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在新能源的浪潮中，锂电负极材料正经历一场革命性的变革。 2016年，韩国蔚山国立科学技术研究所（UNIST）实现了CVD工艺硅碳复合材料的批量生产，标志着硅材料在锂电领域的应用迈出了关键一步。 随后，科技巨头小米在2019年首次将硅碳负极应用于旗下概念机MIX Alpha，引领了一波硅碳负极技术的应用潮流。紧接着，特斯拉在2020年发布的4680电池，更是将这一技术推向了新的高度。 2021年，美国Group14公司商业化生产硅碳复合负极材料SCC55™产品，这一产品的问世，不仅在碳硅比例上取得了55：45的平衡，更在性能上实现了质的飞跃。2022年，天目先导的高端纳米硅碳负极材料全面量产，年产能达8000吨，为行业树立了新的标杆。 2023年，荣耀Magic5 Pro机型首次将商用硅碳负极电池技术应用于智能手机，而到了2024年，小米金沙江电池采用的硅碳负极技术更是达到了硅碳含量6%的新高度。 随着硅碳负极、掺硅补锂、无机预锂化硅碳负极等技术热词的不断涌现，“硅”已然成为锂电行业的新宠。目前，硅基负极以硅氧产品为主流，但放眼中长期，头部企业更倾向于采用CVD硅碳负极。  图1. 硅负极的两种不同技术路线 来源：粉体网 CVD硅碳负极的优点很多，包括产品组分均匀、结构致密、循环性能提升显著等等，核心优势是解决了硅嵌入锂时的体积膨胀问题。 如上图所示，该工艺的难点在于纳米硅的包覆，而包覆取决于包覆材料（多孔炭）的选型、沉积工艺和设备。 01 材料端：在众多硅包覆的碳材料中，多孔炭的匹配度最高，被誉为0-1的新材料。 多孔碳材料内部的空隙可消纳硅的体积膨胀，除此以外，多孔碳材料对硅的有效包覆，可极大减少硅与电解液的接触，阻止SEI膜的重复生长，因此可大大提升锂电池首次库伦效率。 但是，可满足硅碳负极的多孔炭产品目前生产难度还较大，虽然贝特瑞、江西紫宸等负极大厂也在积极布局多孔炭产品，但和专业的多孔炭厂家相比，在原料筛选、加工处理和降低能耗等方面，暂未具备明显优势。 按照原料种类，多孔炭可分为树脂基和木质基两种，前者的结构一致性和强度更优，后者因为原料来源广，性价比优势更显著。 02 设备端：流化床制备硅碳已经具备量产能力。 流化床化学气相沉积制备高性能硅氧碳负极材料技术目前已由百克级别实验室制备发展至百公斤级中试阶段，可见制备生产能力显著提升，产品已通过企业评测实现技术转化，未来有望进一步实现百吨级工业应用阶段。 2024年5月9日，内蒙古硅源新能电子材料科技有限公司年产2万吨硅碳负极材料项目在准格尔旗开工。项目以多孔碳、甲硅烷、丙烯、乙炔为原料，通过碳原料(固体粉末)烧结、纯化，硅烷气冷氢化、歧化反应、渣浆/高沸，硅碳负极材料沉积、包覆，尾气焚烧等工艺产出硅碳负极材料产品。  图2. 准格尔旗年产2万吨硅碳负极材料项目开工仪式 来源：鄂尔多斯实验室 03 上项目、扩产能，头部企业纷纷加码。 国内外已有贝特瑞、天麦先导等多家企业涉足硅基材料开发，但整体产能规模较小，其中贝特瑞产能约为2000吨，而天麦先导、南溪智德规划万吨级产能，但实际产能仅几百吨。 国内方面，在硅基负极主要布局的厂商包括宁德时代、杉杉股份、贝特瑞、江西紫宸（璞泰来全资子公司）、天目先导、翔丰华、凯金能源、中科电气、湖南星城等几家公司。企业整体产能规模较小，其中贝特瑞年产能约为2000吨，天目先导、兰溪致德等规划万吨级产能，但均未放量。 国外方面，除美国Grope14外，日本信越、日立化成、三菱化学和韩国GS集团以及美国Enevate等公司也有所布局。2021年，Group14宣布其旗舰产品——硅碳复合负极材料SCC55™（碳硅比例55：45）已在全球首家同类BAM工厂（电池活性材料工厂）开始商业化生产，可实现硅碳负极实现克容量1800mAh/g，循环性能超过1000次。目前，该公司已获得保时捷、ATL、光石、BASF（巴斯夫）、SK全球、微软、美国碳中和基金的投资。  2024年5月8日，工信部发布《公开征求对锂电池行业规范条件及公告管理办法（征求意见稿）的意见》，明确要求硅碳负极比容量要≥480mAh/g。 业内人士表示，新规格条件对负极材料产业性能要求并不高，国内负极龙头杉杉股份的硅碳产品比容量可以达到2000 mAh/g。 工信部的480mAh/g的数据一定程度上反映了硅碳产品的实际情况，锂电负极材料进入“硅时代”可能还需时日。   欢迎扫码报名参会  |
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