随着新能源车的普及，为适应更高能量密度的电池需求，硅基负极材料正步入产业视野。硅基负极被看作下一代锂电池负极材料，已经明显感受到需求跨过平台期。有业内人士预计，即将2022年迎来爆发，2023年开始放量。随着更多原材料企业的加入，硅基负极材料被列入了工信部重点新材料，将成为国家重点鼓励发展的新能源电池材料之一。
多家企业入局
被誉为“北交所明星股”、锂电负极材料龙头的贝特瑞，近日宣布，2022年新春开年首笔投资投向了硅基负极材料项目。最新公告显示，中国宝安子公司贝特瑞拟与深圳市光明区政府签署投资合作协议，拟在深圳市光明区内投资建设年产4万吨硅基负极材料项目，项目预计总投资50亿元。
而随着硅基负极材料的“明星”效应不断释放，多家传统负极材料厂都已经开始入局硅基负极。据公告，璞泰来在江西和江苏溧阳均建设有硅基负极中试线，已经通过部分客户认证；翔丰华硅基负极已经具备产业化基本条件。动力电池厂商国轩高科也有5000吨/年硅基负极材料项目正在建设中。
据了解，中国负极行业产量在已经占据全球约六成以上市场，贝特瑞、璞泰来、杉杉股份市场份额占比居前。业内人士表示，当前硅基负极主要应用在消费电子、电动工具等领域，而蕴藏更大增量空间的是动力电池领域，尤其即将到来的4680电池将成为改变市场的暖风。目前，4680电池已经处于大规模量产前夜。
诸多难题破解
公开资料显示，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。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。碳基材料是目前使用最为广泛的负极材料，其理论比容量为372mAh/g。
然而，硅基负极材料也存在硅易体积膨胀、导电性差、首次充放电损耗大等问题。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。
针对此短板，科研人员发现，以碳辅硅，兼具容量与寿命。据此，业内提出的解决方案是，将硅碳复合材料与硅氧复合材料作为硅基负极的主要技术路线。具体说，就是在能量密度和稳定性之间寻找平衡，以实现材料性能的实际改善。
当前的硅基负极产品是将硅和石墨掺杂起来复合使用，以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。而对于新能源车普遍采用的锂电池负极材料而言，一般分为碳系负极和非碳系负极，其中，硅碳负极材料相比于石墨负极材料的比容量大，能极大提高锂电池的能量密度，被认为当前性能最好的负极材料。
然而，新的问题又出现了，虽然硅基材料缓解了纯硅材料的体积膨胀，但硅基负极的寿命与首次充电效率相较于碳基负极仍有差距。对此，业内提出了更新的解决方案，一是负极预锂化，即在电池工作前向电池内部补充锂离子，将有效提升首次充电效率与电池寿命；二是改进硅基复合材料，除硅碳（纳米硅）路线、硅氧路线外，通过加入碳纳米管、石墨烯等新型导电剂材料，也将提升硅基负极的寿命与循环性能。
或迎市场爆发
在业内看来，硅基负极材料即将迎来市场爆发。国内主要硅基负极材料生产企业包括中科电气、贝特瑞、江西正拓、深圳斯诺等，其中，贝特瑞具备先发优势，目前已经进入了松下-特斯拉的供应链，同时已量产供货给韩国的三星电池，并计划提升惠州工厂的产能，硅碳和硅氧各生产3000吨/年。
与此同时，比亚迪、宁德时代、国轩高科、贝特瑞、杉杉股份、力神、比克、万向等都展开了对硅碳负极材料的布局。其中，杉杉股份的高容量硅合金负极材料已小批量生产，并对宁德时代供货。从产业来看，硅碳负极材料在国内的发展处于初期阶段，不少企业已布局生产线，进行小批量生产。据数据统计，2020年国内的硅碳负极材料出货量为0.9万吨，占总负极材料出货量的比例约2%。
业内普遍认为，国内的硅碳负极材料产业化需要一个整合过程，一方面要求上游材料企业提高产品的性能，另一方面还要调配好与其它掺杂材料的比例，以及与电池企业研究锂电池封装工艺的提升。相信随着国内负极材料生产企业的快速布局，市场的渗透率逐步提升，规模级的产业化将会加快来临，硅碳负极材料的市场规模将会迎来春天。
