作為高能量密度的“絕佳助攻”，硅碳負(fù)極材料有望迎來(lái)需求噴發(fā)。據(jù)外媒近日?qǐng)?bào)道，特斯拉決定進(jìn)一步提升4680電池產(chǎn)量，相較于去年三季度，該類(lèi)電池特斯拉的產(chǎn)量已經(jīng)提升了將近兩倍。此前特斯拉設(shè)立2023年自產(chǎn)4680電池的產(chǎn)能目標(biāo)為100G-200GWh。據(jù)特斯拉官方信息，4680電池采用高鎳正極+硅碳負(fù)極材料，能量密度達(dá)300Wh/kg。
按照光大證券的預(yù)計(jì)，2025年特斯拉搭載4680電池的車(chē)型銷(xiāo)量將超160萬(wàn)輛，占總銷(xiāo)量的近50%，裝機(jī)量預(yù)計(jì)將達(dá)123GWh。在特斯拉銷(xiāo)量高企、4680技術(shù)不斷成熟的背景下，預(yù)計(jì)2025年全球4680電池裝機(jī)量預(yù)計(jì)將達(dá)264GWh。
業(yè)內(nèi)機(jī)構(gòu)研究，根據(jù)噸/GWh的材料用量，考量特斯拉體系下的4680電池拉動(dòng)的關(guān)鍵材料需求。其中硅作為負(fù)極主材，需求增勢(shì)最為顯著，預(yù)計(jì)到2030年，特斯拉4680電池對(duì)硅碳負(fù)極材料的需求將達(dá)到約237萬(wàn)噸。
01
寧德/蜂巢/孚能/力神等紛紛布局
硅材料能憑借其高容量特性，極大提升電池的能量密度，硅的理論容量能達(dá)到4200mAh/g，遠(yuǎn)優(yōu)于當(dāng)前廣泛使用的石墨材料的容量(372mAh/g)。而且，硅基負(fù)極在具備較高克容量的同時(shí),也能滿足快充所需的倍率性能的要求。
為攀登高能量密度高峰、挑戰(zhàn)快充速度，眾多主流電池廠商紛紛采用高鎳正極搭配硅基負(fù)極方案。今年6月，德國(guó)某豪華品牌一款車(chē)型電池包在中汽研進(jìn)行了整包安全法規(guī)認(rèn)證測(cè)試。該電池包采用的電芯來(lái)自蜂巢能源，材料體系為三元高鎳+硅負(fù)極，電芯能量密度達(dá)到260Wh/kg。此前，蜂巢能源發(fā)布的納米網(wǎng)硅負(fù)極材料 ,可支持 4C 快充。
作為電池領(lǐng)域的“國(guó)家隊(duì)”，在今年4月的中央企業(yè)新能源論壇上，力神電池宣布將推出4695大圓柱電池，采用高鎳三元搭配硅碳負(fù)極，能量密度高達(dá)280Wh/Kg，能夠滿足1000公里汽車(chē)?yán)m(xù)航;15min快充及10年80萬(wàn)公里的高端新能源汽車(chē)應(yīng)用要求。
麒麟電池為寧德時(shí)代當(dāng)家王牌技術(shù)產(chǎn)品，一直備受業(yè)內(nèi)矚目。今年4月，作為寧德時(shí)代麒麟電池的全球量產(chǎn)首發(fā)車(chē)型，極氪汽車(chē)的純電中大型MPV極氪009車(chē)型正式交付。該車(chē)型搭載的麒麟電池采用了高鎳正極、硅基負(fù)極電芯，能量密度可達(dá)255Wh/kg，支持5分鐘快速熱啟動(dòng)及10min充電80%。
全球首家將硅碳復(fù)合材料作為電池負(fù)極材料并實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用的電池企業(yè)，孚能科技曾宣布計(jì)劃采用高鎳正極+硅碳負(fù)極材料，打造300-400Wh/kg的產(chǎn)品體系。系統(tǒng)容量覆蓋80KWh-150KWh，適用于當(dāng)前主流車(chē)型及續(xù)航里程的需求。
據(jù)了解，比克電池早在2015年就量產(chǎn)了高鎳三元811+含硅負(fù)極的18650電芯;公司認(rèn)為高鎳三元正極配合石墨+硅負(fù)極的大圓柱電池會(huì)成為豪華車(chē)標(biāo)配。在 2020 年底，國(guó)軒高科應(yīng)用硅基負(fù)極+預(yù)鋰化技術(shù)的LFP軟包電芯單體能量密度達(dá)到210Wh/kg，已超過(guò)三元NCM523的水平，接近三元NCM622 的能量密度，并于2022年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
