硅碳負(fù)極材料革新及其未來潛力

日期：2017-12-18 點擊次數(shù)：1897

硅碳負(fù)極材料革新及其未來潛力

2017-12-18 石墨盟

特斯拉作為一款風(fēng)靡全球的純電動汽車生產(chǎn)商，其對于動力電池和關(guān)鍵材料的開發(fā)及應(yīng)用，也一直備受市場關(guān)注。在特斯拉Model 3上市的同步，也有媒體披露特斯拉采用了電池新材料，“特斯拉采用的松下18650電池此次在傳統(tǒng)石墨負(fù)極材料中加入了10%的硅，其能量密度至少在550mAh/g以上”。也就是特斯拉，已經(jīng)開始使用硅碳負(fù)極！

硅碳負(fù)極是什么，值得我們重點研究一下！另外，先入為主的說明一下受益標(biāo)的：重點推薦杉杉股份，其他關(guān)注國軒高科、中國寶安（貝特瑞）、中科電氣（星城石墨）等。

1.為什么要用硅碳負(fù)極

眾所周知，不斷的提高電池能量密度，是鋰電產(chǎn)業(yè)技術(shù)研革所孜孜不倦的方向。在當(dāng)前的鋰電材料體系中，負(fù)極材料多為采用石墨材料（以人造石墨和天然石墨為主），在電池理論設(shè)計過程中，基本上已經(jīng)非常充分發(fā)揮了其可實現(xiàn)的能量密度，所當(dāng)前的石墨負(fù)極材料在提升電池能量密度方面已經(jīng)遇到明顯的瓶頸。

與石墨負(fù)極材料相比，硅基負(fù)極材料的能量密度優(yōu)勢明顯。石墨的理論能量密度是372 mAh/g，而硅負(fù)極的理論能量密度超其10倍，高達(dá)4200mAh/g。所以硅碳負(fù)極的應(yīng)用，可以提升電池中活性物質(zhì)含量，所以能大大提升單體電芯的容量，這也是硅碳負(fù)極材料越來越多被鋰電領(lǐng)域所關(guān)注的重要原因。

2.什么是硅碳負(fù)極

由于硅是半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)材料，為了提供鋰離子在硅電極材料中的擴散速度，就需要提高硅材料的導(dǎo)電性能，目前產(chǎn)業(yè)中所選擇的就是成熟的碳材料。利用不同形態(tài)的碳材料來復(fù)合硅進(jìn)行改性處理，使其構(gòu)成均勻的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成導(dǎo)電性好、附著性好、化學(xué)穩(wěn)定性高的硅碳負(fù)極材料。

3.硅碳負(fù)極為什么還沒實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用

硅碳負(fù)極材料是一種使用起來非常困難的材料。1）、在充放電過程中會引起硅體積膨脹100%~300%，而石墨材料只有10%左右，所以硅碳負(fù)極的膨脹收縮會導(dǎo)致負(fù)極材料的粉末化，從而嚴(yán)重影響電池使用壽命；2）、硅為半導(dǎo)體，導(dǎo)電性比石墨差很多，導(dǎo)致鋰離子脫嵌過程中不可逆程度大，從而降低了其首次庫倫效率，也就是說會過多電解液和Li+源，其直接效應(yīng)也是使電池循環(huán)壽命變差。所以硅碳負(fù)極的開發(fā)和應(yīng)用需要較高的技術(shù)壁壘。

4.硅碳負(fù)極的開發(fā)和應(yīng)用，海外已初步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化

日本松下2012年發(fā)布的*新NCR18650C型號電池，容量高達(dá)4000mah，并于2013年實現(xiàn)量產(chǎn)。當(dāng)前國內(nèi)主流的18650圓柱電池容量主要在2800mah以內(nèi)（大部分為2600mah及以下，國內(nèi)只有部分企業(yè)實現(xiàn)2800mah的18650電池的量產(chǎn)），但是松下之所以能夠做到4000mah，主要是其在負(fù)極中使用了硅的混合材料。據(jù)松下介紹，該NCR18650C型號電池可以在循環(huán)500次以后，依然保持80%以上的電池儲電能力。

特斯拉加速硅碳負(fù)極在車用動力電池領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用。在特斯拉向市場發(fā)布*新車型Model 3的同時，行業(yè)媒體也同期披露，特斯拉將在Model 3中采用了電池新材料，“特斯拉采用的松下18650電池此次在傳統(tǒng)石墨負(fù)極材料中加入了10%的硅，其能量密度至少在550mAh/g以上”。

5.硅碳負(fù)極的開發(fā)和應(yīng)用-國內(nèi)也已經(jīng)開始早期的探索

貝特瑞憑借在負(fù)極材料領(lǐng)域技術(shù)**地位，其硅碳負(fù)極的研發(fā)和生產(chǎn)一直處于國內(nèi)**水平。公司硅碳負(fù)極材料在2013年通過三星認(rèn)證之后，2014年~2016年產(chǎn)量處于攀升階段，其產(chǎn)品市場認(rèn)可度也在逐步提升。

