我國(guó)硅基負(fù)極材料行業(yè)現(xiàn)狀分析-出貨量大幅增長(zhǎng)-市場(chǎng)滲透率仍然較低

-1-我國(guó)硅基負(fù)極材料行業(yè)現(xiàn)狀分析-出貨量大幅增長(zhǎng)-市場(chǎng)滲透率仍然較低一、硅基負(fù)極材料出貨量硅碳負(fù)極材料是以碳作為分散基體,硅作為活性物質(zhì)的新型負(fù)極材料。隨著新能源汽車行業(yè)快速發(fā)展，同時(shí)基于續(xù)航焦慮，硅基負(fù)極材料出貨量大幅增加。數(shù)據(jù)顯示，2017-2022年我國(guó)硅基負(fù)極材料出貨量由0.15萬噸增長(zhǎng)至1.5萬噸左右。硅碳負(fù)極材料是以碳作為分散基體,硅作為活性物質(zhì)的新型負(fù)極材料。隨著新能源汽車行業(yè)快速發(fā)展，同時(shí)基于續(xù)航焦慮，硅基負(fù)極材料出貨量大幅增加。數(shù)據(jù)顯示，2017-2022年我國(guó)硅基負(fù)極材料出貨量由0.15萬噸增長(zhǎng)至1.5萬噸左右。二、硅碳負(fù)極材料滲透率相比石墨類負(fù)極材料，硅碳負(fù)極材料滲透率較低，仍沒有進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用，主要原因包括硅碳負(fù)極材料循環(huán)性能低于石墨負(fù)極，有待進(jìn)一步提高；硅碳負(fù)極材料制備過程多用到納米硅粉，其生產(chǎn)對(duì)設(shè)備的要求極高，需要較大的資金投入且生產(chǎn)過程中能耗較大；硅碳負(fù)極材料主要技術(shù)均未實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)?；糯螅蟛糠滞Ａ粼趯?shí)驗(yàn)室噸級(jí)實(shí)驗(yàn)；硅碳負(fù)極材料作為新一代負(fù)極材料，需要配套相應(yīng)的導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑等，目前產(chǎn)業(yè)鏈配套仍不成熟等。相比石墨類負(fù)極材料，硅碳負(fù)極材料滲透率較低，仍沒有進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用，主要原因包括硅碳負(fù)極材料循環(huán)性能低于石墨負(fù)極，有待進(jìn)一步提高；硅碳負(fù)極材料制備過程多用到納米硅粉，其生產(chǎn)對(duì)設(shè)備的要求極高，需要較大的資金投入且生產(chǎn)過程中能耗較大；硅碳負(fù)極材料主要技術(shù)均未實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)?；糯螅蟛糠滞Ａ粼趯?shí)驗(yàn)室噸級(jí)實(shí)驗(yàn)；硅碳負(fù)極材料作為新一代負(fù)極材料，需要配套相應(yīng)的導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑等，目前產(chǎn)業(yè)鏈配套仍不成熟等。根據(jù)數(shù)據(jù)，2017-2021年我國(guó)硅基負(fù)極材料滲透率保持在1%-2%之間，其中2019年為頂峰，達(dá)1.85%。根據(jù)數(shù)據(jù)，2017-2021年我國(guó)硅基負(fù)極材料滲透率保持在1%-2%之間，其中2019年為頂峰，達(dá)1.85%。三、硅基負(fù)極材料主流技術(shù)路線目前主流應(yīng)用的負(fù)極材料是石墨類材料，但其比容量已經(jīng)為其理論容量上限（372mAh/g），而同族硅材料具有最高理論比容量（達(dá)4200mAh/g)，是石墨類的10倍多。提升負(fù)極材料比容量對(duì)提高能量密度具有重要意義，隨著硅碳技術(shù)性能的群體突破，及未來2-3年內(nèi)成本的成倍下降預(yù)期，硅基負(fù)極材料極具應(yīng)用前景。硅基負(fù)極材料主流技術(shù)路線技術(shù)類別 簡(jiǎn)介氧化硅技術(shù) 氧化硅技術(shù)路線多用氧化亞硅，相較于單質(zhì)硅顆粒，氧化亞硅（SiOx）在鋰嵌入過程中發(fā)生的體積膨脹較小，因此相對(duì)純硅負(fù)極，其循環(huán)穩(wěn)定性有較為明顯改善，但是氧化亞硅負(fù)極在充放電過程中會(huì)生產(chǎn)Li2O等非活性物質(zhì)，導(dǎo)致SiOx材料首次效率較低（約70%）。一般采用氧化硅摻雜，摻雜含量約5%，氧化亞硅負(fù)極理論比容量2600mAh/g且循環(huán)穩(wěn)定性較好，各大負(fù)極材料廠商對(duì)氧化亞硅負(fù)極均有布局。