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硅基负极:下一代锂电负极材料
188体育软件 栏目:鸿泰快讯
发布时间:2022-09-27 11:29:39 来源:188体育软件 作者:188体育软件下载

  碳基材料包括天然石墨负极、人造石墨负极、中间相碳微球(MCMB) 、软碳(如焦炭) 负极、硬碳负极、碳纳米管、石墨烯、碳纤维等。

  非碳基材料主要分为硅基及其复合材料、氮化物负极、锡基材料、钛酸锂、合金材料等。

  目前,以人造石墨为代表的碳基材料是锂离子电池负极的主要使用材料,石墨类负极材料占据负极材料95%的市场份额。

  现阶段商业化石墨负极材料已经接近其理论比容量极限(372mAh/g),为进一步提升电池能量密度,寻找更高比容量负极材料成为产业研究重点。

  硅基负极的原材料主要由硅材料和石墨构成。硅在常温下与锂合金化,理论比容量高达4200mAh/g,是目前石墨类负极材料的十倍以上。

  硅基负极优势明显,不存在析锂隐患,安全性好于石墨类负极材料,且储量丰富,成本低廉。能从各个方向提供锂离子嵌入和脱出的通道,快充性能优异,是最具潜力的下一代锂电池负极材料。

  但硅基负极在嵌锂过程中体积膨胀严重、材料导电性差、首效和循环性能等问题制约了其商业化应用。

  由于硅基材料的固有缺陷,材料层面需纳米化、碳包覆等综合处理,工艺复杂,目前行业仅少数企业掌握,且各家工艺均不同,目前没有标准化工艺。

  根据掺硅比重的不同,硅基负极理论价格区间在 7-17 万元之间,未来随着规模效应和技术降本,长期价格将会下降。

  因此人造石墨在未来仍会是主流负极材料,但硅基负极也将拥有稳定的客户群体。

  90年代开始研发硅材料应用于锂电池负极,直至2013、2014年才分别实现硅碳负极、硅氧负极的产业化,真正产业化历程相对较短。

  硅碳负极材料是将纳米硅与基体材料通过造粒工艺形成前驱体,然后经表面处理、烧结、粉碎、筛分、除磁等工序制备而成。

  目前商业化应用容量在450mAh/g以下,成本较低,虽然首效相对较高,但循环寿命较差,主要用于3C数码领域。

  硅氧负极材料将纯硅和二氧化硅合成一氧化硅,形成硅氧负极材料前驱体,然后经粉碎、分级、表面处理、烧结、筛分、除磁等工序制备而成。

  目前商业化应用容量主要在450-500mAh/g,成本较高,虽然首效相对较低,但循环性能相对较好,主要用于动力电池领域,特斯拉即使用硅氧负极掺混人造石墨方式应用。

  硅基负极应用中,国际材料厂商领先。其中日韩电池厂率先实现应用,国内厂商跟进。

  硅基负极在日本起步较早,该材料在日本已经得到批量使用,日本松下公司应用最为领先,其发布的NCR18650C型电池的容量高达4000mAh/g,并于2013年量产,已批量应用于动力电池,供应特斯拉。此外韩国GS公司、日立化成、信越化学、三菱化学、昭和电工均已实现硅碳负极的量产。

  三星、LG化学硅基负极目前主要应用于消费电池领域,动力电池在未来1-2年有望导入。

  国内硅基渗透率仍较低,2021 年出货量 仅为 1.1 万吨,渗透率不足 2%。

  从产能规划看,行业多数企业在积极布局负极及石墨化产能的同时,也持续加大硅基负极研发力度。

  国内研发或生产硅基负极的企业主要有:负极企业如杉杉股份、璞泰来、凯金能源等;校企合作的团队如天目先导、新安股份等;跨界进入负极领域的企业如国轩高科(电池企业)、石大胜华(电解液企业)、硅宝科技(化工材料企业)等。

  特斯拉通过在人造石墨中加入硅基材料,已在部分车型上采用硅碳负极作为动力电池新材料。

  随着新能源车快速发展,快充技术发展和续航里程焦虑,以及未来特斯拉大圆柱电池放量,有望带动硅基负极在动力市场需求快速上量。

  此外,硅基负极也有望在 2023 年后应 用在其他动力电池尤其是高镍领域,加上消费电池渗透率提升所带的增量, 机构预计2025年全球硅基负极市场空间或将达 300 亿元。

  国内厂商中宁德时代、力神、国轩高科、比亚迪、比克动力等电池企业正在加快硅基负极电池的研发和试生产。其中承接国家科技部300wh/kg高能量密度重大科技专项的宁德时代、力神、国轩高科均已通过项目中期验收。

  国内厂商中贝特瑞硅基负极性能最为领先,已进入松下供应链,为特斯拉的动力电池配套,领先同行。

  杉杉股份、硅宝科技、正拓能源等公司的相关材料也已实现小批量供货。除此之外,江西紫宸、星城石墨、斯诺等也都在积极推进硅碳负极的产业化,各自也有产品。

  在应用端,松下、三星、宁德时代等电池厂已经部分采用贝特瑞或杉杉股份等相关产品,在车型方面,硅基负极在特斯拉汽车等部分车型的应用已经落地,硅基负极有望随配套车型的放量实现较好销量。

  在电池端,未来随着4680大圆柱电池量产,带动国内企业跟进布局,叠加锂电池下游持续景气,将打开硅基负极市场空间。

  整车端方面,未来两年是整车厂品牌向上的最佳时间窗口,高端车型有望密集推出,带动快充等补能需求的提升,硅碳材料高比容量优势逐渐凸显。乐晴智库精选