硅基負極被認為是下一代鋰電池理想的負極材料。近期，眾多頭部企業(yè)密集申請相關(guān)專利。據(jù)國家知識產(chǎn)權(quán)局公告，今年1月，寧德時代公布了一項國際專利申請，專利名為“硅碳復(fù)合材料及包含其的負極極片”;億緯鋰能申請了一項名為“一種硅基負極漿料及其制備方法和應(yīng)用”專利。

而在此之前一個月，比亞迪申請了一項名為“硅負極材料及其制備方法、負極極片、電池和用電設(shè)備”專利;德方納米申請了一項名為“含高熵合金相的硅碳負極材料及其制備方法和鋰離子電池”專利。

在眾多的新型負極材料中，硅具有超高的理論比容量，高達4200mAh/g，高出傳統(tǒng)石墨材料10倍，并且具有較低的脫鋰電位，且由于其電壓平臺與石墨相比較高，在充電時更難引起表面鋰離子析出，電池綜合安全性能更為出色。

截至目前，國內(nèi)外車企包括特斯拉、奔馳、蔚來、極氪、智己、廣汽埃安等已經(jīng)或計劃搭載硅基負極動力電池。中金公司預(yù)計，到2025年全球硅基負極需求量有望達到20萬噸，其中消費電池滲透率有望達50%，對應(yīng)約7萬噸硅基負極需求;圓柱和方形動力電池中滲透率分別達到35%和20%，對應(yīng)約13萬噸硅基負極需求。

01

量產(chǎn)裝車提速

“目前硅碳復(fù)合材料和硅氧復(fù)合材料是硅基負極的主要技術(shù)路線?！睒I(yè)內(nèi)人士指出，硅碳負極首次充放電效率高，但膨脹較大，循環(huán)性能也相對較差。硅氧負極采用氧化亞硅和石墨材料混合，其循環(huán)性能得到較大提升，但首效低，成本高。

特斯拉早在2017年搭載2170電池時就已經(jīng)引入了“摻硅”技術(shù)，此后其在發(fā)布4680電池時宣稱負極要使用硅材料，且相比Model3中2170電池的5%添加量，4680電池中硅基負極的添加量預(yù)計增加一倍。該電池正極采用高鎳三元材料，搭配硅基負極，使其相對2170電池續(xù)航里程提升16%、能量提升5倍，且成本將下降14%。

據(jù)電池中國了解，奔馳計劃將于2024 年底推出采用負極硅基鋰電池的EQG車型。同時，奔馳還將在2025年推出G-Class車型，采用新一代高能量密度電池，通過使用硅基負極，能量密度比石墨負極電池高20%-40%。

除此之外，寶馬與Sila Nanotechnologies建立長期合作，共同研發(fā)硅基負極電池，通用汽車與oneD Battery Sciences合作研發(fā)硅基電池，保時捷與美國Group14 Technologies達成6.5億美元的供應(yīng)協(xié)議。

國內(nèi)車企方面，廣汽埃安2021年首發(fā)續(xù)航1000公里的電動車型，使用海綿硅負極電池技術(shù)的單體電芯，能量密度超過280Wh/Kg;智己汽車于2022年初宣布使用“摻硅補鋰”技術(shù)，電池單體能量密度可實現(xiàn)300Wh/kg;蔚來發(fā)布的半固態(tài)電池，采用超高鎳正極材料、硅碳復(fù)合負極材料和固液混合電解質(zhì)，能量密度為360Wh/kg。

電池企業(yè)方面，寧德時代2023年3月量產(chǎn)的麒麟電池，采用高鎳三元正極和硅碳復(fù)合材料，能量密度可達255Wh/kg，目前已經(jīng)裝配極氪、理想、阿維塔、哪吒汽車等多種車型;蜂巢能源從2022年開始給寶馬Mini批量供貨，產(chǎn)品是高鎳正極+硅負極的高能量密度方殼電芯;去年11月，力神電池發(fā)布高比能大圓柱電池，采用高鎳三元正極搭配硅碳負極，能量密度達280Wh/Kg;今年年初，比克電池宣布其N21700CH-58E高容量電芯量產(chǎn)下線，采用高鎳+硅負極體系。

材料企業(yè)方面，杉杉股份已實現(xiàn)硅基負極批量供貨，并規(guī)劃了寧波4萬噸硅基負極一體化基地項目，項目覆蓋原料加工、反應(yīng)合成、中間品加工、表面改性到成品加工等完整工序，將有利于公司形成硅基負極材料一體化產(chǎn)能規(guī)模優(yōu)勢。

中國寶安1月在投資者互動平臺表示，貝特瑞現(xiàn)有負極產(chǎn)能49.5萬噸/年(其中硅基負極0.5萬噸/年)。此外，貝特瑞還規(guī)劃投資50億元，將要建設(shè)年產(chǎn)4萬噸的硅基負極產(chǎn)線，預(yù)計到2028年將擁有約5萬噸/年的硅基產(chǎn)能。

除此之外、翔豐華、道氏技術(shù)、天目先導(dǎo)、勝華新材、天諾新能源、杰瑞股份、中科電氣、新安股份等企業(yè)也都在積極推進硅碳負極的產(chǎn)業(yè)化。

02

大圓柱電池是增長點

大圓柱電池將是未來硅基負極材料應(yīng)用的主要增長點。

“目前硅基負極材料主要應(yīng)用于大圓柱電池。全球硅基負極材料在大圓柱電池中已經(jīng)量產(chǎn)和即將量產(chǎn)的企業(yè)，已經(jīng)有10家以上。”業(yè)界人士表示，46系列大圓柱電池未來摻硅比例有望在10%以上，較目前高鎳+硅中的5%摻雜量翻倍，將帶動硅負極材料需求大增。信達證券也指出，隨著特斯拉、寶馬、保時捷等車企對大圓柱電池的市場需求增長，將有效推動硅基負極的普及。

不過值得注意的是，大圓柱電池對硅基材料也提出了很高的要求。據(jù)業(yè)內(nèi)人士分析，由于圓柱電池成組效率低，因此硅基負極需要更高首效、更高比容量以匹配正極，降低容量損失。同時，大圓柱電池溫度和應(yīng)力分布不均勻，硅基負極需要開發(fā)更低膨脹、更加穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)確保最佳性能。

此外，硅負極材料要持續(xù)提升性價比，保持長期的應(yīng)用優(yōu)勢。