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理想负极材料!包括宁德时代、亿纬锂能、国轩高科等都已布局硅基负极技术

刘英丽 2024-10-22 10:57 · 头闻号储能技术

硅基负极材料正在加速商业化应用。10月中旬,辉能科技在2024年巴黎车展上展出“100%硅负极”电池系统。根据德国莱茵实验室的数据,该电池系统在5分钟内可将电量从5%充至60%,8.5分钟充至80%。该电池能量密度达到321Wh/kg,预计年底最高可提升至355 Wh/kg。

硅基被业内认为是下一代理想的负极材料。据了解,目前包括宁德时代、亿纬锂能、国轩高科、欣旺达、蜂巢能源、力神电池、比克动力等在内的众多电池厂商,以及贝特瑞、杉杉科技、璞泰来、中科电气、翔丰华、尚太科技、道氏技术、天诺新能源、杰瑞股份、石大胜华等材料企业,都已布局硅基负极技术。

车企方面,上汽智己发布了全球首款搭载“掺硅补锂”电池的定型车;广汽埃安发布了搭载海绵硅负极电池、续航1000公里的车型;奔驰计划将于2024年底推出采用负极硅基锂电池的EQG车型,2025年推出G-Class车型,采用新一代高能量密度电池,通过使用硅基负极,能量密度比石墨负极电池高20%-40%。

值得注意的是,近期有报道称特斯拉正设计、研发四种采用干法工艺的4680电池版本,并计划在2026年推出。其中代号NC30的电池将引入硅碳负极,预计用于Cybertruck电动卡车以及未来一款全电动轿车;代号NC50的电池同样引入硅碳负极,专注于Roadster等特斯拉性能跑车。

随着动力电池、消费电池及海外市场驱动,业内机构预测,到2027年全球硅基负极材料需求量或达113.5万吨,市场规模将达579亿元,年复合增长率(CAGR)达到62.95%。业界共识,硅基负极是未来最有可能大规模应用的新型负极材料,其应用正在成为电池性能差异化的必争之地。

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材料企业纷纷发力

硅基负极主要可以分为硅氧和硅碳两种技术路线,目前两种技术都存在各自的市场。据业内人士分析,硅氧负极未来主要朝着低成本发展,原料来源广泛、价格便宜,未来将主要应用于电动工具和动力电池;新型硅碳在解决完动力电池要求的基本性能后,价格会逐渐下降,在3C和动力电池内广泛应用,长期来看硅碳市场会大一些。

作为国内最早量产硅基负极材料的企业之一,贝特瑞的硅基负极产品已应用在消费领域。贝特瑞的硅碳负极材料已经开发至第五代产品,比容量2000mAh/g以上;硅氧负极材料已完成多款氧化亚硅产品的技术开发和量产工作,比容量达到1500mAh/g以上。

据了解,贝特瑞去年硅基负极出货量超3000吨,目前拥有硅基负极产能5000吨/年。该公司表示,新建的硅基负极1.5万吨产能未来将根据市场需求逐步释放产能。从行业发展及市场需求来看,该公司预计2025年硅基负极产品会逐步起量。

杉杉股份作为负极材料领域龙头企业,自2009年就开始进行硅基负极的研发,目前已实现产品批量供应,持续获得海内外客户认可。杉杉宁波4万吨硅基一体化项目预计2024年下半年投试产。“新一代硅碳产品在头部客户测试中保持领先,相关核心技术已获得美国、日本的专利授权。”该公司称。

电池中国还了解到,璞泰来的新一代纳米硅碳产品已完成技术定型,CVD沉积技术和硅碳复合技术能有效满足未来负极材料长循环、低膨胀的性能需求。该公司于2023年7月设立安徽紫宸,启动年产1.2万吨硅基负极材料(单体)的项目建设,计划从2025年开始将分期投产。

此外,翔丰华透露,该公司开发的硅碳负极材料产品处于客户测试阶段,已具备产业化条件。中科电气表示,该公司的硅基负极目前已建设完成中试产线,且有产品向客户送样测试并获得认可。尚太科技也表示,硅碳负极材料是该公司今年重点研发方向之一,已经组建了成熟的技术团队,并构建相应中试生产线。

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打开市场空间

“硅基负极是当前负极材料中最具确定性的一条技术路线。”业内人士指出,硅基是目前已知比容量最高的锂离子电池负极材料,且原料来源广泛、价格低廉。正极材料从磷酸铁锂到三元高镍化,已经有了突破;相对应的,负极材料的比容量提升将会是这场“军备竞赛”的下一个赛点。

硅负极的理论克容量可高达4200mAh/g,远超目前主流的石墨材料10倍以上。目前宁德时代、亿纬锂能、国轩高科等许多企业研发出的能量密度超过300Wh/kg的电池,正是因为采用了高镍搭配硅负极的材料组合。

“长期以来,硅基负极的技术瓶颈在于降低膨胀、提升循环。”国内某材料厂商表示,硅基负极的研发是提高电池容量的重要方向,原先硅基负极材料面临的膨胀和首效问题近年来逐渐得到解决,硅基负极有望成为行业新品重要的竞争方向,预计将在未来两年开始放量。

当下,全球各大电池厂商正积极抢占新一轮技术高点。东莞证券分析指出,当前麒麟电池、大圆柱电池、快充电池、固态电池等动力电池新技术持续迭代发展,尤其是“高镍三元+硅基负极”为大圆柱电池最适配方案。电池新技术更适配硅基负极,随着电池新技术陆续开启应用放量,将加速打开硅基负极的市场空间。

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