中國粉體網訊 全球頭號新能源汽車公司特斯拉2020年9月發布4680電池，能量密度300Wh/kg，電池容量較2170電池提高5.48倍。2022年，特斯拉宣布在1月份已生產出第100萬塊4680電池，同時一季度德州工廠將交付首批搭載4680電池的ModelY。
特斯拉4680電池采用的負極便是硅基負極。
一、為什么放棄石墨負極？
石墨負極材料目前實際比容量360-365mAh/g，已接近理論比容量372mAh/g。
鋰離子電池四大關鍵原材料分別是正極材料、負極材料、隔膜與電解液。
正極材料突破較早，已從早期鈷酸鋰、錳酸鋰材料升級為磷酸鐵鋰材料和三元材料，而負極材料升級緩慢，一直以石墨為主，2020年石墨類負極材料出貨量占負極材料97%市場份額。
存在的問題是，石墨負極材料目前實際比容量360-365mAh/g，已接近理論比容量372mAh/g，因此改善石墨材料性能對鋰離子電池性能提升作用不大。
二、為什么是硅基負極？
單質硅負極理論比容量4200mAh/g，是石墨負極材料理論比容量372mAh/g的11.29倍，硅氧化、納米化、復合化、多孔化、合金化、預鋰化等改性技術。
被認為具有前途的下一代負極材料是硅基負極，硅基負極制備方法較石墨負極材料更復雜，各廠商尚未形成標準制備方法。
單質硅負極理論比容量4200mAh/g，是石墨負極材料理論比容量372mAh/g的11.29倍，但純硅負極在充放電過程容易體積膨脹且導電性不佳。目前有硅氧化、納米化、復合化、多孔化、合金化、預鋰化等改性技術，硅氧化、復合化兩種技術產業化進程較快。
氧化硅技術路線多用氧化亞硅，采用氧化硅摻雜，摻雜含量約5%，氧化亞硅負極理論比容量2600mAh/g且循環穩定性較好，各大負極材料廠商對氧化亞硅負極均有所布局。日本信越化學，韓國大洲，中國杉杉股份及貝特瑞均可量產硅氧負極。
復合化技術路線多采用硅碳復合材料，是目前產業化進展最快、也是最為常用改性方法。硅材料比容量高，碳材料穩定性好、體積變化小、導電性優異，二者結合形成的硅碳負極可有效提升鋰離子電池負極比容量，也可改善電極導電性能。
目前商業化硅碳負極中摻硅量一般不超過10%，比容量400-700mAh/g。2021年4月廣汽集團首發的海綿硅負極片電池技術，特斯拉2021年11月收購SiILion公司，其持有的硅負極專利均為硅與碳材料復合形成的復合結構。
軟包電池采用正極材料NCM811和搭配比容量450/550/800mAh/g硅碳負極材料，較搭配360mAh/g石墨負極提升全電池能量密度280Wh/kg至295/310/330Wh/kg。
目前硅碳負極商業化應用集中在對成本敏感度相對不高的消費電子、電動工具領域，在動力電池領域滲透率相對較低。據GGII統計，2020年中國硅碳負極出貨量0.6萬噸，占鋰電池負極材料比例2%。
特斯拉4680電池、寧德時代265kWh/kgNCM三元電池、國軒高科210Wh/kgLFP電芯、廣汽集團海綿硅電池包均使用了硅碳負極技術。
三、參與公司與進程？
貝特瑞硅基負極已突破至第三代產品，正研發第四代
貝特瑞是中國最早量產硅基負極材料的企業，硅基負極以硅氧負極材料、硅基負極材料為主，還包括少量軟碳、硬碳等新型負極材料。
目前擁有3000噸/年硅基負極材料產能，產品已供應核心客戶，可用于生產動力電池與消費電池。它的硅基負極材料已突破至第三代產品，提升比容量650mAh/g至1500mAh/g，更高比容量的第四代硅碳產品正在開發。
貝特瑞2021年營業總收入105.96億元，同比增長138.02%；凈利潤14.21億元，同比增長187.46%；扣非凈利潤預計11億元，同比增長232.19%。
杉杉股份路線是氧化亞硅，出貨量千噸級別，動力電池通過多辦評測
杉杉股份主營鋰離子電池正極材料、負極材料和電解液、LCD偏光片，其研制的硅基負極以氧化亞硅為主，2021年硅氧負極出貨量千噸級別，已在消費類市場批量應用，在動力電池應用領域通過多輪評測。
掌握硅基負極材料前驅體批量化合成核心技術，制成材料已通過下游核心客戶測試；預鋰化硅材料嵌入均勻性技術瓶頸已突破，目前處于海外主流客戶測試第一梯隊。另外，公司也在推進納米硅研發。
杉杉股份2021年業績預增公告，預計凈利潤31億元至33.9億元，同比增長2146%至2356%。
璞泰來與中科院合作完成第二代，建成溧陽中試線
璞泰來主營負極材料及石墨化加工、隔膜及涂覆加工。
與中科院物理所合作量產硅基負極材料，硅碳試驗車間2019年投入使用，已完成第二代產品研發，產品已送樣下游客戶進行測試和認證。另外，在溧陽已建成硅負極材料中試線。
璞泰來擁有CVD包覆、硅氧合成、納米硅研磨、噴霧造粒等核心設備，支持對氧化亞硅、納米硅碳產品研究開發。
2020年營業收入52.81億元，凈利潤6.68億元；2021上半年收入39.23億元，同比上升107.82%；凈利潤7.75億元，同比上升293.93%；扣非凈利潤7.16億元，同比上升308.4%。
石大勝華規劃2萬噸產能，產品包括普通型SiOx-C負極及高首效型SiOx-C負極
石大勝華是電解液溶劑及鋰鹽六氟磷酸鋰供應商。
硅基負極材料產品包括普通型SiOx-C負極以及高首效型SiOx-C負極，已送樣下游客戶測試。
2021年11月，石大勝華1000噸/年硅基負極材料生產設施已安裝完畢并通過竣工驗收，進入試生產階段，12月子公司勝華新能源規劃2萬噸/年硅基負極產能，建設期24個月，預計2023年12月份建成投產。
石大勝華2021年預計凈利潤11.7億元到12.5億元，同比增加350.36%到381.15%，扣非凈利潤11.64億元到12.44萬元，同比增加360.42%到392.06%。
硅寶科技建成50噸中試生產線，在建設1萬噸產線，30個月內投產
硅寶科技主營有機硅新材料。2015年進入鋰電池包市場，2016年與中國科學院共同開發硅基負極材料，2019年建成50噸/年硅碳負極中試生產線，項目通過四川省經濟和信息化廳成果鑒定，鑒定結論為國際先進水平。
2021年11月，建設1萬噸/年鋰電池用硅基負極材料產線，預計一期工程30個月內投產，二期工程于一期建成后12個月內投產。
硅寶科技2021年預告凈利潤2.52億元至2.92億元，同比增長25%至45%；扣非凈利潤2.34億元至2.74億元，同比增長26%至48%。
翔豐華處于中試階段，已具備產業化條件
翔豐華是鋰電負極材料供應商。硅碳負極材料產品處于中試階段，已具備產業化條件。
翔豐華2021年收入11.18億元，同比上升168.78%；凈利潤9983.94萬元，同比上升119.65%；扣非凈利潤1.03億元，同比上升206.95%。
（中國粉體網編輯整理/文正）
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