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锂电负极材料龙头企业贝特瑞近日宣布,2022年首笔投资投向了硅基负极材料项目。根据计划,该公司将投资50亿元,建设年产4万吨硅基负极材料项目,首期1.5万吨将在2023年12月底前建成投产。
硅基负极被看作最具前景的下一代锂电池负极材料,它具有能量密度高、原料分布广泛、放电平台合适等优点,是未来最可能大规模应用的新型负极材料之一,能够大幅改善锂离子电池的能量密度。
在此背景下,硅基负极吸引了多方关注,多家传统负极材料厂纷纷布局。例如,杉杉股份硅基负极产品已实现批量供货,主要应用在3C领域;翔丰华硅基负极已经具备产业化基本条件;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。
一些跨界厂商也纷纷入局。主营电解液材料的石大胜华,其一期1000吨硅基负极已进入试生产阶段,预计今年下半年批量出货。此外,公司还规划了2万吨级硅基负极产线,总投资额7.3亿元,预计将于2023年12月份建成投产。
除了在消费电子、电动工具等领域的广泛应用,硅基负极在动力电池领域拥有更大的增量空间,尤其目前4680大圆柱电池已正式进入量产阶段,硅基负极或成为直接受益者。“现在大部分大圆柱电池都搭配硅基负极,特斯拉、三星、LG等企业都在高容量的圆柱电池里用了硅基负极。随着4680大圆柱电池开始量产,硅基负极市场也将出现爆发式增长。”伊维经济研究院研究部总经理吴辉向记者表示。
虽然目前硅基负极市场需求很大,但仍处于产业化初期。在业内人士看来,硅基负极还需要在性能方面持续优化。“硅基负极要实现产业化,还需要解决硅负极膨胀的问题。另外就是降低成本,目前价格还比较贵。”吴辉指出。
硅基负极的硅体积易膨胀、导电性差、首次充放电损耗大等问题也有待解决。由于硅材料在充放电时体积膨胀可达120%-300%,将影响电池首充效率与寿命,目前还无法实现全硅负极,主流的方式是将硅掺杂到石墨负极之中混合使用。目前量产产品的掺硅比例大多在10%以下,有望逐步提升。
吴辉告诉记者,虽然目前硅基负极的市场价格在实时变动,但单价明显高于石墨负极。据了解,石墨负极的价格一般在3万-6万元/吨,据天风证券测算,硅负极纯品价格一般在30万-70万元/吨,复合品价格一般在8万-12万元/吨。硅基负极在应用上缺乏价格优势。据中金研报测算,高镍811软包电池使用450毫安时每克的硅碳负极,全电池能量密度可以自280瓦时/千克提升至295瓦时/千克,提升幅度约5%。
从产业上看,不少企业已布局生产线,进行小批量生产,硅基负极的市场潜能正在逐渐打开。高工产业研究院的统计数据显示,2020年中国复合硅基负极出货量0.6万吨,2021年出货量1.1万吨,同比增长83.3%。
中金公司研判,2022年有望成为硅基负极产业化元年,预计2025年全球硅基负极需求量有望达到20万吨,其中消费电池渗透率有望达50%,对应约7万吨硅基负极需求;圆柱和方形动力电池中渗透率分别达到35%和20%,对应约13万吨硅基负极需求。
业内普遍认为,目前硅基负极材料的渗透率在逐步提升,让电池企业对于电池续航的提升有了新的技术发展方向。“随着国内负极材料生产企业的快速布局,以及4680大圆柱量产的带动,硅基负极的市场渗透率将逐步提升,迎来进一步发展。”吴辉表示。
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硅基负极主要是指石墨掺硅复合材料,掺杂产品包括硅碳负极材料及硅氧负极材料,能够大幅改善锂离子电池的能量密度,被业内看作最具潜力的下一代锂电池负极材料。
容量是衡量负极材料性能的关键指标之一,电池电芯能量密度和负极材料的克容量正相关。目前,高端石墨克容量已经达到360毫安时/克-365毫安时/克,接近理论值。从负极材料角度看,电芯能量密度的提升需要开发出具有更高克容量的负极材料。硅基负极材料最高克容量可达4200毫安时/克,远远超过石墨。虽然当前负极材料仍以石墨为主流,但近两年硅基负极需求量已经明显提升。
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