隨著動(dòng)力電池技術(shù)的革新，傳統(tǒng)的電池材料已經(jīng)逐漸不能滿足電池成本降低和能量密度提高的需要，硅基負(fù)極等新材料的應(yīng)用正在加速推進(jìn)。

從比容量的角度來看，硅基負(fù)極材料的理論值可以達(dá)到4200mAh/g，是石墨材料的10倍以上。對(duì)動(dòng)力電池，特別是4680圓柱形電池的需求不斷上升，逐漸打開了硅基負(fù)極的市場(chǎng)空間。

 

硅基陽極材料的定義

硅基負(fù)極的原材料主要是由硅材料和石墨組成。硅在室溫下與鋰合金化，其理論比容量高達(dá)4200mAh/g，是目前石墨基負(fù)極材料的10倍以上。硅基負(fù)極材料的制備方法很多，目前主要包括化學(xué)氣相沉積法、機(jī)械球磨法、溶膠凝膠法、高溫?zé)峤夥ǖ取?/p>

 

 

硅碳和硅氧是未來的主流技術(shù)

硅基陽極有三種技術(shù)路線：硅氧陽極、硅碳陽極和硅基合金陽極。其中，硅碳陽極和硅氧陽極可能是未來的主流技術(shù)。硅碳陽極是由納米硅與石墨材料混合而成，而硅氧陽極是由氧化硅和石墨材料組成。硅基材料作為復(fù)合材料中的活性材料，提供容量，其他材料作為載體，緩沖體積膨脹。

硅基陽極材料采用涂層結(jié)構(gòu)，最外層涂有碳。碳材料的涂層可以提高陽極材料的導(dǎo)電性，并且會(huì)在碳材料的表面形成SEI膜，可以抑制電解液對(duì)陽極的侵蝕，從而提高其循環(huán)性能。

 

 

硅氧具有更好的循環(huán)性能和速率性能，在動(dòng)力電池領(lǐng)域率先得到應(yīng)用。硅碳負(fù)極具有更高的克容量和第一效率，主要用于消費(fèi)電子和電動(dòng)工具。目前，硅陽極正處于產(chǎn)品迭代期。其中，硅碳主要用于提高循環(huán)性能和容量，硅氧負(fù)極主要用于提高首效，兩者的實(shí)現(xiàn)路徑不同。

 

硅基正極材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r

● 出貨量

近年來，我國(guó)硅基負(fù)極材料不斷發(fā)展，硅基負(fù)極市場(chǎng)快速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)未來幾年出貨量將大幅增加。2022年，硅基負(fù)極材料的出貨量達(dá)到1.7萬噸，同比增長(zhǎng)60.4%，隨著特斯拉4680電池的量產(chǎn)，以及大型圓柱形電池的普及和應(yīng)用，未來將繼續(xù)增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2025年將達(dá)到15萬噸。

 

 

● 滲透率

硅基負(fù)極可以有效提高電池的比容量，但由于體積膨脹和導(dǎo)電性差的負(fù)面影響，其商業(yè)應(yīng)用受到限制。目前，硅基負(fù)極材料仍處于商業(yè)應(yīng)用的早期階段，2022年的滲透率僅為1.53%。未來隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，滲透率將不斷提高。

● 市場(chǎng)空間

隨著消費(fèi)電池和動(dòng)力電池的不斷發(fā)展，硅基負(fù)極材料的市場(chǎng)空間也將持續(xù)增長(zhǎng)。全球硅基負(fù)極材料主要由三部分組成：

● 隨著2023年特斯拉4680大圓柱體的量產(chǎn)，硅基負(fù)極市場(chǎng)將迎來爆發(fā)式增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)2025年，由特斯拉4680帶動(dòng)的硅基負(fù)極市場(chǎng)空間將達(dá)到183.7億元人民幣；

● 預(yù)計(jì)2023年以后，硅基正極將逐步應(yīng)用于特斯拉以外的動(dòng)力電池市場(chǎng)，2025年特斯拉以外的動(dòng)力用硅基正極市場(chǎng)空間將達(dá)到67.7億元；

傳統(tǒng)的消費(fèi)用硅基陽極將保持穩(wěn)定發(fā)展，滲透率將逐年提高。預(yù)計(jì)2025年消費(fèi)用硅基陽極的市場(chǎng)空間將達(dá)到46.1億元。預(yù)計(jì)2025年全球硅基負(fù)極材料的整體市場(chǎng)空間將達(dá)到297.5億元人民幣。

 

硅基正極材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景

● 新能源汽車帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展

新能源汽車普及率提高，全球電動(dòng)汽車銷量擴(kuò)大，對(duì)應(yīng)下游客戶需求增加。企業(yè)加快了產(chǎn)能的配置，提高了綜合產(chǎn)能的利用率，實(shí)現(xiàn)了規(guī)模效益。

公司鋰離子電池材料的銷售量和銷售額同比大幅增長(zhǎng)。目前，鋰離子電池負(fù)極材料可分為人造石墨、天然石墨，以及一些新材料，如硅碳、中碳微球、鈦酸鋰等。

 

 

作為理想的下一代負(fù)極材料，硅基負(fù)極材料的比容量明顯大于其他負(fù)極材料，可以滿足下游對(duì)高能量密度的需求。此外，隨著4680大型圓柱形電池的量產(chǎn)和主流電池廠的跟進(jìn)，預(yù)計(jì)硅基負(fù)極將很快迎來爆發(fā)。

 

●碳中和戰(zhàn)略利于產(chǎn)業(yè)發(fā)展

在碳中和和高油價(jià)的背景下，硅基材料因其良好的性能，有望取代部分碳基材料。推動(dòng)以化石能源為代表的 “碳基時(shí)代 “向以新能源、新材料為代表的 “硅基時(shí)代 “轉(zhuǎn)型升級(jí)。

硅基負(fù)極的優(yōu)勢(shì)明顯，不存在鋰析出的隱患，安全性優(yōu)于石墨基負(fù)極材料，且儲(chǔ)量豐富、成本低廉。它可以從各個(gè)方向?yàn)殇囯x子的插值和提取提供通道，并具有優(yōu)良的快速充電性能。是最具潛力的下一代鋰電池正極材料。

● 企業(yè)跟進(jìn)布局，開拓市場(chǎng)

在電池方面，未來隨著4680大型圓柱形電池的量產(chǎn)，將帶動(dòng)中國(guó)企業(yè)跟進(jìn)布局，鋰電池下游的持續(xù)繁榮將為硅基負(fù)極打開市場(chǎng)空間。