中國粉體網(wǎng)訊 過去一年間，硅基負極領(lǐng)域，涵蓋硅氧、傳統(tǒng)研磨硅碳以及新型多孔硅碳等品類，發(fā)展勢頭迅猛。在消費電子端，其市場滲透率逐步提高；動力電池端，多個示范項目陸續(xù)落地實施。與此同時，產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)積極響應(yīng)，紛紛擴大產(chǎn)能。
然而，盡管有需求釋放、性能提升以及產(chǎn)能爬坡等多重因素推動，硅基負極行業(yè)在發(fā)展過程中仍遭遇諸多阻礙與挑戰(zhàn)，其背后的驅(qū)動邏輯亟待進一步梳理明晰。值得注意的是，與多年來市場的持續(xù)預(yù)期不同，硅基負極的規(guī)�；瘧�(yīng)用始終未能取得實質(zhì)性突破。
硅基負極市場現(xiàn)狀
摻硅比例受限
據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，目前消費電子產(chǎn)品中硅基負極的實際摻硅比例仍然較低，通常在5%以下，即使是較為成熟的應(yīng)用也僅達到8%左右，導(dǎo)致硅基負極在整體負極市場的滲透率仍處于個位數(shù)。動力電池的摻混比例可能達到10%，但對應(yīng)技術(shù)仍未成熟。
需求錯位
動力電池市場對硅基負極的需求拐點尚未真正到來。雖然上汽智己、廣汽埃安等車企相繼發(fā)布搭載硅基負極動力電池的示范車型，但大規(guī)模訂單和實際出貨量方面的信息披露仍然有限。此外，硅基負極的核心優(yōu)勢在于提升能量密度，而當前車企的關(guān)注重點更多集中在快充技術(shù)上，這在一定程度上造成了應(yīng)用場景的錯位。
供給能力不足
據(jù)相關(guān)調(diào)研，頭部電池廠2024年的硅基負極需求量可達500噸級，而市場實際供給量不足100噸，主要原因是量產(chǎn)能力建設(shè)滯后。
硅基負極有效產(chǎn)能有限
隨著市場需求的發(fā)展，硅基負極布局企業(yè)增多，相關(guān)項目加速落地，規(guī)模化生產(chǎn)提速。2019-2024年間，中國硅基負極材料行業(yè)市場規(guī)模從3.71億元增長至85億元以上。
目前，中國硅基負極材料行業(yè)的集中度相對較低，市場參與者眾多且規(guī)模不一，主要參與者包括貝特瑞、杉杉股份、璞泰來、壹金新能源等傳統(tǒng)負極材料廠商，以及石大勝華、硅寶科技等為代表的硅材料廠商，憑借原材料優(yōu)勢切入硅基負極領(lǐng)域。
貝特瑞硅基負極材料覆蓋硅碳、硅氧和新型氣相硅三條路線，旗下硅碳負極材料已開發(fā)至超高容量第六代產(chǎn)品。據(jù)悉，其新型氣相沉積法硅碳產(chǎn)品已獲得全球多家主流動力客戶的認可，包括寧德時代在內(nèi)，預(yù)計2025年實現(xiàn)批量供應(yīng)。截至目前，貝特瑞硅基負極有效產(chǎn)能達到5000噸。此外，貝特瑞還在寧波、印尼、摩洛哥布局了硅基負極項目，預(yù)計到2028年將形成約5萬噸/年的產(chǎn)能。
杉杉股份硅基材料持續(xù)獲得海內(nèi)外客戶認可，已實現(xiàn)批量供應(yīng)。其中，硅氧產(chǎn)品已批量供應(yīng)海外頭部客戶，并實現(xiàn)裝車，同時攻克了二代硅氧低溫循環(huán)難題，相關(guān)產(chǎn)品已導(dǎo)入海外頭部電動工具企業(yè)；硅碳產(chǎn)品不斷迭代，新一代硅碳產(chǎn)品在頭部客戶測試中保持領(lǐng)先，相關(guān)核心技術(shù)已獲得美國、日本的專利授權(quán)。杉杉股份新型硅碳材料已實現(xiàn)量產(chǎn)出貨，并在寧波硅基工廠后續(xù)規(guī)劃中加大產(chǎn)能設(shè)計，進一步提升供應(yīng)能力。杉杉股份寧波4萬噸一體化硅基負極產(chǎn)能基地，一期產(chǎn)能已投產(chǎn)，且部分工序2024年12月已滿產(chǎn)。
