中國(guó)粉體網(wǎng)訊 全球頭號(hào)新能源汽車(chē)公司特斯拉2020年9月發(fā)布4680電池，能量密度300Wh/kg，電池容量較2170電池提高5.48倍。2022年，特斯拉宣布在1月份已生產(chǎn)出第100萬(wàn)塊4680電池，同時(shí)一季度德州工廠將交付首批搭載4680電池的ModelY。
特斯拉4680電池采用的負(fù)極便是硅基負(fù)極。
一、為什么放棄石墨負(fù)極？
石墨負(fù)極材料目前實(shí)際比容量360-365mAh/g，已接近理論比容量372mAh/g。
鋰離子電池四大關(guān)鍵原材料分別是正極材料、負(fù)極材料、隔膜與電解液。
正極材料突破較早，已從早期鈷酸鋰、錳酸鋰材料升級(jí)為磷酸鐵鋰材料和三元材料，而負(fù)極材料升級(jí)緩慢，一直以石墨為主，2020年石墨類(lèi)負(fù)極材料出貨量占負(fù)極材料97%市場(chǎng)份額。
存在的問(wèn)題是，石墨負(fù)極材料目前實(shí)際比容量360-365mAh/g，已接近理論比容量372mAh/g，因此改善石墨材料性能對(duì)鋰離子電池性能提升作用不大。
二、為什么是硅基負(fù)極？
單質(zhì)硅負(fù)極理論比容量4200mAh/g，是石墨負(fù)極材料理論比容量372mAh/g的11.29倍，硅氧化、納米化、復(fù)合化、多孔化、合金化、預(yù)鋰化等改性技術(shù)。
被認(rèn)為具有前途的下一代負(fù)極材料是硅基負(fù)極，硅基負(fù)極制備方法較石墨負(fù)極材料更復(fù)雜，各廠商尚未形成標(biāo)準(zhǔn)制備方法。
單質(zhì)硅負(fù)極理論比容量4200mAh/g，是石墨負(fù)極材料理論比容量372mAh/g的11.29倍，但純硅負(fù)極在充放電過(guò)程容易體積膨脹且導(dǎo)電性不佳。目前有硅氧化、納米化、復(fù)合化、多孔化、合金化、預(yù)鋰化等改性技術(shù)，硅氧化、復(fù)合化兩種技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程較快。
氧化硅技術(shù)路線(xiàn)多用氧化亞硅，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)極均有所布局。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。
復(fù)合化技術(shù)路線(xiàn)多采用硅碳復(fù)合材料，是目前產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展最快、也是最為常用改性方法。硅材料比容量高，碳材料穩(wěn)定性好、體積變化小、導(dǎo)電性?xún)?yōu)異，二者結(jié)合形成的硅碳負(fù)極可有效提升鋰離子電池負(fù)極比容量，也可改善電極導(dǎo)電性能。
目前商業(yè)化硅碳負(fù)極中摻硅量一般不超過(guò)10%，比容量400-700mAh/g。2021年4月廣汽集團(tuán)首發(fā)的海綿硅負(fù)極片電池技術(shù)，特斯拉2021年11月收購(gòu)SiILion公司，其持有的硅負(fù)極專(zhuān)利均為硅與碳材料復(fù)合形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
軟包電池采用正極材料NCM811和搭配比容量450/550/800mAh/g硅碳負(fù)極材料，較搭配360mAh/g石墨負(fù)極提升全電池能量密度280Wh/kg至295/310/330Wh/kg。
目前硅碳負(fù)極商業(yè)化應(yīng)用集中在對(duì)成本敏感度相對(duì)不高的消費(fèi)電子、電動(dòng)工具領(lǐng)域，在動(dòng)力電池領(lǐng)域滲透率相對(duì)較低。據(jù)GGII統(tǒng)計(jì)，2020年中國(guó)硅碳負(fù)極出貨量0.6萬(wàn)噸，占鋰電池負(fù)極材料比例2%。
特斯拉4680電池、寧德時(shí)代265kWh/kgNCM三元電池、國(guó)軒高科210Wh/kgLFP電芯、廣汽集團(tuán)海綿硅電池包均使用了硅碳負(fù)極技術(shù)。
三、參與公司與進(jìn)程？
貝特瑞硅基負(fù)極已突破至第三代產(chǎn)品，正研發(fā)第四代
貝特瑞是中國(guó)最早量產(chǎn)硅基負(fù)極材料的企業(yè)，硅基負(fù)極以硅氧負(fù)極材料、硅基負(fù)極材料為主，還包括少量軟碳、硬碳等新型負(fù)極材料。
目前擁有3000噸/年硅基負(fù)極材料產(chǎn)能，產(chǎn)品已供應(yīng)核心客戶(hù)，可用于生產(chǎn)動(dòng)力電池與消費(fèi)電池。它的硅基負(fù)極材料已突破至第三代產(chǎn)品，提升比容量650mAh/g至1500mAh/g，更高比容量的第四代硅碳產(chǎn)品正在開(kāi)發(fā)。
