硅基負極產業(yè)化臨近 4680電池吹動市場暖風

    證券時報記者 毛可馨

    為適應更高能量密度的電池需求，硅基負極走入產業(yè)視野。部分廠家已經(jīng)開始布局硅基負極生產項目，率先出貨并被市場接受的廠家能夠享受到約50%的高毛利，但長期來看，大規(guī)模應用有賴于成本下降帶來的性價比提升。

    有業(yè)內人士預計，2023年硅基負極將開始放量，而今年已經(jīng)明顯感受到需求跨過平臺期。硅基負極是4680電池的直接受益者，放量時間點也緊隨這類電池的推廣節(jié)奏。目前特斯拉自建產線已經(jīng)小規(guī)模量產4680電池，松下、LG等海外廠商逐漸起量，國內廠商也緊隨其后展開布局。

    產業(yè)化腳步臨近

    硅基負極被看作下一代鋰電池負極材料，蟄伏多年后即將迎來爆發(fā)。證券時報·e公司記者注意到，當前能夠量產硅基負極的廠商數(shù)量不多，競爭格局相對集中，部分量產廠商已經(jīng)開始新一輪擴產，還有數(shù)家公司處于中試、送樣階段。

    貝特瑞是國內首家批量出貨硅基負極的公司。貝特瑞總經(jīng)理任建國告訴證券時報·e公司記者，公司目前擁有3000噸硅基負極產能，主要應用在電動工具及動力電池等領域，其中動力電池用量占比約六到七成。

    貝特瑞擴產計劃也是業(yè)內已披露的項目中規(guī)模最大的。據(jù)公告，貝特瑞近期與深圳光明區(qū)達成協(xié)議，擬投資50億元建設年產4萬噸硅基負極材料項目，首期1.5萬噸將在2023年12月底前建成投產。

    多家傳統(tǒng)負極材料廠都已經(jīng)開始布局硅基負極。據(jù)各家公司公告，杉杉股份已實現(xiàn)批量供貨，主要應用在3C等領域，動力電池方面已經(jīng)通過主流車企的多輪評測；璞泰來在江西和溧陽均建設有硅基負極中試線，已經(jīng)通過部分客戶認證；翔豐華硅基負極已經(jīng)具備產業(yè)化基本條件。

    此領域還吸引來一批跨界廠商，其中包括主營電解液材料的石大勝華。證券時報·e公司記者在東營廠區(qū)實地調研中了解到，石大勝華一期1000噸硅基負極已經(jīng)進入試生產階段，預計今年下半年批量出貨。此外，公司還規(guī)劃了2萬噸級硅基負極產線，總投資額7.3億元，預計將于2023年12月份建成投產。

    主營有機硅材料的硅寶科技也布局了1萬噸/年鋰電池用硅碳負極材料，材料已通過數(shù)家電池廠商測評并實現(xiàn)小批量供貨。此外，動力電池廠商國軒高科也有5000噸/年硅基負極材料項目正在建設中。

    當前負極材料仍以石墨為主流，但近兩年硅基負極需求量提升明顯。據(jù)高工鋰電數(shù)據(jù)，2020年中國硅碳負極出貨量僅0.6萬噸，占鋰電池負極材料總體比例2%。預計2022年硅基負極材料需求量為2.2萬噸，2019年至2022年復合增長率達80%。

    中金公司在近期研報中明確判斷稱，2022年有望成為硅基負極產業(yè)化元年。預計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%，對應約13萬噸硅基負極需求。

    推廣應用有待降本

    在叩響市場大門之前，硅基負極既需要在性能方面持續(xù)優(yōu)化，更需要不斷降本以提升性價比優(yōu)勢。

    容量是衡量負極材料性能的關鍵指標之一，容量越大越有助于提升電池能量密度。傳統(tǒng)石墨負極經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展，比容量已經(jīng)達到360~365mAh/g，十分接近理論比容量372mAh/g，提升空間有限。而硅基負極理論比容量高達4200mAh/g，這意味著其容量天花板超過石墨負極十倍。

