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多家企業入局這一新型鋰電池負極材料賽道！
時間:2023-12-05 18:03來源:綠研院 作者:子蕊
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據國家知識產權局公告，近日，億緯鋰能、德方納米2大電池公司分別申請了與硅有關的負極材料的專利。其中，億緯鋰能申請一項名為“一種硅復合負極材料及其制備方法和二次電池“；德方納米申請一項名為“含高熵合金相的硅碳負極材料及其制備方法和鋰離子電池“。
具體來看，億緯鋰能專利摘要顯示，本發明提供一種硅復合負極材料及其制備方法和二次電池。本發明設計的人工SEI膜層不僅能夠降低界面阻抗，提高硅負極材料的容量，還能夠改善硅負極材料的循環性能。
德方納米的專利摘要顯示，本發明提供一種含高熵合金相的硅碳負極材料及其制備方法和鋰離子電池，所述硅碳負極材料包括：含碳、硅和金屬元素的高熵合金。本發明能制得含高熵合金相的硅碳負極材料，有利于擴大硅碳負極材料的應用市場。
企業紛紛入局新型鋰電負極材料
除了以上兩家公司，還有多家公司都在進軍這一新型負極材料賽道。
硅寶科技12月5日在投資者互動平臺表示，公司已建成1000噸/年硅碳負極材料中試生產線，產品正在給動力電池廠客戶送樣測評，目前處于大規模送樣階段。后期將根據客戶需要進行批量供貨。
11月22日，內蒙古準格爾旗人民政府與常州硅源新能材料有限公司就年產2萬噸硅碳負極材料項目舉行簽約儀式。該項目總投資22億元，建成后將成為世界規模最大、國內產能第一的硅碳負極材料項目。常州硅源新能材料有限公司主要從事鋰離子電池硅碳負極材料的研發、生產和銷售，是全球少數幾家可以批量化生產硅碳負極材料的企業，
目前，位于深圳光明區公明街道的貝特瑞4萬噸硅基負極材料擴建項目主體已初具規模。該項目預計總投資50億元，將開展具有高容量、優異循環性能和倍率性能的硅碳負極材料關鍵技術研究及生產線，建成投產后可實現年產4萬噸的硅負極材料生產能力。項目分兩期建設，其中一期1.5萬噸生產能力。
近日，珠海冠宇在接受機構調研時表示，硅碳負極材料具有能量密度高等優點，是較具潛力的新型負極材料，公司也在不斷地研發與測試，并推出解決方案，已有部分產品采用硅碳負極的電池設計方案。
11月29日，3家鋰電企業在投資者互動平臺透露公司在硅基負極/硅碳負極方面的現狀、進展、產能規劃等。其中，硅寶科技硅碳負極材料擁有硅烷裂解法、砂磨法和高溫氣相法等多種生產工藝，可以根據客戶需求采用不同工藝生產。目前公司已建成1000噸/年硅碳負極材料中試生產線，明年公司將建成3000噸/年硅碳負極材料生產線。
璞泰來表示，公司安徽紫宸的硅基負極產能將逐步釋放，相關產能計劃于2024年底建成投產。
回天新材稱，公司鋰電負極膠產品PAA和SBR均可應用于硅碳負極材料的粘接，目前公司負極膠產品已在行業頭部客戶處實現批量供貨或測試應用。
最新進展方面，目前協鑫能科二代物理法硅碳首效純度>89%，應用領域新能源車、動力工具等；協鑫能科三代氣相法硅碳首效純度>90%，應用領域3C電子、新能源車等。
今年10月，武漢科技大學科研團隊成功研發出“高性能鋰電池硅碳負極材料”，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航里程。
下一代鋰電池負極材料？
硅負極材料之所以被這么多企業看好，說明其必然有一些“過人之處”。
眾所周知，如今，提高電池能量密度是整個電池產業的目標，這當中包括對于正負極材料的改進。目前正極材料已經有鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等大量選擇，負極材料領域最主流的只有石墨。
市面上的負極材料大致可以分為碳基材料（包括石墨類、無定形碳、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，廣泛使用的傳統石墨負極能量密度只有372mAh/g，已經接近其理論比容量的天花板，更新迭代已提上日程。
據研究，硅的理論容量高達4200mAh/g，是目前廣泛流行的石墨類負極材料的10倍以上，且儲量豐富、成本低廉、安全性好。硅基負極被公認為最有潛力的下一代鋰離子電池負極材料。
硅基負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，且低溫性能優越，滿足了新能源汽車、消費級電子產品、儲能電池系統等領域發展的需要。
目前硅碳復合材料和硅氧復合材料是硅基負極的主要技術路線。其中硅碳負極是指納米硅與碳材料混合，用于緩沖硅在脫嵌鋰離子過程中產生的應力和形變。目前硅碳負極的商業化容量在450mAh/g 以下，首效高，但體積膨脹較大，循環性能也相對較差；硅氧負極采用氧化亞硅和石墨材料混合，其循環性能得到較大提升。硅氧負極首效低，成本高，制備過程并不唯一。目前硅氧進展較快，硅碳負極材料尚未形成標準化制備方法，規模化生產存在一定困難。
有機構預計，2025年全球硅基負極出貨量有望達到14.9萬噸，滲透率將達到5.4%。可見，硅基負極市場空間巨大。
其實，早在2020年，特斯拉發布的4680圓柱電池就采用了硅基負極，該電池采用高鎳正極+硅碳負極材料，能量密度達300Wh/kg。且相比Model3中2170電池的5%添加量，4680電池中硅基負極的添加量預計增加一倍。
其他入局企業方面，電池企業有寧德時代、億緯鋰能、中創新航、蜂巢能源、力神電池等。同時，硅基負極電池裝車提速，國內市場上，蔚來、智己等品牌旗下車型，國際市場上，奔馳電動大G（EQG）等開始搭載硅基負極動力電池。
需要注意的是，硅基負極負極材料膨脹問題依然無法解決。據悉，硅在嵌鋰的過程中，會產生高達300%的體積膨脹。
除了膨脹之外，硅基負極材料還面臨所需的納米硅生產成本高、工藝復雜等難點。不過，這些難點未來有望改善，近日，硅寶科技董事長王有治在某論壇上表示，“由于價格問題，硅碳負極材料現在尚未得到大規模應用，從發展趨勢和技術創新步伐來看，硅碳負極材料成本和價格肯定能隨著產業的推進達到鋰電池廠商認可的合理范圍，硅碳負極材料的春天即將到來。”
還有業內人士表示，針對硅碳復合材料技術路線，業界一直存在一定爭議，但目前市場已較為明晰，各類硅碳復合材料的量產工藝及設備尚未穩定下來，這為初創企業提供了曲線超車的潛在機會。不過，由于頭部企業的先發優勢，初創公司的機會相對有限。
(責任編輯：子蕊)
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