璞泰來硅碳負極產(chǎn)品已經(jīng)向市場小批量出貨，這些高性能的硅碳負極材料主要供應(yīng)給下游的頭部消費電子客戶。璞泰來在安徽蕪湖投資建設(shè)的硅基負極項目正在加速推進，預(yù)計在2025年上半年，首批硅碳負極產(chǎn)能將建成并投入生產(chǎn)；在四川紫宸，璞泰來的一期10萬噸產(chǎn)能項目已經(jīng)完成了工藝與設(shè)備的驗證工作，部分產(chǎn)能已經(jīng)基本完成試產(chǎn)并全線貫通。
壹金新能源擁有江西宜春、山西太原兩大生產(chǎn)基地，不僅在國內(nèi)建立了完整的研發(fā)和生產(chǎn)體系，還在歐洲、日韓等市場積極布局，與全球各大頭部的電池廠商客戶建立了長期深度合作關(guān)系。截至目前，覆蓋新能源汽車、消費電子、無人機、eVTOL等多個高增長行業(yè)，進入多家頭部企業(yè)的供應(yīng)鏈。
石大勝華第一批硅基負極設(shè)備已投產(chǎn)，2025年1月底具備5000噸的產(chǎn)能。產(chǎn)品已實現(xiàn)百公斤訂單出貨，并在海外達成首批1%訂單，與頭部公司達成合作意向，預(yù)計在2025年動力電池領(lǐng)域占據(jù)一定供應(yīng)地位。
硅寶科技2024年新型硅碳產(chǎn)品取得噸級突破，隨著3000噸/年產(chǎn)能建設(shè)推進，硅寶科技正重點擴產(chǎn)預(yù)鎂硅氧和新型硅碳產(chǎn)品，加速硅碳負極在高端電池市場的商業(yè)化進程。
但是業(yè)內(nèi)多個已公開的萬噸級項目尚未落地。
例如，貝特瑞的4萬噸硅基負極項目雖已完成主體建設(shè)，但截至2024年中報仍在進行設(shè)備安裝；蘭溪致德一期500噸鋰電池硅碳負極材料項目已于2021年7月投產(chǎn)，但二期3000噸項目暫無公開信息更新；天目先導(dǎo)在許昌規(guī)劃了6萬噸產(chǎn)能，而其在建的常州6條產(chǎn)線項目原計劃于2024年11月導(dǎo)入設(shè)備，目前投產(chǎn)情況不明。
綜合來看，目前硅基負極已經(jīng)落地的有效產(chǎn)能并不多，主要集中在貝特瑞、杉杉股份等企業(yè)，合計不超過5萬噸，大部分企業(yè)的布局仍處于技術(shù)積累、產(chǎn)品驗證、產(chǎn)能建設(shè)階段。
硅基負極成本問題
硅基負極高生產(chǎn)成本已成為其商業(yè)化進程中的關(guān)鍵阻礙。除原材料本身價格不菲外，復(fù)雜的制備工藝進一步推高了成本。例如，制備過程中的高溫處理、精密設(shè)備使用等，都增加了額外的費用支出。而且，當前硅基負極生產(chǎn)規(guī)模相對較小，難以實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟，導(dǎo)致單位成本居高不下。高成本使得硅基負極在市場競爭中處于劣勢，許多電池廠商出于成本考慮，對大規(guī)模應(yīng)用持謹慎態(tài)度。若要推動硅基負極商業(yè)化，降低生產(chǎn)成本迫在眉睫。
硅碳負極的生產(chǎn)工藝主要包括納米化法和化學氣相沉積（CVD）法。其中納米硅制備工藝復(fù)雜，設(shè)備價格高，綜合導(dǎo)致生產(chǎn)成本高；CVD法除了設(shè)備價格高外，主要材料多孔碳和硅烷氣的單價也很高。
如果硅碳負極中硅碳的質(zhì)量比為1比1，生產(chǎn)一噸這樣的硅碳負極大約需要0.5到0.6噸多孔碳和0.6到0.7噸硅烷。目前，硅碳負極的關(guān)鍵難點在于多孔炭的技術(shù)驗證周期較長以及成績供應(yīng)的精確控制，這影響了產(chǎn)品的品質(zhì)穩(wěn)定性與降本可行性。此外，生物基多孔碳是主流技術(shù)，盡管樹脂基多孔碳在品質(zhì)上還可以，但由于成本較高，通常作為輔助技術(shù)使用。
生物基多孔碳的主要原材料包括椰殼、核桃殼、淀粉、秸稈和竹子等。其中，椰殼和核桃殼因其來源廣泛、易于大規(guī)模收集而被廣泛應(yīng)用。面對未來硅碳負極大規(guī)模生產(chǎn)時的原材料供應(yīng)問題，許多企業(yè)正在開發(fā)新的工藝，如化石燃料基的煤機或濾清機工藝，以應(yīng)對潛在的供應(yīng)短缺。
硅氧負極的首次庫倫效率較低，對容量、能量密度、循環(huán)壽命造成一定影響。因此需要采用預(yù)鋰化等技術(shù)對其進行改性處理，增加了成本支出。