02
商業(yè)化應(yīng)用開(kāi)啟
“目前硅基負(fù)極材料主要應(yīng)用于圓柱電池。全球硅基負(fù)極材料在圓柱電池中已經(jīng)量產(chǎn)和即將量產(chǎn)的企業(yè)，已經(jīng)有10家以上。”貝特瑞產(chǎn)品中心硅氧產(chǎn)品線總經(jīng)理龐春雷在由電池中國(guó)網(wǎng)舉辦的“Li+學(xué)社(第21期)技術(shù)大講堂”上表示，硅負(fù)極材料在圓柱電池里應(yīng)用比較容易，在軟包和方形電池中的應(yīng)用則相對(duì)困難些。
46系列大圓柱電池，將是未來(lái)硅基負(fù)極材料應(yīng)用的主要增長(zhǎng)點(diǎn)。硅基負(fù)極在充放電的過(guò)程中膨脹率極高，大圓柱電池的體積較大，為硅的膨脹預(yù)留了一定的空間，減少了膨脹所帶來(lái)的影響;大圓柱電池表面為弧形，硅基負(fù)極在膨脹時(shí)多個(gè)方向可以分?jǐn)偱蛎泬毫?，因此?duì)于硅基負(fù)極的膨脹容忍度更高。
天風(fēng)證券指出，目前主流的動(dòng)力電池包已能支持2C充電倍率，往上提升類(lèi)似木桶效應(yīng)，短板在負(fù)極，負(fù)極析鋰問(wèn)題還待解決。由于硅的析鋰風(fēng)險(xiǎn)小，且相較于碳所能接受的0.1V電壓，硅可忍受0.4V，采用硅負(fù)極成為解決負(fù)極短板的方法之一。
在材料供應(yīng)商方面，目前不少企業(yè)也都在積極布局硅基負(fù)極。勝華新材近日在互動(dòng)平臺(tái)表示，公司現(xiàn)有硅基負(fù)極產(chǎn)品為高首效型硅氧碳負(fù)極材料，可以應(yīng)用于4680高能量密度電池和3C電池中。
據(jù)龐春雷透露，目前貝特瑞的硅基負(fù)極材料年產(chǎn)能有幾千噸，去年公司又規(guī)劃投資50億元，將要建設(shè)年產(chǎn)4萬(wàn)噸的硅基負(fù)極產(chǎn)線，預(yù)計(jì)今年年底將建成投產(chǎn)1.5萬(wàn)噸產(chǎn)能。到2028年，公司將擁有約5萬(wàn)噸/年的硅基產(chǎn)能。
5月30日，璞泰來(lái)公告，擬投資22億元用于建設(shè)硅基負(fù)極研發(fā)生產(chǎn)基地，規(guī)劃產(chǎn)能1.2萬(wàn)噸。今年5月中科電氣在業(yè)績(jī)說(shuō)明會(huì)上表示，公司硅基類(lèi)負(fù)極材料目前已建設(shè)完成中試產(chǎn)線，并有產(chǎn)品向客戶進(jìn)行送樣測(cè)試。公司快充類(lèi)負(fù)極產(chǎn)品已成功在客戶端得到批量應(yīng)用，在產(chǎn)品的性能及性價(jià)比上得到了市場(chǎng)的較好回饋，并成為公司主要產(chǎn)品之一。
除此之外，今年3月，寧波杉杉4萬(wàn)噸硅基負(fù)極材料項(xiàng)目開(kāi)工，預(yù)計(jì)將于2024年初投產(chǎn)。今年2月，科創(chuàng)新材公告，公司擬投資建設(shè)年產(chǎn)6000噸新能源電池材料用碳化硅復(fù)合材料生產(chǎn)線。該項(xiàng)目總投資1.3億元。
業(yè)內(nèi)人士表示，近年來(lái)，經(jīng)過(guò)產(chǎn)業(yè)鏈頭部企業(yè)持續(xù)多年的研發(fā)投入，長(zhǎng)期困擾硅碳負(fù)極的膨脹問(wèn)題和硅氧負(fù)極的低首效問(wèn)題有望得到控制;同時(shí)，配套硅基負(fù)極產(chǎn)業(yè)化的工藝技術(shù)和設(shè)備也逐步趨于成熟，硅基負(fù)極的商業(yè)化應(yīng)用有望逐步開(kāi)啟。