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2020年在国内负极材料出货量中占比仅2% 硅碳负极
发布时间:2021-02-09 21:19    文章作者:电竞竞猜app

  相对于正极材料、隔膜、电解液等三大材料的技术路线“频惹争议”、价格“过山车”、原材料“缺货危机”,长期以来,负极材料在锂电材料中都显得十分低调:技术工艺成熟且厂商较多,国产化程度较高,价格波动幅度不大,产能扩产相对理性。

  进入2021年,负极材料一反常态,成为业内外聚焦点:硅碳负极材料频频被产业链企业及各大机构“点名”。

  1月8日,国轩高科210Wh/kg软包磷酸铁锂电芯正式发布,公司称在磷酸铁锂化学体系中首次成功地应用了硅负极材料。

  1月9日,蔚来汽车正式发布了一款单体能量密度达360Wh/kg的150kWh半固态电池包,包含三大技术创新:原位固化固液电解质、无机预锂化硅碳负极以及纳米级包覆超高镍正极。

  1月13日,上汽智己发布智能纯电轿车、智能纯电SUV两款量产定型车。新车搭载了上汽集团与宁德时代共同开发的“掺硅补锂”技术的电池,该电池的单体能量密度达300Wh/kg。

  1月15日,广汽埃安发布两款全新超级动力电池预告:分别具备“8分钟充电80%”和“1000km续航”的性能,前者为石墨烯基超级快充电池,后者为硅负极电池。

  而在去年特斯拉的电池日上,特斯拉发布的全新4680型电池,也用硅基材料替代了旧款产品中的碳基负极。

  东北证券研报认为,动力电池负极从石墨体系到硅基负极将是未来的升级方向。其解释称,石墨材料的理论克容量为372mAh/g(LiC6结构),目前高端产品可达360-365mAh/g,石墨负极材料已接近理论上限。而硅材料的理论克容量为4200mAh/g(Li22Si5结构),随着动力电池能量密度要求的提高,硅碳负极搭配高镍三元材料的体系成为发展趋势。

  华创证券认为,新型电池商业化仍遥遥无期,对于时下商业化量产最大的锂离子电池进行材料方面的改良是最有效的技术手段。如果将石墨负极换成硅负极,电池容量可以提高大约10倍。而且目前锂硅电池技术已成熟至接近商业化应用。预计未来几年内,锂硅电池将大量应用,大幅提高手机、汽车、智能穿戴设备等的续航能力。

  硅碳负极材料虽被寄予厚望,但电池网发现,其仍处于商业化初期,产能稀缺,价格高企。

  中国宝安(000009)子公司贝特瑞(835185.OC)硅负极材料早已获得国外订单,并成功通过供货松下应用于特斯拉Model 3。

  贝特瑞硅负极项目负责人向电池网透露,“目前公司硅负极材料产能3000吨/年,价格比石墨贵,没起量主要是在EV市场没有大规模用起来。坚定看好硅负极良好的发展前景,未来可期。”

  杉杉股份(600884)硅碳负极材料已建成一条中试产线,但出货占比不高。

  中科电气(300035)在硅基负极材料已进行多年的持续研发投入,对硅碳和硅氧等硅基负极材料技术皆有研究和储备,目前已建设完成中试产线,进行成品试生产。

  硅宝科技(300019)2019年完成了中试放大,并建成产能50吨/年的硅碳负极材料中试生产线,瞄准硅碳负极材料。目前,公司已送样多家电池厂商进行共同开发,将根据与厂商的合作进度放量生产。

  璞泰来(603659)与中科院物理所开展“高能量密度锂离子电池纳米硅碳负极材料”的合作研发,去年公司在接待机构调研时透露,“硅碳中试车间已经做完,中科院物理所建在溧阳紫宸工厂,预计2021年出货1000吨级别,用于消费类电池。”

  翔丰华(300890)去年底在回答投资者提问时表示,公司硅碳负极处于中试阶段,并已具备了产业化基本条件,产品性能指标已达到行业内龙头企业的水平。

  国民技术(300077)近日透露,其子公司斯诺实业硅碳负极研发处于完成中试阶段。

  电池网还了解到,电解液溶剂龙头企业石大胜华(603026)2019年底成立孙公司东营石大胜华创世新材料科技有限公司,投建4000吨/年硅碳负极材料项目。电池网从石大胜华项目负责人处获悉,目前公司在建1000吨硅碳负极材料产能,产房建设接近完工,设备制作基本完成,待进场进行调试。

