中國粉體網訊 鋰離子電池負極材料主要分為碳材料和非碳材料兩大類，碳材料包括石墨類、無定形碳、納米碳等，非碳材料包括硅基負極、鈦酸鋰負極以及其他非碳負極。其中具有高能量密度的硅基負極材料被認為是新一代鋰離子電池最具潛力負極材料之一。
硅基負極材料市場行業概況
截至2022年底，硅基負極材料純料年產值為10.7億元（出貨量為1.5萬噸），僅占有了鋰電負極材料市場的2%，98%的鋰電負極材料市場依然是石墨（石墨負極2022年產值為500億元，年出貨量為156萬噸）。
硅基負極目前兩大技術路徑主要是硅碳復合材料和硅氧復合材料。
其中硅碳負極主要是通過減小硅的尺寸至納米級別進而減小材料膨脹影響，而硅氧負極中的Si團簇、SiO2團簇及其氧化界面，可以在合金化反應過程中起到緩沖體積膨脹的作用。硅碳的能量密度高但循環次數較少，主要應用于3C數碼領域。硅氧能量密度相對較低，循環次數較多，因此動力電池領域主要應用硅氧負極。
2023年上半年，硅碳產業取得了群體性突破，多家負極材料領頭企業表示硅基材料的膨脹問題得到有效解決，硅碳產品的膨脹性能明顯優于硅氧產品，膨脹問題不再是硅基負極材料商用化的瓶頸。
日韓企業處于行業領先地位
目前，日韓企業在硅基負極材料領域處于行業領先地位，如日本信越化學、大阪鈦業、日立化成、昭和電工和韓國大洲等。日本信越化學硅氧負極專利數行業領先，硅氧最早專利申請時間是在2000年。截至2019年，信越化學關于硅負極在全球申請 了210項專利，其中硅氧負極187項，這說明信越的研究重心是硅氧。
硅基負極量產應用
2021年以來，下游車企加大了硅基負極的量產應用。特斯拉將硅負極應用于Model3，在人造石墨中加入10%的硅，使得負極容量為550mAh/g，電池能量密度達300Wh/kg。
蔚來發布預鋰化硅碳負極，用帶電量為150kWh、續航里程達1,000km的半固態電池配套蔚來ET7，于2022年四季度量產。
廣汽埃安AIONLX采用海綿硅負極片電池技術，使得電芯比能量超過 280Wh/kg、NEDC續航超過1,000km。
杉杉股份2023年半年度報告顯示，公司硅基負極產品不斷實現技術突破，持續獲得海內外客戶認可，實現批量供應。硅氧產品已在消費電子、動力市場實現批量應用，且第二代硅氧新型負極，采用連續式混合氣包覆技術，具有優異的低溫循環性能，已批量供應海外頭部客戶；硅碳產品不斷迭代，新一代硅碳產品已進行下游客戶的測試，相關核心技術已獲得美國、日本的專利授權。
硅基負極材料未來的發展趨勢
《中國制造2025》明確規定，動力電池能量密度規劃為：2020年-300Wh/kg；2025年-400Wh/kg；2030年-500Wh/kg。硅基負極材料是能達到要求的理想材料之一。
根據相關報告《硅基負極材料行業市場調查分析及未來趨勢報告2023-2029》可知，2022年全球硅基負極材料市場規模約28億元，預計未來將持續保持平穩增長的態勢，到2029年市場規模將接近299億元，未來六年年復合增長率CAGR約為41.9%。
全球硅基負極材料的核心廠商包括貝特瑞，信越化學和韓國大洲等，全球前三大廠商約占有90%的市場份額。就產品類型而言，硅氧負極材料占有大約66%的份額，是最大的份額；同時就應用來說，電動汽車是最大的下游領域，占有85%份額。
總結
目前，主要的硅基材料的制備方案與結構設計，已經解決了許多關鍵問題。但是可以大規模生產的制備方案仍在開發中，對于動力電池所需要的高能量密度的要求還遠未達到。例如碳涂層工藝不成熟，導致碳層厚度不均勻、不連續的問題。目前，大多碳包覆是通過物理研磨來形成的，因此在原子尺度上實現均勻的碳涂層技術也是有待解決的問題之一。從實際應用方面來看，仍有很多問題需要改善，例如提高能量密度、循環穩定性和充放電性能等方面。隨著研究的進一步深入，相信硅碳負極在鋰離子電池中會有更大的發展空間，為人類提供更加方便安全的清潔能源。
參考來源：
黃雨辰等. 鋰離子電池硅碳負極材料的制備及其結構設計研究進展
寧波杉杉股份有限公司2023年半年度報告
下一代鋰電池負極材料——硅碳負極. 恒旭資本
硅基負極材料的現狀及展望. 索理德新材料
《硅基負極材料行業市場調查分析及未來趨勢報告2023-2029》
（中國粉體網編輯整理/蘇簡）
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