据璞泰来(603659.SH)此前公告显示,为加快完成硅基负极的产品开发、量产和市场推广工作,公司计划在安徽芜湖设立全资子公司安徽紫宸,负责公司硅基负极材料的研发、量产及相关的产业化,并投资建设硅基负极研发生产基地。该项目建成后将形成年产1.2万吨硅基负极材料(单体)的产能规模,项目计划总投资为22亿元。
除璞泰来之外,还有多家公司都在积极布局这一新型负极材料赛道。硅负极材料之所以被这么多企业看好,说明其必然有一些“过人之处”。
众所周知,如今,提高电池能量密度是整个电池产业的目标,这当中包括对于正负极材料的改进。目前正极材料已经有钴酸锂、磷酸铁锂等大量选择,负极材料领域最主流的只有石墨。
市面上的负极材料大致可以分为碳基材料(包括石墨类、无定形碳、碳纳米管、石墨烯)、非碳基材料(包括硅基材料、钛基材料、锡基材料)两大类。然而,广泛使用的传统石墨负极能量密度只有372mAh/g,已经接近其理论比容量的天花板,更新迭代已提上日程。
据研究,硅的理论容量高达4200mAh/g,是目前广泛流行的石墨类负极材料的10倍以上,且储量丰富、成本低廉、安全性好。硅基负极被公认为最有潜力的下一代锂离子电池负极材料。
硅基负极不仅具有很高的理论比容量,能满足高倍率充放电的需求,且低温性能优越,满足了新能源汽车、消费级电子产品、储能电池系统等领域发展的需要。
目前硅碳复合材料和硅氧复合材料是硅基负极的主要技术路线。其中硅碳负极是指纳米硅与碳材料混合,用于缓冲硅在脱嵌锂离子过程中产生的应力和形变。目前硅碳负极的商业化容量在450mAh/g以下,首效高,但体积膨胀较大,循环性能也相对较差;硅氧负极采用氧化亚硅和石墨材料混合,其循环性能得到较大提升。硅氧负极首效低,成本高,制备过程并不唯一。目前硅氧进展较快,硅碳负极材料尚未形成标准化制备方法,规模化生产存在一定困难。
有机构预计,2025年全球硅基负极出货量有望达到14.9万吨,渗透率将达到5.4%。可见,硅基负极市场空间巨大。
其实,早在2020年,特斯拉发布的4680圆柱电池就采用了硅基负极,该电池采用高镍正极+硅碳负极材料,能量密度达300Wh。且相比Model3中2170电池的5%添加量,4680电池中硅基负极的添加量预计增加一倍。
其他入局企业方面,电池企业有宁德时代、亿纬锂能、中创新航、蜂巢能源、力神电池等。同时,硅基负极电池装车提速,国内市场上,蔚来、智己等品牌旗下车型,国际市场上,奔驰电动大G(EQG)等开始搭载硅基负极动力电池。
需要注意的是,硅基负极材料膨胀问题依然较难解决。据悉,硅在嵌锂的过程中,会产生高达300%的体积膨胀。
除了膨胀之外,硅基负极材料还面临所需的纳米硅生产成本高、工艺复杂等难点。不过,这些难点未来有望改善,近日,有业内人士表示,“由于价格问题,硅碳负极材料现在尚未得到大规模应用,从发展趋势和技术创新步伐来看,硅碳负极材料成本和价格肯定能随着产业的推进达到锂电池厂商认可的合理范围,硅碳负极材料的春天即将到来。”
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