    另一方面，硅基負極也存在硅易體積膨脹、導電性差、首次充放電損耗大等問題。因此，材料的性能改善實際上是在能量密度和穩(wěn)定性之間尋找平衡，現(xiàn)在的硅基負極產品是將硅和石墨摻雜起來復合使用。

    目前量產產品的摻硅比例大多在10%以下，并有逐步提升的趨勢。真鋰研究創(chuàng)始人墨柯告訴證券時報·e公司記者，最佳摻硅比例需要根據(jù)不同領域情況而定，比如松下曾經(jīng)不斷提升硅的比例，大約在七八年前就已經(jīng)提升到了10%，后來把比例下調了，是為了尋找一個綜合效益的平衡點。

    具體而言，硅基負極又分硅碳負極、硅氧碳負極等不同類型，硅碳負極首次充放電效率高，但膨脹較大，硅氧碳負極則與之相反。例如石大勝華產品類型為普通型和高首效型硅氧碳負極（SiOx-C）；貝特瑞覆蓋兩個品種，量產產品中硅碳負極比容量在650~1500mAh/g之間，硅氧碳負極則能達到1600mAh/g。

    由于硅基負極產業(yè)化仍處初期階段，優(yōu)先落地量產的廠家能夠享受到溢價效應。證券時報·e公司記者了解到，目前硅基負極市場價在20萬~30萬元/噸，相比5萬元/噸的中端人造石墨價格高出4~6倍，毛利率達50%。

    不過，現(xiàn)有價格下硅基負極缺乏性價比優(yōu)勢，這可能影響其在主流車型上的應用。按照中金研報的測算，高鎳811軟包電池使用450mAh/g的硅碳負極，全電池能量密度可以自280Wh/kg提升至295Wh/kg，提升幅度約5%，不及負極成本提升幅度。

    市面上已經(jīng)有少數(shù)車型開始應用硅基負極材料。特斯拉Model3等車型在負極中摻入少量的硅。近期廣汽埃安AIONLXPlus車型上市，千里版搭載了海綿硅負極片電池技術，能實現(xiàn)1000公里續(xù)航。

    “這款海綿硅負極片電池采用三元正極，搭配氧化亞硅負極材料，克容量和摻硅比例都高于市面上現(xiàn)有車型的水平。一般而言，硅基負極最適合在圓柱電池上使用，但我們率先實現(xiàn)了將其應用在方形電池上，因為我們在電池材料體系上做了提升，并且整包設計上導入了彈匣電池的設計思路。”廣汽埃安技術中心高級經(jīng)理李進告訴證券時報·e公司記者。

    不過，整體來看，當前應用硅基負極的電池摻硅比例較低，還未完全發(fā)揮出硅基負極的優(yōu)勢。有熟悉負極材料的人士對證券時報·e公司記者表示，硅基負極短期內難以給廠商帶來直觀的營利貢獻，復合摻雜的方案下增量空間也比較有限，還需要等待工藝技術的突破。

    “相比于消費領域，動力電池企業(yè)對成本更加敏感，最近又需要面對各種原材料的漲價壓力，硅基負極目前的價格可能難以接受，但等將來技術成熟后，會有更多公司參與競爭，價格相應會有所下降。”一位鋰電行業(yè)分析師告訴證券時報·e公司記者。

    在高毛利下，材料廠商實質上也有相當?shù)目臻g向下游讓利。石大勝華在可行性報告中測算，硅基負極成品銷售價格預計為7.3萬元/噸，這與市場上高端人造石墨的價格已經(jīng)相近。任建國也認為，最終硅基負極性價比能夠達到與高端人造石墨相一致的水準。

    “硅基負極具備可觀的降本空間，因為人造石墨生產能耗比較高，且石墨化環(huán)節(jié)成本占50%，而硅基負極可以避免這道工序。”李進表示。

    值得一提的是，硅基負極的應用還將伴隨一批配套材料的成熟。為了克服膨脹，改善導電性、首次充放電效率等性能，采用硅基負極的電池需要配合以導電劑、粘結劑、補鋰劑等產品。部分廠商規(guī)劃了配套產品的項目，石大勝華近期公告稱，將投資9.35億元建設2萬噸/年正極補鋰劑項目；投資3.18億元建設1萬噸/年新型導電劑項目。硅寶科技也在硅基負極項目中同時規(guī)劃了4萬噸/年專用粘合劑生產基地。

