億元。
眾玩家爭相布局
負極材料作為電池的重要材料之一，雖然成本占比較小，但對電池性能的影響很大。目前，石墨負極材料已接近其理論比容量的最高值372mAh/g。因此為提升鋰電池的能量密度，需開發(fā)更高比容量的負極材料。硅基負極理論容量達石墨負極的10倍之多，達到4200mAh/g，可顯著提升電池能量密度。
不僅如此，在高倍率快速充電的場景下，硅基負極材料的安全性也優(yōu)于當前市場主流的石墨負極材料。同時，硅基負極還具有環(huán)境友好性,在生產(chǎn)和使用過程中對環(huán)境的影響較小。
據(jù)有關國際機構(gòu)統(tǒng)計，目前全球涉足硅基負極材料研發(fā)的中國、韓國、歐美企業(yè)，已經(jīng)增加到70家以上。目前寧德時代、億緯鋰能、國軒高科、孚能科技、力神電池、欣旺達等電池廠商，都在積極引入硅基負極，貝特瑞、杉杉股份、翔豐華、中科電氣等材料廠商都在大力布局。
今年4月初，國家知識產(chǎn)權局信息顯示，億緯鋰能申請了一項名為“改性硅負極材料、改性硅負極材料的制備方法、負極片和電池”的專利，能夠有效改善硅負極材料膨脹率大的問題。在此之前，億緯鋰能公布的一項專利，提供了一種創(chuàng)新的快充硅負極材料及其制備方法，該材料在保持高能量密度的同時，還能在6C快充下展現(xiàn)出卓越的性能。
欣旺達近期在互動平臺表示，該公司有硅碳負極電池生產(chǎn)工藝，目前已大規(guī)模應用于消費電子領域。消費電子類產(chǎn)品的國家補貼政策，對該公司將起到積極的作用。孚能科技透露，該公司目前半固態(tài)電池已迭代至第五代硅碳負極，在內(nèi)部體系驗證和供應商配套上都十分成熟，在全固態(tài)電池大規(guī)模應用之前，硅碳負極仍將是該公司主流選擇。
在材料廠商方面，貝特瑞的硅碳負極材料已經(jīng)開發(fā)至第五代產(chǎn)品，比容量達2000Ah/g以上，硅氧負極材料已完成多款氧化亞硅產(chǎn)品的技術開發(fā)和量產(chǎn)工作，比容量達到1500Ah/g以上。杉杉股份自2009年就開始硅基負極的研發(fā)，目前已實現(xiàn)產(chǎn)品批量供應，并布局寧波4萬噸/年一體化硅基負極產(chǎn)能基地。
據(jù)了解，聯(lián)創(chuàng)鋰能2024年硅碳負極材料產(chǎn)品供貨已擴至噸級。翔豐華表示，該公司硅碳負極產(chǎn)品已移交多家電池廠商進行客戶測試。道氏技術表示，該公司硅碳負極材料具備首效高、快充放性能、低膨脹和優(yōu)異循環(huán)性能，目前已送樣相關下游廠商，部分產(chǎn)品已實現(xiàn)銷售。
“硅碳負極因其高能量密度等性能優(yōu)勢，在固態(tài)電池當中具有較好的應用前景。”中科電氣表示，該公司對硅基類負極(包括面向固態(tài)電池的硅碳負極)有持續(xù)投入，目前已建設完成中試產(chǎn)線，且有產(chǎn)品進入多家客戶測評和平臺開發(fā)階段。
賽道進入關鍵階段
硅碳和硅氧是硅基負極材料的兩個主要技術方向。碳氧負極以氧化亞硅為核心材料，目前技術路線較為成熟，主要局限在于首次充放電效率低以及克容量的上限相對較低，單體容量范圍為1300至1700mAh/g。而首效高的硅碳負極是電池廠中長期的選擇方向，其技術迭代主要聚焦于防止SEI膜形成和降低膨脹。
“寧德時代從中長期提升能量密度的角度，鼓勵材料廠商發(fā)展硅碳負極，尤其是化學氣相沉積法。”據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露。硅碳負極主要有機械球磨法和氣相沉積法(CVD法)兩種工藝，CVD法硅碳負極通過多孔碳骨架來儲硅，膨脹率低，循環(huán)優(yōu)異，并且碳骨架本身密度小質(zhì)量輕，使得材料能量密度更高，性能潛力大，預計將成為下一代硅碳主流路線。
值得注意的是，相較于已大規(guī)模應用多年的石墨負極，當前CVD沉積硅碳負極材料工藝技術仍然較為復雜、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，導致其具有較高的門檻和成本。
不過從整體來看，硅碳負極賽道已進入“專利卡位+產(chǎn)能賽跑”的關鍵階段，具備持續(xù)創(chuàng)新能力與量產(chǎn)經(jīng)驗的龍頭企業(yè)將主導價值分配。未來幾年，硅碳負極的出貨量增長主要由消費類電子產(chǎn)品及電動車貢獻，其它領域包括像低空經(jīng)濟、人形機器人等新興市場，也將貢獻增量。