硅基负极：新一代锂电材料，市场化进程加速
九九鸟
2022-07-04 07:18:50
硅基负极能量密度优势巨大，硅碳与硅氧为主要技术路线。目前广泛使用负极材料是石墨材料，但商业化的石墨负极容量发挥已接近其理论比容量，限制其进一步的应用。硅基负极具有很高的理论比容量和较低的电化学嵌锂电位，快充性能优异，这正是便携式电子产品、无人机、新能源汽车和储能电池系统等一系列新技术领域发展的迫切需要。硅碳复合材料与硅氧复合材料是硅基负极的主要技术路线。硅系与碳复合体系综合吸收了碳与硅系材料稳定与高容量密度的优点，在锂电池上表现出高质量比容量和长循环寿命。 4680大圆柱高密度电池需求放量，硅基负极将迎快速增长。在特斯拉和头部电池厂的推动下，预计4680电池将迎来需求拐点，带动主辅材向高能量高倍率方向加速升级，而无论从适配程度、能量密度提升角度而言，“高镍+高硅”将是最适合搭配4680电池的方案。随着主流电池厂纷纷跟进量产，4680电池的放量将有效带动相关行业进入快车道。硅系负极以其得天独厚的能量密度优势，未来有望在电池能量密度较高的三元电池体系中迎来快速增长。预计2025年全球硅基负极出货量将达到14.9万吨，渗透率将达到5.4%。 体积膨胀降低寿命与低首次充电效率为产业化难点。目前行业壁垒在于材料性能，材料成本及生产工艺，硅材料在嵌锂过程中巨大的体积膨胀诱导极大的内应力产生，在脱嵌锂过程中不断使硅颗粒表面形成的SEI膜破裂与再生，导致电池中有限的活性锂损失，进而降低使用寿命导致低首次充电效率。产业突破在于预锂化及材料端改性，预锂化能大幅度提高锂离子电池的首次库伦效率、弥补不可逆容量损失，材料端改性提升综合性能。目前各企业已加速布局硅基负极的生产，其中贝特瑞，杉杉股份等领军企业已开始量产，预计生产工艺及相关成本较高的问题将得到逐步解决。 硅基负极能量密度优势明显，打破传统石墨负极能量密度极限。从技术性来说，石墨负极材料的容量上限已无法满足快速发展的电子器件和电动汽车更高能量密度的需求，而硅是提升动力电池能量密度的关键。未来随着动力电池能量密度要求的提高，硅碳负极搭配高镍三元材料的体系成为发展趋势。伴随4680电池量产进程加快，宁德时代、松下、LG、亿纬锂能等电池企业均在4680电池技术上有产能规划，硅负极产业化大势日渐明晰，预计4680大圆柱电池的量产有望成为行业关键催化。同时，硅基负极在膨胀系数大、首效低、电导性弱、倍率较差等核心技术难点已逐步找到解决途径，商业化道路已铺平，未来硅基负极材料有望迎来快速放量，而硅基负极领域积累深厚、产品性能领先的公司有望充分受益，建议关注贝特瑞(835185，买入)、杉杉股份(600884，未评级)、石大胜华(603026，买入)。
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