日本信越化學(xué)、韓國(guó)大洲、中國(guó)杉杉股份及貝特瑞均可量產(chǎn)硅氧負(fù)極。硅氧負(fù)極在電動(dòng)工具、高端數(shù)碼等領(lǐng)域已經(jīng)得到了部分應(yīng)用。納米化 通過降低硅基材料粒徑至納米級(jí)別，也可以改善硅基材料在充放電過程中發(fā)生的體積變化。納米級(jí)硅材料擁有較小的顆粒尺寸和更多的空隙，更容易緩沖硅在脫嵌鋰離子過程中產(chǎn)生的應(yīng)力和形變。此外，納米顆?？梢钥s短鋰離子擴(kuò)散距離，增加硅材料儲(chǔ)鋰能力。雖然硅納米線負(fù)極具有諸多優(yōu)勢(shì)，但生產(chǎn)成本較高，材料均一性不好等缺陷在一定程度上限制了其大規(guī)模應(yīng)用。復(fù)合化 通過復(fù)合其他材料來制備硅基復(fù)合材料，不但可以改善硅基材料的導(dǎo)電性，還可以作為緩沖層來承受硅在充放電過程中發(fā)生的體積效應(yīng)。硅碳復(fù)合材料（硅碳負(fù)極）由于具有穩(wěn)定性好，體積變化小和導(dǎo)電性優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，是產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展最為迅速的制備方法。廣汽集團(tuán)發(fā)布的海綿硅負(fù)極，特斯拉于2021年收購(gòu)的SiILion公司持有的硅負(fù)極專利實(shí)質(zhì)上均為硅與碳材料復(fù)合形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。多孔化 除減小硅顆粒尺寸外，設(shè)計(jì)具有空隙空間的多孔硅也是有效減緩體積膨脹的方法。多孔硅中的空隙空間能有效減輕鋰在硅顆粒中嵌入和脫出時(shí)引發(fā)的體積效應(yīng)，此外，空隙還可以加快電解液的浸潤(rùn)性，提高鋰離子在活性材料中的傳輸和擴(kuò)散效率，提升材料的導(dǎo)電性能。預(yù)鋰化 預(yù)鋰化技術(shù)是改善硅負(fù)極首次效率低的重要途徑。為保障硅基負(fù)極性能，需要對(duì)在首次循環(huán)中損失的鋰離子進(jìn)行補(bǔ)充。預(yù)鋰化技術(shù)主要包括電化學(xué)預(yù)鋰化和在正負(fù)極材料中添加預(yù)鋰化添加劑（補(bǔ)鋰劑）兩種形式，其中添加補(bǔ)鋰劑的方法已相對(duì)成熟。四、硅基負(fù)極材料行業(yè)代表企業(yè)作為最具潛力的下一代鋰電池負(fù)極材料，硅基負(fù)極材料的良好市場(chǎng)前景吸引相關(guān)企業(yè)持續(xù)涌入。目前國(guó)內(nèi)硅基負(fù)極材料行業(yè)參與者可分為四大類：以貝特瑞、璞泰來為代表的現(xiàn)有石墨類負(fù)極企業(yè)，以天目先導(dǎo)、壹金新能源為代表的具有科研院校背景的企業(yè)，以寧德時(shí)代、國(guó)軒高科為代表的電池類企業(yè)，以石大勝華為代表的化工企業(yè)跨界或硅材料企業(yè)。我國(guó)硅基負(fù)極材料行業(yè)代表企業(yè)基本情況類別企業(yè)布局情況現(xiàn)有石墨類負(fù)極企業(yè)貝特瑞公司硅碳、硅氧負(fù)極均已批量出貨，目前擁有3000噸/年硅基負(fù)極材料產(chǎn)能，產(chǎn)品已供應(yīng)松下。它的硅基負(fù)極材料已突破至第三代產(chǎn)品，提升比容量650mAb/g至1500mAb,更高比容量的第四代硅碳產(chǎn)品正在開發(fā)。璞泰來與中科院物理所合作量產(chǎn)硅基負(fù)極材料，硅碳試驗(yàn)車間2019年投入使用，已完成第二代產(chǎn)品研發(fā)，產(chǎn)晶己送樣下游客戶進(jìn)行測(cè)試和認(rèn)證。另外，在溧陽已建成硅負(fù)極材料中試線具有科研院校背景的企業(yè)天目先導(dǎo)2022年4月，天目先導(dǎo)納米硅基負(fù)極項(xiàng)目在溧陽高新區(qū)開工，總投資20億元，一期項(xiàng)目投資10億元，用地100畝，達(dá)產(chǎn)后可年產(chǎn)5萬噸新型納米硅基負(fù)極產(chǎn)品壹金新能源壹金新能源技術(shù)源自中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所,其年產(chǎn)5000噸鋰離子電池硅基負(fù)極材料項(xiàng)目計(jì)劃于2021年年底投產(chǎn)。電池類企業(yè)寧德時(shí)代全資持有屏南時(shí)代100%股權(quán)，屏南時(shí)代-期年產(chǎn)430噸硅基