    4680暖風吹來

    當前硅基負極主要應用在消費電子、電動工具等領域，而蘊藏更大增量空間的是動力電池領域，尤其即將到來的4680電池將成為改變市場的暖風。

    特斯拉在2020年首次發(fā)布4680圓柱電池，其命名來源于直徑46mm、高80mm的尺寸。這款電池正極采用高鎳三元材料，搭配硅基負極，并具有無極耳和干電極設計，使其相對于上一代的2170電池續(xù)航里程提升16%、功率輸出提升6倍、能量提升5倍，且成本也將下降14%。特斯拉CEO馬斯克曾直言，這款電池將使2.5萬美元的電動車成為可能。

    目前4680電池已經(jīng)處于大規(guī)模量產前夜。特斯拉2月19日宣布弗里蒙特工廠1月份已生產100萬塊4680電池，預計將在2022年第一季度率先用于ModelY車型。按照每輛車配備1000塊電池估算，100萬塊電池可滿足1000輛ModelY的生產。

    除了自建產線之外，特斯拉還與供應商合作。松下和LG新能源均計劃在2023年量產4680電池，松下位于日本和歌山縣的工廠正在引進2條產線，LG新能源也開始建設一條試點生產線。

    國內也有多家廠商開始布局。億緯鋰能具備4680的技術儲備，并在2021年11月公告稱，將在荊門投建20GWh乘用車用大圓柱電池生產線，有市場猜測其客戶是特斯拉或寶馬。此外，比克電池也在進行全極耳大圓柱電池的應用開發(fā)，預計2022年推出量產標品。

    另外有行業(yè)信息稱，寧德時代規(guī)劃了8條4680電池產線，共12GWh。“寧德時代現(xiàn)在主要面臨的還是性價比的問題，應用硅基負極的成本過高，如果能量密度能達到550Wh/kg的電池量產，就意味著硅基負極的應用成熟了。”一位硅基負極研發(fā)人士告訴證券時報·e公司記者。

    需要注意的是，國內一些4680電池與特斯拉的工藝技術并不完全等同。“如果只是尺寸變化，那4680電池很快就能做出來，前些年就有一些18650電池廠嘗試做過一些無極耳產品出貨，但如果像特斯拉那樣融入很多新技術，那就很不容易了。”墨柯表示。

    硅基負極廠商已經(jīng)開始瞄準動力電池目標客戶。石大勝華表示，公司與國內頭部鋰電池企業(yè)前期技術對接工作持續(xù)進行中，超過5家企業(yè)的研發(fā)人員表示愿意與公司開展技術共同開發(fā)合作。

    上述硅基負極研發(fā)人士預計，特斯拉4680量產后一年左右，國內廠商能夠跟進。硅基負極在動力電池領域放量的時間點大約在2023年，屆時可能出現(xiàn)產能缺口，“今年以來已經(jīng)有頭部電池廠開始和負極廠商頻繁互動，了解材料性能提升的進度。”

    今年下游需求漸暖是多家廠商的共同感受。任建國也表示，前些年整個市場規(guī)模處在一個平臺期階段，今年開始有增量爬坡的跡象。國內暫時沒有看到成熟的4680產線，而海外已經(jīng)開始逐漸起量，貝特瑞的硅基負極目前主要供應海外大客戶。

    更長遠來看，硅基負極的應用未必局限在4680電池。上述鋰電行業(yè)分析師表示，在圓柱、方形和軟包三種電池路線中，圓柱電池的一致性是最強的，所以可以用一些比較激進的材料，而軟包電池安全系數(shù)最低，因此一定要用最穩(wěn)妥的材料。如果技術改進能夠有效控制硅基負極的膨脹系數(shù)，那么其實方形和軟包電池都能用起來。

    在車端應用方面，李進表示，廣汽埃安正在嘗試將硅基負極用在更多車型上，業(yè)內其他公司也有這方面的規(guī)劃。短期內硅基負極仍會局限在中高端車型，但伴隨材料降本，有望應用在更多主流車型。