隨著新能源車(chē)的普及，為適應(yīng)更高能量密度的電池需求，硅基負(fù)極材料正步入產(chǎn)業(yè)視野。硅基負(fù)極被看作下一代鋰電池負(fù)極材料，已經(jīng)明顯感受到需求跨過(guò)平臺(tái)期。有業(yè)內(nèi)人士預(yù)計(jì)，即將2022年迎來(lái)爆發(fā)，2023年開(kāi)始放量。隨著更多原材料企業(yè)的加入，硅基負(fù)極材料被列入了工信部重點(diǎn)新材料，將成為國(guó)家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的新能源電池材料之一。
多家企業(yè)入局
被譽(yù)為“北交所明星股”、鋰電負(fù)極材料龍頭的貝特瑞，近日宣布，2022年新春開(kāi)年首筆投資投向了硅基負(fù)極材料項(xiàng)目。最新公告顯示，中國(guó)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(wàn)噸硅基負(fù)極材料項(xiàng)目，項(xiàng)目預(yù)計(jì)總投資50億元。
而隨著硅基負(fù)極材料的“明星”效應(yīng)不斷釋放，多家傳統(tǒng)負(fù)極材料廠都已經(jīng)開(kāi)始入局硅基負(fù)極。據(jù)公告，璞泰來(lái)在江西和江蘇溧陽(yáng)均建設(shè)有硅基負(fù)極中試線，已經(jīng)通過(guò)部分客戶(hù)認(rèn)證;翔豐華硅基負(fù)極已經(jīng)具備產(chǎn)業(yè)化基本條件。動(dòng)力電池廠商國(guó)軒高科也有5000噸/年硅基負(fù)極材料項(xiàng)目正在建設(shè)中。主營(yíng)有機(jī)硅材料的硅寶科技也布局了1萬(wàn)噸/年鋰電池用硅碳負(fù)極材料，材料已通過(guò)數(shù)家電池廠商測(cè)評(píng)并實(shí)現(xiàn)小批量供貨。杰瑞股份全資子公司杰瑞新能源科技有限公司與廈門(mén)嘉矽能源科技有限公司日前簽訂協(xié)議，將投資設(shè)立合資公司，共同推進(jìn)硅碳純品、氧化亞硅純品及硅基復(fù)合負(fù)極材料等產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售。
一批跨界廠商也紛紛入局，其中包括主營(yíng)電解液材料的石大勝華，其一期1000噸硅基負(fù)極已進(jìn)入試生產(chǎn)階段，預(yù)計(jì)今年下半年批量出貨。此外，公司還規(guī)劃了2萬(wàn)噸級(jí)硅基負(fù)極產(chǎn)線，總投資額7.3億元，預(yù)計(jì)將于2023年12月份建成投產(chǎn)。
據(jù)了解，中國(guó)負(fù)極行業(yè)產(chǎn)量在已經(jīng)占據(jù)全球約六成以上市場(chǎng)，貝特瑞、璞泰來(lái)、杉杉股份市場(chǎng)份額占比居前。業(yè)內(nèi)人士表示，當(dāng)前硅基負(fù)極主要應(yīng)用在消費(fèi)電子、電動(dòng)工具等領(lǐng)域，而蘊(yùn)藏更大增量空間的是動(dòng)力電池領(lǐng)域，尤其即將到來(lái)的4680電池將成為改變市場(chǎng)的暖風(fēng)。目前，4680電池已經(jīng)處于大規(guī)模量產(chǎn)前夜。
記者獲悉，特斯拉已在2020年首次發(fā)布4680圓柱電池。這款電池正極采用高鎳三元材料，搭配硅基負(fù)極材料，并具有無(wú)極耳和干電極設(shè)計(jì)，使其相對(duì)于上一代的2170電池續(xù)航里程提升16%、功率輸出提升6倍、能量提升5倍，且成本也將下降14%。特斯拉CEO馬斯克曾直言，這款電池將使2.5萬(wàn)美元的電動(dòng)車(chē)成為可能。
諸多難題破解
公開(kāi)資料顯示，高比容量?jī)?yōu)勢(shì)使得硅基材料被視為理想的下一代負(fù)極材料。硅的比容量高達(dá)4200mAh/g，是碳基材料的10倍以上，是目前已知比容量最高的負(fù)極材料。碳基材料是目前使用最為廣泛的負(fù)極材料，其理論比容量為372mAh/g。