貝特瑞2021年?duì)I業(yè)總收入105.96億元，同比增長(zhǎng)138.02%；凈利潤(rùn)14.21億元，同比增長(zhǎng)187.46%；扣非凈利潤(rùn)預(yù)計(jì)11億元，同比增長(zhǎng)232.19%。
杉杉股份路線(xiàn)是氧化亞硅，出貨量千噸級(jí)別，動(dòng)力電池通過(guò)多辦評(píng)測(cè)
杉杉股份主營(yíng)鋰離子電池正極材料、負(fù)極材料和電解液、LCD偏光片，其研制的硅基負(fù)極以氧化亞硅為主，2021年硅氧負(fù)極出貨量千噸級(jí)別，已在消費(fèi)類(lèi)市場(chǎng)批量應(yīng)用，在動(dòng)力電池應(yīng)用領(lǐng)域通過(guò)多輪評(píng)測(cè)。
掌握硅基負(fù)極材料前驅(qū)體批量化合成核心技術(shù)，制成材料已通過(guò)下游核心客戶(hù)測(cè)試；預(yù)鋰化硅材料嵌入均勻性技術(shù)瓶頸已突破，目前處于海外主流客戶(hù)測(cè)試第一梯隊(duì)。另外，公司也在推進(jìn)納米硅研發(fā)。
杉杉股份2021年業(yè)績(jī)預(yù)增公告，預(yù)計(jì)凈利潤(rùn)31億元至33.9億元，同比增長(zhǎng)2146%至2356%。
璞泰來(lái)與中科院合作完成第二代，建成溧陽(yáng)中試線(xiàn)
璞泰來(lái)主營(yíng)負(fù)極材料及石墨化加工、隔膜及涂覆加工。
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(chē)間2019年投入使用，已完成第二代產(chǎn)品研發(fā)，產(chǎn)品已送樣下游客戶(hù)進(jìn)行測(cè)試和認(rèn)證。另外，在溧陽(yáng)已建成硅負(fù)極材料中試線(xiàn)。
璞泰來(lái)?yè)碛蠧VD包覆、硅氧合成、納米硅研磨、噴霧造粒等核心設(shè)備，支持對(duì)氧化亞硅、納米硅碳產(chǎn)品研究開(kāi)發(fā)。
2020年?duì)I業(yè)收入52.81億元，凈利潤(rùn)6.68億元；2021上半年收入39.23億元，同比上升107.82%；凈利潤(rùn)7.75億元，同比上升293.93%；扣非凈利潤(rùn)7.16億元，同比上升308.4%。
石大勝華規(guī)劃2萬(wàn)噸產(chǎn)能，產(chǎn)品包括普通型SiOx-C負(fù)極及高首效型SiOx-C負(fù)極
石大勝華是電解液溶劑及鋰鹽六氟磷酸鋰供應(yīng)商。
硅基負(fù)極材料產(chǎn)品包括普通型SiOx-C負(fù)極以及高首效型SiOx-C負(fù)極，已送樣下游客戶(hù)測(cè)試。
2021年11月，石大勝華1000噸/年硅基負(fù)極材料生產(chǎn)設(shè)施已安裝完畢并通過(guò)竣工驗(yàn)收，進(jìn)入試生產(chǎn)階段，12月子公司勝華新能源規(guī)劃2萬(wàn)噸/年硅基負(fù)極產(chǎn)能，建設(shè)期24個(gè)月，預(yù)計(jì)2023年12月份建成投產(chǎn)。
石大勝華2021年預(yù)計(jì)凈利潤(rùn)11.7億元到12.5億元，同比增加350.36%到381.15%，扣非凈利潤(rùn)11.64億元到12.44萬(wàn)元，同比增加360.42%到392.06%。
硅寶科技建成50噸中試生產(chǎn)線(xiàn)，在建設(shè)1萬(wàn)噸產(chǎn)線(xiàn)，30個(gè)月內(nèi)投產(chǎn)
硅寶科技主營(yíng)有機(jī)硅新材料。2015年進(jìn)入鋰電池包市場(chǎng)，2016年與中國(guó)科學(xué)院共同開(kāi)發(fā)硅基負(fù)極材料，2019年建成50噸/年硅碳負(fù)極中試生產(chǎn)線(xiàn)，項(xiàng)目通過(guò)四川省經(jīng)濟(jì)和信息化廳成果鑒定，鑒定結(jié)論為國(guó)際先進(jìn)水平。
2021年11月，建設(shè)1萬(wàn)噸/年鋰電池用硅基負(fù)極材料產(chǎn)線(xiàn)，預(yù)計(jì)一期工程30個(gè)月內(nèi)投產(chǎn)，二期工程于一期建成后12個(gè)月內(nèi)投產(chǎn)。
硅寶科技2021年預(yù)告凈利潤(rùn)2.52億元至2.92億元，同比增長(zhǎng)25%至45%；扣非凈利潤(rùn)2.34億元至2.74億元，同比增長(zhǎng)26%至48%。
翔豐華處于中試階段，已具備產(chǎn)業(yè)化條件
翔豐華是鋰電負(fù)極材料供應(yīng)商。硅碳負(fù)極材料產(chǎn)品處于中試階段，已具備產(chǎn)業(yè)化條件。
翔豐華2021年收入11.18億元，同比上升168.78%；凈利潤(rùn)9983.94萬(wàn)元，同比上升119.65%；扣非凈利潤(rùn)1.03億元，同比上升206.95%。
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/文正）
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