【原创】2023年有望成为硅基负极材料爆发元年!


来源:中国粉体网   长安

[导读]  受动力电池市场增长带动,尤其是4680大圆柱电池的放量,硅基负极需求将进一步增加,预计2023年硅基负极材料会有规模级产能释放。

中国粉体网讯  目前,新能源汽车厂商均采用人造石墨作为锂电池负极材料,但石墨类负极在锂电池中的理论比容量只有372mAh/g,商业化高端石墨材料的实际比容量为360~365mAh/g。锂离子电池走到今天,能量密度可以说是走到了尽头,过去10年能量密度可以说是从牙缝里挤出来的:减薄基材、增加压实密度、增加工作电压、提高石墨的首效等。但是这些手段是有边界的,现在都到了他们的天花板,无奈之下,大家又想起了硅。硅基负极材料以其十倍于石墨类负极、高达4200mAh/g的克容量,成为理想的动力电池升级的材料突破点。


需求端


2017年我国硅基负极材料出货量仅为0.16万吨;2020年出货量达到0.6万吨;而在刚过去的2021年,更是单月出货量接近1000吨。在对能量密度要求逐步提升的行业背景下,硅基负极材料逐步成为产业关注焦点。


2017–2021年硅基负极材料出货量(公开资料整理)


高速增长背后,一方面,来自于电动工具、智能家居锂电池市场需求旺盛,叠加国际电动工具巨头、跨境电商等锂电池供应向国内转移,高容量、高倍率锂电池需求增加带动国内硅基负极需求起量。


另一方面,源于动力电池的稳定增长,尤其即将到来的4680电池将成为吹动市场的暖风。2022年4月8日,在德州超级工厂Cyber Rodeo盛大开幕活动之后,特斯拉正式交付了该工厂生产的首批采用4680电池的Model Y量产车。


首批Model Y量产车交付(来源:特斯拉)


据了解,每辆Model Y大约需要1000个4680电池,为了百万级的汽车交付目标,特斯拉除了自制电池之外,外购必不可少。这一背景下,国内外头部锂电池供应商正加速推进4680电池产线建设,多厂商跟进,大圆柱电池将成为硅基负极增长爆发点。


供给端


国外硅基负极厂商主要有日本昭和电工材料、信越化学,韩国大洲电子,美国Amprius、Group14、Sila Nano、Enevate,加拿大NEO Battery,以色列StoreDot等。


日本昭和电工于2019年收购了“日立御三家”之一的日立化成,合并自己的硅基负极业务成立了昭和电工材料株式会社,客户主要为日本松下和特斯拉。


韩国大洲通过在三维纳米结构中均匀控制硅微粒和硅酸盐纳米颗粒,得到硅复合氧化物,然后加入到现有碳基负极材料中(5~25wt%),将负极容量从350mAh/g大幅提升至400~600mAh/g,产品品牌为DMSO,包含DMSO Hxx和DMSO HCE 8516两个系列。


DMSO硅基负极产品参数(来源:韩国大洲)


美国Amprius以其100%硅纳米线技术闻名,2022年1月18日,Amprius(南京)有限公司2万吨新型硅负极材料生产基地项目在安徽省合肥庐江高新区正式签约并破土动工。生产基地将分三期建设完成,总投资约20亿元,首期建设工程预计在2022年下半年完成并投产运行。


美国Group14的旗舰产品为硅碳复合负极材料SCC55™,该产品于2021年4月开始商业化生产。目前,Group14在华盛顿有一家BAM工厂,年产量120吨;正计划在华盛顿再建设1家BAM工厂;此外,在韩国规划了1家BAM工厂,总计每年将生产12000吨或更多的SCC55™。


SCC55™(来源:Group14)


美国Sila Nano的硅负极材料与市场所熟知的、将部分石墨替换为硅的硅基电池不同,其目标为全硅负极材料。近日,梅赛德斯-奔驰与Sila Nano达成合作,从2025年开始,梅赛德斯-奔驰将在其G-Class电动车上搭载硅基负极高能量密度电池,该电池将由宁德时代供货,而负极材料供货商正是Sila Nano。


加拿大NEO Battery专注于通过专有的纳米涂层开发电动汽车锂离子电池硅负极材料NBMSiDE。2021年,NEO推出NBMSiDE-P100、NBMSiDE-P200和NBMSiDE-C100三种变体,并计划于2022年底实现半商业规模生产,规划产能为2000吨/年。


NBMSiDE-P100、NBMSiDE-P200和NBMSiDE-C100(来源:NEO Battery)


以色列StoreDot设计的以硅为主阳极的电池“XFC-Flash Battery”,以其快速充电能力而著称。第一批开发样品于2021年年初向潜在合作伙伴展示,然后在2021年5月与中国电池制造商EVE Energy签署了战略框架协议--目标是到2024年实现批量生产。


国内真正实现硅基负极量产及批量供货的企业只有杉杉股份、贝特瑞。其他公司处于布局、研发、或中试阶段。


贝特瑞硅基负极现有产能满产满销。新建4万吨硅基负极材料项目,一期1.5万吨将于2023年12月底前建成投产;2028年前4万吨产能全面达产。


杉杉股份已率先实现批量供货,在快充消费类产品市场保持领先。最新一代快充类产品(3C、5C)已经在全球主流消费类企业试产,预计2022年全面导入;在动力电池应用领域也已通过主流车企的多轮评测,预计明年可批量出货。


璞泰来目前已完成第二代硅碳负极产品研发,且具备了产业化条件,计划产能1000吨,预计2022年底量产;此外,还在溧阳建立了氧化亚硅中试线。


石大胜华一期1000吨硅基负极已经进入试生产阶段,预计今年下半年批量出货。5月5日,公司公告,拟投资建设3万吨/年硅基负极项目,该项目预计2024年4月投产,加上此前规划的2万吨硅基负极项目,全部达产后,公司硅基负极产能将达到5万吨/年。


硅宝科技的硅碳负极材料已通过数家电池厂商测评并实现小批量供货,已得到部分电池厂商认可,未来可放量合作;规划建设的1万吨/年硅碳负极材料项目正在进行相关手续办理,规划厂房也在设计中。


翔丰华在硅碳和硅氧负极方面均有研发。硅碳负极材料产品处于中试阶段,并已具备产业化条件;硅氧负极材料目前处于中试阶段。


量产瓶颈


目前,硅基负极大规模量产仍然面临几大瓶颈:


(1)硅基负极仍然存在硅易体积膨胀、导电性差、首次充放电损耗大等问题;


(2)硅基负极仍处于产业化初期阶段,产能规模小、价格高昂,缺乏性价比优势;


(3)硅基负极复合掺杂比例小,增量空间有限,工艺技术尚待突破。


历经蛰伏,2023年将迎爆发


前几年对高能量密度动力电池,政策补贴大力支持,硅基负极市场向好发展。这两年政策补贴大幅滑坡,上下游产业降本和市场竞争更加惨烈,前景无限美好的硅基负极市场需求一度陷入萎靡不振。


当前硅基负极主要应用在消费电子、电动工具等领域,而蕴藏更大增量空间的是动力电池领域。2021年全球动力电池装机量296.8GWh,而根据韩国调研机构SNE Research的预测,2023年这一数据将达到663GWh。受动力电池市场增长带动,尤其是4680大圆柱电池的放量,硅基负极需求将进一步增加,预计2023年硅基负极材料会有规模级产能释放。


参考资料:中国粉体网、财联社、高工锂电、电池百人会-电池网 


(中国粉体网编辑整理/长安)

注:图片非商业用途,存在侵权告知删除

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作者:长安

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