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多家企業(yè)入局這一新型鋰電池負(fù)極材料賽道！
時(shí)間:2023-12-05 18:03來(lái)源:綠研院 作者:子蕊
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據(jù)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局公告，近日，億緯鋰能、德方納米2大電池公司分別申請(qǐng)了與硅有關(guān)的負(fù)極材料的專利。其中，億緯鋰能申請(qǐng)一項(xiàng)名為“一種硅復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法和二次電池“；德方納米申請(qǐng)一項(xiàng)名為“含高熵合金相的硅碳負(fù)極材料及其制備方法和鋰離子電池“。
具體來(lái)看，億緯鋰能專利摘要顯示，本發(fā)明提供一種硅復(fù)合負(fù)極材料及其制備方法和二次電池。本發(fā)明設(shè)計(jì)的人工SEI膜層不僅能夠降低界面阻抗，提高硅負(fù)極材料的容量，還能夠改善硅負(fù)極材料的循環(huán)性能。
德方納米的專利摘要顯示，本發(fā)明提供一種含高熵合金相的硅碳負(fù)極材料及其制備方法和鋰離子電池，所述硅碳負(fù)極材料包括：含碳、硅和金屬元素的高熵合金。本發(fā)明能制得含高熵合金相的硅碳負(fù)極材料，有利于擴(kuò)大硅碳負(fù)極材料的應(yīng)用市場(chǎng)。
企業(yè)紛紛入局新型鋰電負(fù)極材料
除了以上兩家公司，還有多家公司都在進(jìn)軍這一新型負(fù)極材料賽道。
硅寶科技12月5日在投資者互動(dòng)平臺(tái)表示，公司已建成1000噸/年硅碳負(fù)極材料中試生產(chǎn)線，產(chǎn)品正在給動(dòng)力電池廠客戶送樣測(cè)評(píng)，目前處于大規(guī)模送樣階段。后期將根據(jù)客戶需要進(jìn)行批量供貨。
11月22日，內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾旗人民政府與常州硅源新能材料有限公司就年產(chǎn)2萬(wàn)噸硅碳負(fù)極材料項(xiàng)目舉行簽約儀式。該項(xiàng)目總投資22億元，建成后將成為世界規(guī)模最大、國(guó)內(nèi)產(chǎn)能第一的硅碳負(fù)極材料項(xiàng)目。常州硅源新能材料有限公司主要從事鋰離子電池硅碳負(fù)極材料的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，是全球少數(shù)幾家可以批量化生產(chǎn)硅碳負(fù)極材料的企業(yè)，
目前，位于深圳光明區(qū)公明街道的貝特瑞4萬(wàn)噸硅基負(fù)極材料擴(kuò)建項(xiàng)目主體已初具規(guī)模。該項(xiàng)目預(yù)計(jì)總投資50億元，將開展具有高容量、優(yōu)異循環(huán)性能和倍率性能的硅碳負(fù)極材料關(guān)鍵技術(shù)研究及生產(chǎn)線，建成投產(chǎn)后可實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)4萬(wàn)噸的硅負(fù)極材料生產(chǎn)能力。項(xiàng)目分兩期建設(shè)，其中一期1.5萬(wàn)噸生產(chǎn)能力。
近日，珠海冠宇在接受機(jī)構(gòu)調(diào)研時(shí)表示，硅碳負(fù)極材料具有能量密度高等優(yōu)點(diǎn)，是較具潛力的新型負(fù)極材料，公司也在不斷地研發(fā)與測(cè)試，并推出解決方案，已有部分產(chǎn)品采用硅碳負(fù)極的電池設(shè)計(jì)方案。
11月29日，3家鋰電企業(yè)在投資者互動(dòng)平臺(tái)透露公司在硅基負(fù)極/硅碳負(fù)極方面的現(xiàn)狀、進(jìn)展、產(chǎn)能規(guī)劃等。其中，硅寶科技硅碳負(fù)極材料擁有硅烷裂解法、砂磨法和高溫氣相法等多種生產(chǎn)工藝，可以根據(jù)客戶需求采用不同工藝生產(chǎn)。目前公司已建成1000噸/年硅碳負(fù)極材料中試生產(chǎn)線，明年公司將建成3000噸/年硅碳負(fù)極材料生產(chǎn)線。
璞泰來(lái)表示，公司安徽紫宸的硅基負(fù)極產(chǎn)能將逐步釋放，相關(guān)產(chǎn)能計(jì)劃于2024年底建成投產(chǎn)。
回天新材稱，公司鋰電負(fù)極膠產(chǎn)品PAA和SBR均可應(yīng)用于硅碳負(fù)極材料的粘接，目前公司負(fù)極膠產(chǎn)品已在行業(yè)頭部客戶處實(shí)現(xiàn)批量供貨或測(cè)試應(yīng)用。
最新進(jìn)展方面，目前協(xié)鑫能科二代物理法硅碳首效純度>89%，應(yīng)用領(lǐng)域新能源車、動(dòng)力工具等；協(xié)鑫能科三代氣相法硅碳首效純度>90%，應(yīng)用領(lǐng)域3C電子、新能源車等。