從長期市場占有率角度看，硅氧方案可能在一定程度上會被硅碳方案替代。然而，由于硅氧方案也有其獨特優(yōu)勢和必要性，因此不會被完全替代。
據(jù)3月市場數(shù)據(jù)顯示，球磨法硅碳負極平均報價26萬元/噸，CVD法硅碳負極平均報價88萬元/噸；硅氧負極平均報價11萬元/噸，預(yù)鋰化硅氧負極平均報價51萬元/噸。而同期高端人造石墨平均報價不超過6萬元/噸。
所以，相較于傳統(tǒng)的石墨負極，硅基負極的價格相對高出很多，急需各企業(yè)及相關(guān)機構(gòu)攻克技術(shù)工藝難題，完成降本。
待解決難題
首先，硅在實際應(yīng)用中具有很大缺陷，主要是因為硅負極的電導(dǎo)率較低；其次，在鋰化過程中伴隨著巨大的體積變化，體積膨脹能達到400%，硅在長期循環(huán)過程中會承受不住體積形變產(chǎn)生的應(yīng)力導(dǎo)致硅負極粉化、脫落，巨大的體積變化會使極片整體松散，導(dǎo)致硅負極與集流體之間失去接觸，還會導(dǎo)致硅材料表面的SEI膜反復(fù)地破裂和生成，導(dǎo)致容量快速衰減。
在鋰離子電池中，硅基負極的儲鋰機制不同于碳基負極。硅由于其儲鋰機制被劃分到合金類負極，硅的充放電過程其實就是硅與鋰離子之間的合金化和去合金化過程。在450℃時，硅的鋰化過程會生成四個不同的鋰硅合金相（Li12Si7、Li7Si3、Li13Si4、Li22Si5）。在常溫下，這些相生成的電壓平臺并沒有顯示出來，而是呈現(xiàn)出一個緩慢地降低的很長的一段電壓平臺。因此，1個硅原子最多可以與4個鋰離子結(jié)合，這也是硅負極具有4200mAh g-1如此高的理論比容量值的原因。在充放電的過程中，較多的鋰離子一直在反復(fù)地嵌入和脫出硅負極，導(dǎo)致它的體積膨脹和收縮比碳材料要多的多，體積變化高達300%。
此外，硅基負極的體積效應(yīng)還帶來了一系列的副作用。首先，巨大的體積變化會在硅顆粒內(nèi)部產(chǎn)生了無法釋放的內(nèi)應(yīng)力，這將導(dǎo)致硅顆粒之間進行相互擠壓，甚至是硅顆粒的破裂。其次，還會造成SEI膜的破裂，導(dǎo)致SEI膜的不穩(wěn)定生長。越來越厚的SEI膜會增加鋰離子的消耗和阻礙鋰離子的傳輸，影響電池的實際容量和循環(huán)性能。然后，在多圈的循環(huán)后，硅電極的結(jié)構(gòu)將遭到破壞，由于活性物質(zhì)開始出現(xiàn)粉化現(xiàn)象，它與集流體之間的界面性能逐漸變差，所以最終從集流體上脫落下來，失去了電接觸。
所以，硅基負極材料的難題可以概括為：一是如何克服半導(dǎo)體硅因本征電導(dǎo)率較低導(dǎo)致大功率放電性能差的問題；二是如何抑制因充放電過程中較大程度且各向異性的體積變化引發(fā)的一系列問題。
小結(jié)
據(jù)相關(guān)研究院所預(yù)測，預(yù)計到2030年，全球硅碳負極材料的需求量將達到8萬噸以上，對應(yīng)的市場規(guī)模將突破百億元級別。這一發(fā)展趨勢不僅體現(xiàn)了硅基負極材料在提升電池能量密度方面的獨特價值，也反映了其在推動全球能源轉(zhuǎn)型中的戰(zhàn)略地位。硅基負極實現(xiàn)商業(yè)化面臨技術(shù)瓶頸突破、成本下降、市場需求拉動等多方面因素影響，從當前發(fā)展態(tài)勢來看，其在部分領(lǐng)域已逐步開啟商業(yè)化進程，但全面商業(yè)化仍需時間。
參考來源：
2024年中國硅基負極材料市場情況年度總結(jié).鑫欏資訊
“硅基負極龍頭”貝特瑞業(yè)績縮水，董事長違規(guī)炒股.中國經(jīng)營報
硅基負極專家會.老司機駕新車
顧嵐匯. 固態(tài)鋰離子電池高容量硅基負極制備及其界面研究
王婧妍. 高比容量鋰金屬、硅負極的界面改性及其電化學性能研究
中國粉體網(wǎng)、中商產(chǎn)業(yè)研究院、起點研究院、高工產(chǎn)業(yè)研究院
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/蘇簡）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知刪除！