  除了上市公司,天目先导、壹金新能源等硅基负极材料创新公司也在加快其产能建设。据悉,天目先导锂离子电池硅负极材料目前年产能可以达到2000吨;壹金新能源年产5000吨锂离子电池硅基负极材料项目计划于2021年年底投产。

  SMM数据显示,上周(1月18日-1月22日)人造石墨高端价格为6.5-7万元/吨,中端价格为5.7-6.2万元/吨;天然石墨高端价格为4.8-6万元/吨,中端价格为3-4万元/吨。

  另一组数据显示,目前稳定量产的硅碳负极材料价格约11-12万元/吨。据一家生产企业透露,硅碳负极材料“价格从10-30万元都有。”

  中俄新能源材料技术研究院院长王庆生对电池网表示,除了硅碳负极材料改性后成本上市带来的推广问题,目前硅碳负极材料出货量少,在技术方面还有三大因素:材料本身的性能稳定性还存在很多问题;与之匹配的应用工艺还尚需优化稳定;产品应用后的性能优势不突出。

  一是Si基负极材料在脱嵌锂时存在体积膨胀效应引起硅粒破裂和粉化现象,致使硅粒与基底之间发生分离,导致电池内阻增加、容量降低,循环性能变差。

  二是,随着硅含量的增加,比容量增大但首化效率则更低,硅碳负极材料中锂离子扩散缓慢(扩散系数约10-14cm2/s),电导率偏低 (约10-4S/cm)导致硅负极的倍率性能和容量利用率偏低。

  三是,硅碳负极表面SEI膜的持续生长对电解液以及来自正极的锂源造成的不可逆消耗,硅负极的粉化现象影响了表面稳定均一的SEI膜的形成,新SEI膜的持续形成会不断消耗锂离子和电解质,导致容量的快速下降。

  四是硅碳负极的应用,在电池正负极匹配及电极工艺制备上,容量相差越大电极制备工艺难度也越大,压实密度影响库伦效率的发挥,与黏结剂、电解液的相容性等均影响电池的电化学性能。

  王庆生补充说,硅作为地壳中储存含量第二位的元素,其来源丰富、价格便宜,环境友好,因而硅负极材料的研究受到广泛的关注,作为锂离子电池负极材料,在比容量方面与其他材料相比也具有较大的优势。但是,如果想在维持硅负极材料高比容量的同时,又要改变其循环性能差、首化效率低、结构稳定性差问题,就必须通过纳米化、复合化、多孔化、薄膜化和合金化、预锂化等各种改性方法提高其产品性能。“我们在开发负极材料时需要完善其自身结构与性能,还要考虑其电极制备工艺、材料相容性的匹配等,而在这些方面,硅碳负极材料都无优势可言,这也是导致其商业化进度较慢的原因。”

  尽管存在诸多短板,硅碳负极材料依旧被认为是最具潜力的下一代锂离子电池负极材料之一。

  上述石大胜华项目负责人表示,目前国际上已经有圆柱类电池成熟应用,主要在动力电池和电动工具上,国内各个电池企业也正在加速应用,包括部分消费类电池,最近国内某些高端车型已经发布应用基于硅碳类的电池,预计今年各大电池厂会相继推出跟进;未来两年硅碳类市场主要集中于动力、电动工具两块,3C类后续也将持续跟进。

  “目前,日韩企业在其高容量产品,尤其是高容量和高倍率的圆柱产品中已经有较大比例使用高镍+硅碳的材料体系,比如高容量的3C电池,高倍率的电动工具电池中已经有较大比例的硅碳负极使用量。”中国电池产业研究院/伊维经济研究院院长吴辉告诉电池网,2020年,国内以贝特瑞为代表的硅负极主要生产商大量给日韩企业供货。

  EV Tank联合中国电池产业研究院发布的《中国硅碳负极行业发展白皮书(2021年)》统计数据显示,2020年中国硅碳负极的出货量0.9万吨,占全部负极材料出货量的比例仅为2%左右。

  吴辉预计,未来随着对高能量密度电池需求量的增加,预计2025年,中国硅碳负极的出货量或将接近10万吨。

  不过,王庆生也强调,“锂离子电池材料的短板其实不是负极材料而是正极材料,故我个人认为更应关注正极材料的研究开发工作,如作为负极材料的研究,建议考虑三元硅碳(硅/无定型碳/石墨)复合材料更具有性能优势。”

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