然而，硅基負(fù)極材料也存在硅易體積膨脹、導(dǎo)電性差、首次充放電損耗大等問(wèn)題。由于硅材料在充放電時(shí)體積膨脹可達(dá)120%-300%，導(dǎo)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(duì)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(fù)合材料與硅氧復(fù)合材料作為硅基負(fù)極的主要技術(shù)路線。具體說(shuō)，就是在能量密度和穩(wěn)定性之間尋找平衡，以實(shí)現(xiàn)材料性能的實(shí)際改善。
當(dāng)前的硅基負(fù)極產(chǎn)品是將硅和石墨摻雜起來(lái)復(fù)合使用，以硅顆粒提供儲(chǔ)鋰容量，碳材料緩沖體積變化，同時(shí)兼顧了較高的比容量與較長(zhǎng)的使用壽命。而對(duì)于新能源車(chē)普遍采用的鋰電池負(fù)極材料而言，一般分為碳系負(fù)極和非碳系負(fù)極，其中，硅碳負(fù)極材料相比于石墨負(fù)極材料的比容量大，能極大提高鋰電池的能量密度，被認(rèn)為當(dāng)前性能最好的負(fù)極材料。
然而，新的問(wèn)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(fù)極的壽命與首次充電效率相較于碳基負(fù)極仍有差距。對(duì)此，業(yè)內(nèi)提出了更新的解決方案，一是負(fù)極預(yù)鋰化，即在電池工作前向電池內(nèi)部補(bǔ)充鋰離子，將有效提升首次充電效率與電池壽命;二是改進(jìn)硅基復(fù)合材料，除硅碳(納米硅)路線、硅氧路線外，通過(guò)加入碳納米管、石墨烯等新型導(dǎo)電劑材料，也將提升硅基負(fù)極的壽命與循環(huán)性能。
或迎市場(chǎng)爆發(fā)
在業(yè)內(nèi)看來(lái)，硅基負(fù)極材料即將迎來(lái)市場(chǎng)爆發(fā)。國(guó)內(nèi)主要硅基負(fù)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(shì)，目前已經(jīng)進(jìn)入了松下-特斯拉的供應(yīng)鏈，同時(shí)已量產(chǎn)供貨給韓國(guó)的三星電池，并計(jì)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(shí)，比亞迪、寧德時(shí)代、國(guó)軒高科、貝特瑞、杉杉股份、力神、比克、萬(wàn)向等都展開(kāi)了對(duì)硅碳負(fù)極材料的布局。其中，杉杉股份的高容量硅合金負(fù)極材料已小批量生產(chǎn)，并對(duì)寧德時(shí)代供貨。從產(chǎn)業(yè)來(lái)看，硅碳負(fù)極材料在國(guó)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(jìn)行小批量生產(chǎn)。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年國(guó)內(nèi)的硅碳負(fù)極材料出貨量為0.9萬(wàn)噸，占總負(fù)極材料出貨量的比例約2%。
業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，國(guó)內(nèi)的硅碳負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)化需要一個(gè)整合過(guò)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(guó)內(nèi)負(fù)極材料生產(chǎn)企業(yè)的快速布局，市場(chǎng)的滲透率逐步提升，規(guī)模級(jí)的產(chǎn)業(yè)化將會(huì)加快來(lái)臨，硅碳負(fù)極材料的市場(chǎng)規(guī)模將會(huì)迎來(lái)春天。
評(píng)論