4680电池之硅基负极

锂电负极常见的负极材料主要由两种分类，一是碳系材料，以常见的石墨负极为主；另一种则采用非碳系负极材料如钛基、锡基、硅基负极材料等。负极材料升级缓慢，一直以石墨为主，2021年石墨类负极材料出货量占负极材料98%市场份额。

硅基负极具有能量密度高、原料分布广泛等优点，对单质硅的改性，主要通过掺入第二组元形成Si-M合金，降低硅合金的体积膨胀系数，或者通过各种工程技术使硅多孔化、纳米化，为硅的体积膨胀预留空间，减少硅体积效应对材料循环稳定性的影响。相比碳基，硅基材料其理论比容量为372mAh/g，而硅的比容量高达4200mAh/g，是碳基材料的10倍以上，是目前已知比容量最高的负极材料，高比容量优势使得硅基材料被视为理想的下一代负极材料。以碳辅硅，兼具容量与寿命由于硅材料在充放电时体积膨胀可达120%~300%，导致硅颗粒分化及SEI膜的破裂增厚，将影响电池首充效率与寿命。目前解决方案是硅颗粒提供储锂容量，碳材料缓冲体积变化，同时兼顾了较高的比容量与较长的使用寿命，目前硅碳复合材料与硅氧复合材料是硅基负极的主要技术路线。

                           资料来源《锂离子电池负极材料研究进展》李春晓

其中硅基负极主要包括两类

1.单质硅负极，其理论比容量高达4,200mAh/g，超过石墨负极的10倍。

2.氧化亚硅负极，其理论比容量达2,600mAh/g，同样远高于石墨负极。

二、发展现状汽车龙头特斯拉发布的4680电池、广汽集团发布的海绵硅电池包、国轩高科发布的210Wh/kg LFP电芯、宁德时代提供的265kWh/kg NCM三元电池解决方案均使用了硅碳负极技术；随着国内外头部电池供应商跟进布局，将带动硅基材料爆发，预计2025年硅基负极出货量将达9.8万吨（2021-2025年CAGR达53%）对应市场规模约150亿元，其中动力电池出货8.7万吨，对应市场规模132亿元，占比88%；

三、产业链

（一）上游

硅基负极材料行业上游原材料主要包括石墨、锂盐、二氧化硅、硅以及其他材料。上游主要原材料石墨供应充足，价格平稳；受新能源、半导体行业快速发展，上游原材料硅和锂需求旺盛、价格大幅上涨。

（二）中游

硅基负极材料的中游主要为各类硅基负极材料生产商。根据技术路径不同，分为氧化亚硅、硅碳、纳米硅三类。目前市场上出货量最大的为氧化亚硅负极材料。

（三）下游

行业产品下游企业均为电池厂商，主要集中在动力电池、储能、3C电子等领域。目前硅碳负极商业化应用集中在对成本敏感度相对不高的消费电子、电动工具领域，在动力电池领域渗透率相对较低。

四、国内主流玩家

杉杉股份（硅基负极）目前硅基负极产品已批量应用于3C领域。其掌握了硅基负极材料前驱体批量化合成核心技术，搭载该技术所合成的材料已经通过下游核心客户测试。

硅宝科技（硅基负极）生产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，11月10日，其公告称建设1万吨/年锂电池用硅碳负极材料项目，产能规模从50吨提升至万吨级别。

翔丰华（材料）公司开发的硅碳负极材料产品处于中试阶段，已具备产业化条件。后续若有市场需求，公司将会根据客户需求进行相应匹配批量生产。

璞泰来（硅基负极）公司硅系负极最早和中科院在江西紫宸厂房合作建立中试车间，目前已完成第二代产品研发；在溧阳亦建立了氧化亚硅中试线。公司第二代硅基产品产业化已具备基本条件，根据市场需要会逐步加大供应能力。

杰瑞股份（硅基负极）2021年11月30日，公司全资子公司杰瑞新能源科技有限公司(简称“杰瑞新能源”)与厦门嘉矽能源科技有限公司、赵金保、张力、赖桂棠(统称“嘉庚创新实验室赵金保团队”)签订了《合资协议》，各方将投资设立合资公司，共同推进硅碳纯品、氧化亚硅纯品及硅基复合负极材料等产品的研发、生产、销售。

石大胜华（硅基负极，电解液）硅碳负极存在适配高电压电解液的需求，且需添加特种添加剂，公司持续进行硅碳负极材料以及添加剂的研发，目前已经进行客户送样测试工作。未来潜在客户有宁德时代、ATL、三星、LG等，4680厂家会作为重中之重。硅碳负极材料销售会借助海外电解液溶剂的销售渠道。