今年10月，武漢科技大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出“高性能鋰電池硅碳負(fù)極材料”，適用于超高容量的各類鋰電池，有望極大地提高新能源汽車的續(xù)航里程。
下一代鋰電池負(fù)極材料？
硅負(fù)極材料之所以被這么多企業(yè)看好，說(shuō)明其必然有一些“過(guò)人之處”。
眾所周知，如今，提高電池能量密度是整個(gè)電池產(chǎn)業(yè)的目標(biāo)，這當(dāng)中包括對(duì)于正負(fù)極材料的改進(jìn)。目前正極材料已經(jīng)有鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等大量選擇，負(fù)極材料領(lǐng)域最主流的只有石墨。
市面上的負(fù)極材料大致可以分為碳基材料（包括石墨類、無(wú)定形碳、碳納米管、石墨烯）、非碳基材料（包括硅基材料、鈦基材料、錫基材料）兩大類。然而，廣泛使用的傳統(tǒng)石墨負(fù)極能量密度只有372mAh/g，已經(jīng)接近其理論比容量的天花板，更新迭代已提上日程。
據(jù)研究，硅的理論容量高達(dá)4200mAh/g，是目前廣泛流行的石墨類負(fù)極材料的10倍以上，且儲(chǔ)量豐富、成本低廉、安全性好。硅基負(fù)極被公認(rèn)為最有潛力的下一代鋰離子電池負(fù)極材料。
硅基負(fù)極不僅具有很高的理論比容量，能滿足高倍率充放電的需求，且低溫性能優(yōu)越，滿足了新能源汽車、消費(fèi)級(jí)電子產(chǎn)品、儲(chǔ)能電池系統(tǒng)等領(lǐng)域發(fā)展的需要。
目前硅碳復(fù)合材料和硅氧復(fù)合材料是硅基負(fù)極的主要技術(shù)路線。其中硅碳負(fù)極是指納米硅與碳材料混合，用于緩沖硅在脫嵌鋰離子過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力和形變。目前硅碳負(fù)極的商業(yè)化容量在450mAh/g 以下，首效高，但體積膨脹較大，循環(huán)性能也相對(duì)較差；硅氧負(fù)極采用氧化亞硅和石墨材料混合，其循環(huán)性能得到較大提升。硅氧負(fù)極首效低，成本高，制備過(guò)程并不唯一。目前硅氧進(jìn)展較快，硅碳負(fù)極材料尚未形成標(biāo)準(zhǔn)化制備方法，規(guī)模化生產(chǎn)存在一定困難。
有機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)，2025年全球硅基負(fù)極出貨量有望達(dá)到14.9萬(wàn)噸，滲透率將達(dá)到5.4%。可見，硅基負(fù)極市場(chǎng)空間巨大。
其實(shí)，早在2020年，特斯拉發(fā)布的4680圓柱電池就采用了硅基負(fù)極，該電池采用高鎳正極+硅碳負(fù)極材料，能量密度達(dá)300Wh/kg。且相比Model3中2170電池的5%添加量，4680電池中硅基負(fù)極的添加量預(yù)計(jì)增加一倍。
其他入局企業(yè)方面，電池企業(yè)有寧德時(shí)代、億緯鋰能、中創(chuàng)新航、蜂巢能源、力神電池等。同時(shí)，硅基負(fù)極電池裝車提速，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，蔚來(lái)、智己等品牌旗下車型，國(guó)際市場(chǎng)上，奔馳電動(dòng)大G（EQG）等開始搭載硅基負(fù)極動(dòng)力電池。
需要注意的是，硅基負(fù)極負(fù)極材料膨脹問(wèn)題依然無(wú)法解決。據(jù)悉，硅在嵌鋰的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生高達(dá)300%的體積膨脹。
除了膨脹之外，硅基負(fù)極材料還面臨所需的納米硅生產(chǎn)成本高、工藝復(fù)雜等難點(diǎn)。不過(guò)，這些難點(diǎn)未來(lái)有望改善，近日，硅寶科技董事長(zhǎng)王有治在某論壇上表示，“由于價(jià)格問(wèn)題，硅碳負(fù)極材料現(xiàn)在尚未得到大規(guī)模應(yīng)用，從發(fā)展趨勢(shì)和技術(shù)創(chuàng)新步伐來(lái)看，硅碳負(fù)極材料成本和價(jià)格肯定能隨著產(chǎn)業(yè)的推進(jìn)達(dá)到鋰電池廠商認(rèn)可的合理范圍，硅碳負(fù)極材料的春天即將到來(lái)。”
還有業(yè)內(nèi)人士表示，針對(duì)硅碳復(fù)合材料技術(shù)路線，業(yè)界一直存在一定爭(zhēng)議，但目前市場(chǎng)已較為明晰，各類硅碳復(fù)合材料的量產(chǎn)工藝及設(shè)備尚未穩(wěn)定下來(lái)，這為初創(chuàng)企業(yè)提供了曲線超車的潛在機(jī)會(huì)。不過(guò)，由于頭部企業(yè)的先發(fā)優(yōu)勢(shì)，初創(chuàng)公司的機(jī)會(huì)相對(duì)有限。
(責(zé)任編輯：子蕊)
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