隨著新能源車的普及，為適應(yīng)更高能量密度的電池需求，硅基負極材料正步入產(chǎn)業(yè)視野。硅基負極被看作下一代鋰電池負極材料，已經(jīng)明顯感受到需求跨過平臺期。有業(yè)內(nèi)人士預計，即將2022年迎來爆發(fā)，2023年開始放量。隨著更多原材料企業(yè)的加入，硅基負極材料被列入了工信部重點新材料，將成為國家重點鼓勵發(fā)展的新能源電池材料之一。

多家企業(yè)入局

被譽為“北交所明星股”、鋰電負極材料龍頭的貝特瑞，近日宣布，2022年新春開年首筆投資投向了硅基負極材料項目。最新公告顯示，中國寶安子公司貝特瑞擬與深圳市光明區(qū)政府簽署投資合作協(xié)議，擬在深圳市光明區(qū)內(nèi)投資建設(shè)年產(chǎn)4萬噸硅基負極材料項目，項目預計總投資50億元。

而隨著硅基負極材料的“明星”效應(yīng)不斷釋放，多家傳統(tǒng)負極材料廠都已經(jīng)開始入局硅基負極。據(jù)公告，璞泰來在江西和江蘇溧陽均建設(shè)有硅基負極中試線，已經(jīng)通過部分客戶認證;翔豐華硅基負極已經(jīng)具備產(chǎn)業(yè)化基本條件。動力電池廠商國軒高科也有5000噸/年硅基負極材料項目正在建設(shè)中。

據(jù)了解，中國負極行業(yè)產(chǎn)量在已經(jīng)占據(jù)全球約六成以上市場，貝特瑞、璞泰來、杉杉股份市場份額占比居前。業(yè)內(nèi)人士表示，當前硅基負極主要應(yīng)用在消費電子、電動工具等領(lǐng)域，而蘊藏更大增量空間的是動力電池領(lǐng)域，尤其即將到來的4680電池將成為改變市場的暖風。目前，4680電池已經(jīng)處于大規(guī)模量產(chǎn)前夜。

諸多難題破解

公開資料顯示，高比容量優(yōu)勢使得硅基材料被視為理想的下一代負極材料。硅的比容量高達4200mAh/g，是碳基材料的10倍以上，是目前已知比容量最高的負極材料。碳基材料是目前使用最為廣泛的負極材料，其理論比容量為372mAh/g。

然而，硅基負極材料也存在硅易體積膨脹、導電性差、首次充放電損耗大等問題。由于硅材料在充放電時體積膨脹可達120%—300%，導致硅顆粒分化及SEI膜的破裂增厚，將影響電池首充效率與壽命。

針對此短板，科研人員發(fā)現(xiàn)，以碳輔硅，兼具容量與壽命。據(jù)此，業(yè)內(nèi)提出的解決方案是，將硅碳復合材料與硅氧復合材料作為硅基負極的主要技術(shù)路線。具體說，就是在能量密度和穩(wěn)定性之間尋找平衡，以實現(xiàn)材料性能的實際改善。

當前的硅基負極產(chǎn)品是將硅和石墨摻雜起來復合使用，以硅顆粒提供儲鋰容量，碳材料緩沖體積變化，同時兼顧了較高的比容量與較長的使用壽命。而對于新能源車普遍采用的鋰電池負極材料而言，一般分為碳系負極和非碳系負極，其中，硅碳負極材料相比于石墨負極材料的比容量大，能極大提高鋰電池的能量密度，被認為當前性能最好的負極材料。

然而，新的問題又出現(xiàn)了，雖然硅基材料緩解了純硅材料的體積膨脹，但硅基負極的壽命與首次充電效率相較于碳基負極仍有差距。對此，業(yè)內(nèi)提出了更新的解決方案，一是負極預鋰化，即在電池工作前向電池內(nèi)部補充鋰離子，將有效提升首次充電效率與電池壽命;二是改進硅基復合材料，除硅碳(納米硅)路線、硅氧路線外，通過加入碳納米管、石墨烯等新型導電劑材料，也將提升硅基負極的壽命與循環(huán)性能。

或迎市場爆發(fā)

在業(yè)內(nèi)看來，硅基負極材料即將迎來市場爆發(fā)。國內(nèi)主要硅基負極材料生產(chǎn)企業(yè)包括中科電氣、貝特瑞、江西正拓、深圳斯諾等，其中，貝特瑞具備先發(fā)優(yōu)勢，目前已經(jīng)進入了松下-特斯拉的供應(yīng)鏈，同時已量產(chǎn)供貨給韓國的三星電池，并計劃提升惠州工廠的產(chǎn)能，硅碳和硅氧各生產(chǎn)3000噸/年。

與此同時，比亞迪、寧德時代、國軒高科、貝特瑞、杉杉股份、力神、比克、萬向等都展開了對硅碳負極材料的布局。其中，杉杉股份的高容量硅合金負極材料已小批量生產(chǎn)，并對寧德時代供貨。從產(chǎn)業(yè)來看，硅碳負極材料在國內(nèi)的發(fā)展處于初期階段，不少企業(yè)已布局生產(chǎn)線，進行小批量生產(chǎn)。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2020年國內(nèi)的硅碳負極材料出貨量為0.9萬噸，占總負極材料出貨量的比例約2%。

業(yè)內(nèi)普遍認為，國內(nèi)的硅碳負極材料產(chǎn)業(yè)化需要一個整合過程，一方面要求上游材料企業(yè)提高產(chǎn)品的性能，另一方面還要調(diào)配好與其它摻雜材料的比例，以及與電池企業(yè)研究鋰電池封裝工藝的提升。相信隨著國內(nèi)負極材料生產(chǎn)企業(yè)的快速布局，市場的滲透率逐步提升，規(guī)模級的產(chǎn)業(yè)化將會加快來臨，硅碳負極材料的市場規(guī)模將會迎來春天。

關(guān)鍵詞： 新能源車 電池材料 動力電池 儲鋰容量