如前文所述，硅碳負(fù)極由于需要對電池負(fù)極材料、碳材料等有深入的研究，而國內(nèi)負(fù)極材料市場集中度非常高，所以行業(yè)中存在的產(chǎn)業(yè)化壁壘、技術(shù)壁壘等，使得國內(nèi)具備硅碳負(fù)極生產(chǎn)能力、應(yīng)用能力的企業(yè)屈指可數(shù)。當(dāng)然，目前已有部分企業(yè)涉足到硅碳負(fù)極相關(guān)的研發(fā)。

此外，非上市企業(yè)中，江西紫宸、湖北創(chuàng)亞等負(fù)極材料生產(chǎn)企業(yè)硅碳負(fù)極的研發(fā)和生產(chǎn)在國內(nèi)處于**地位；電池企業(yè)方面，ATL/CATL、天津力神、萬向A123、微宏動力等企業(yè)也已經(jīng)就硅碳負(fù)極應(yīng)用進(jìn)行了數(shù)年的研發(fā)。

6.硅碳負(fù)極市場空間預(yù)測

目前，行業(yè)中硅碳負(fù)極尚未形成廣泛推廣的成熟方案，主流的電池生產(chǎn)企業(yè)對于硅碳負(fù)極的使用，也主要是以摻雜到石墨負(fù)極材料中使用，各個企業(yè)摻雜的比例也存在一定差異。參考當(dāng)前硅碳負(fù)極材料市場售價水平，我們按照負(fù)極材料中摻雜10%左右的硅碳負(fù)極，預(yù)測未來3~5年隨著滲透率提升，硅碳負(fù)極可擁有的市場空間大約為50億左右。但需要強調(diào)的是，該市場有較高的技術(shù)門檻，所以行業(yè)集中度將非常高。

7.硅碳負(fù)極相關(guān)受益標(biāo)的

杉杉股份

杉杉股份負(fù)極材料子公司上海杉杉科技，是國內(nèi)規(guī)模*大技術(shù)*強的人造石墨生產(chǎn)商，同時在全球也處于**地位。2016年實現(xiàn)超過2萬噸的負(fù)極材料銷售規(guī)模，其中人造石墨材料近一半應(yīng)用于動力電池領(lǐng)域。眾所周知，當(dāng)前動力鋰電池對快速充放電性能的要求，使得人造石墨在動力電池領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，這對于杉杉股份銷量規(guī)模的攀升和技術(shù)迭代有非常直接的推動作用。

根據(jù)杉杉股份官方媒體介紹，杉杉股份硅碳負(fù)極研發(fā)始于2009年，目前已經(jīng)具備每月噸級的出貨規(guī)模。參照公司建設(shè)規(guī)劃，公司2017年有望完成4000噸/年的硅碳負(fù)極生產(chǎn)規(guī)模。

當(dāng)前杉杉股份負(fù)極材料業(yè)務(wù)在上市公司利潤占比已超過20%，且具有**競爭力，所以隨著公司負(fù)極材料業(yè)務(wù)的發(fā)展，將為杉杉股份帶來顯著的邊際貢獻(xiàn)。

國軒高科

國軒高科作為國內(nèi)具有強大影響力的從事于鋰電動力電池制造的上市公司，公司一直持之以恒的加強對技術(shù)的投入。自上市以來，國軒高科的研發(fā)人員配置和投資金額繼續(xù)保持快速增長態(tài)勢。國家對于動力電池包能量密度要求，使國軒高科加快了pack輕量、高容量三元動力電池開發(fā)和應(yīng)用等的研發(fā)。持續(xù)不斷的技術(shù)進(jìn)步是國軒高科保持市場競爭力的核心驅(qū)動力。

與此同時，國軒高科近期啟動了上市以來首次融資方案，36億的總?cè)谫Y規(guī)模中，將投入5億元用于高鎳三元材料和硅碳負(fù)極的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。新技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用落地，對于企業(yè)經(jīng)營效率和競爭力提升，將會產(chǎn)生顯著效用。

貝特瑞

據(jù)公開信息，深圳貝特瑞在2014年通過了三星的硅碳負(fù)極材料認(rèn)證，早已具備產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)能力，技術(shù)處于國內(nèi)**地位。

此外，貝特瑞作為國內(nèi)*大的負(fù)極材料生產(chǎn)企業(yè)，現(xiàn)階段負(fù)極材料的產(chǎn)能達(dá)到4萬噸/年，產(chǎn)品包括天然石墨、人造石墨、中間相碳微球、碳酸鋰等負(fù)極產(chǎn)品。在公司強化石墨材料市場影響力的同時，布局磷酸鐵鋰、多元復(fù)合三元材料已經(jīng)NCA正極材料等，公司憑借優(yōu)異的產(chǎn)品品質(zhì)和**的客戶服務(wù)成為三星、松下、LG、天津力神、比亞迪等鋰電池行業(yè)內(nèi)高端客戶的供應(yīng)商。

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