这个材料！动力电池巨头争相布局
来源：电池中国
作者：马云腾
封面/图虫创意
作为高能量密度的“绝佳助攻”，硅碳负极材料有望迎来需求喷发。据外媒近日报道，特斯拉决定进一步提升4680电池产量，相较于去年三季度，该类电池特斯拉的产量已经提升了将近两倍。此前特斯拉设立2023年自产4680电池的产能目标为100G-200GWh。据特斯拉官方信息，4680电池采用高镍正极+硅碳负极材料，能量密度达300Wh/kg。
按照光大证券的预计，2025年特斯拉搭载4680电池的车型销量将超160万辆，占总销量的近50%，装机量预计将达123GWh。在特斯拉销量高企、4680技术不断成熟的背景下，预计2025年全球4680电池装机量预计将达264GWh。
业内机构研究，根据吨/GWh的材料用量，考量特斯拉体系下的4680电池拉动的关键材料需求。其中硅作为负极主材，需求增势最为显著，预计到2030年，特斯拉4680电池对硅碳负极材料的需求将达到约237万吨。
1/宁德/蜂巢/孚能/力神等纷纷布局
硅材料能凭借其高容量特性，极大提升电池的能量密度，硅的理论容量能达到4200mAh/g，远优于当前广泛使用的石墨材料的容量（372mAh/g）。而且，硅基负极在具备较高克容量的同时,也能满足快充所需的倍率性能的要求。
为攀登高能量密度高峰、挑战快充速度，众多主流电池厂商纷纷采用高镍正极搭配硅基负极方案。今年6月，德国某豪华品牌一款车型电池包在中汽研进行了整包安全法规认证测试。该电池包采用的电芯来自蜂巢能源，材料体系为三元高镍+硅负极，电芯能量密度达到260Wh/kg。此前，蜂巢能源发布的纳米网硅负极材料 ,可支持 4C 快充。
作为电池领域的“国家队”，在今年4月的中央企业新能源论坛上，力神电池宣布将推出4695大圆柱电池，采用高镍三元搭配硅碳负极，能量密度高达280Wh/Kg，能够满足1000公里汽车续航；15min快充及10年80万公里的高端新能源汽车应用要求。
麒麟电池为宁德时代当家王牌技术产品，一直备受业内瞩目。今年4月，作为宁德时代麒麟电池的全球量产首发车型，极氪汽车的纯电中大型MPV极氪009车型正式交付。该车型搭载的麒麟电池采用了高镍正极、硅基负极电芯，能量密度可达255Wh/kg，支持5分钟快速热启动及10min充电80％。
全球首家将硅碳复合材料作为电池负极材料并实现商业应用的电池企业，孚能科技曾宣布计划采用高镍正极+硅碳负极材料，打造300-400Wh/kg的产品体系。系统容量覆盖80KWh-150KWh，适用于当前主流车型及续航里程的需求。
据了解，比克电池早在2015年就量产了高镍三元811+含硅负极的18650电芯；公司认为高镍三元正极配合石墨+硅负极的大圆柱电池会成为豪华车标配。在 2020 年底，国轩高科应用硅基负极+预锂化技术的LFP软包电芯单体能量密度达到210Wh/kg，已超过三元NCM523的水平，接近三元NCM622 的能量密度，并于2022年实现产业化。
2/商业化应用开启
“目前硅基负极材料主要应用于圆柱电池。全球硅基负极材料在圆柱电池中已经量产和即将量产的企业，已经有10家以上。”贝特瑞产品中心硅氧产品线总经理庞春雷在由电池中国网举办的“Li+学社(第21期)技术大讲堂”上表示，硅负极材料在圆柱电池里应用比较容易，在软包和方形电池中的应用则相对困难些。
46系列大圆柱电池，将是未来硅基负极材料应用的主要增长点。硅基负极在充放电的过程中膨胀率极高，大圆柱电池的体积较大，为硅的膨胀预留了一定的空间，减少了膨胀所带来的影响；大圆柱电池表面为弧形，硅基负极在膨胀时多个方向可以分摊膨胀压力，因此对于硅基负极的膨胀容忍度更高。
天风证券指出，目前主流的动力电池包已能支持2C充电倍率，往上提升类似木桶效应，短板在负极，负极析锂问题还待解决。由于硅的析锂风险小，且相较于碳所能接受的0.1V电压，硅可忍受0.4V，采用硅负极成为解决负极短板的方法之一。
在材料供应商方面，目前不少企业也都在积极布局硅基负极。胜华新材近日在互动平台表示，公司现有硅基负极产品为高首效型硅氧碳负极材料，可以应用于4680高能量密度电池和3C电池中。
据庞春雷透露，目前贝特瑞的硅基负极材料年产能有几千吨，去年公司又规划投资50亿元，将要建设年产4万吨的硅基负极产线，预计今年年底将建成投产1.5万吨产能。到2028年，公司将拥有约5万吨/年的硅基产能。
5月30日，璞泰来公告，拟投资22亿元用于建设硅基负极研发生产基地，规划产能1.2万吨。今年5月中科电气在业绩说明会上表示，公司硅基类负极材料目前已建设完成中试产线，并有产品向客户进行送样测试。公司快充类负极产品已成功在客户端得到批量应用，在产品的性能及性价比上得到了市场的较好回馈，并成为公司主要产品之一。
除此之外，今年3月，宁波杉杉4万吨硅基负极材料项目开工，预计将于2024年初投产。今年2月，科创新材公告，公司拟投资建设年产6000吨新能源电池材料用碳化硅复合材料生产线。该项目总投资1.3亿元。
业内人士表示，近年来，经过产业链头部企业持续多年的研发投入，长期困扰硅碳负极的膨胀问题和硅氧负极的低首效问题有望得到控制；同时，配套硅基负极产业化的工艺技术和设备也逐步趋于成熟，硅基负极的商业化应用有望逐步开启。
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