涂覆在銅箔上的負極材料 電池網資料圖
相對于正極材料、隔膜、電解液等三大材料的技術路線“頻惹爭議”、價格“過山車”、原材料“缺貨危機”，長期以來，負極材料在鋰電材料中都顯得十分低調：技術工藝成熟且廠商較多，國產化程度較高，價格波動幅度不大，產能擴產相對理性。
進入2021年，負極材料一反常態，成為業內外聚焦點：硅碳負極材料頻頻被產業鏈企業及各大機構“點名”。
風起：企業積極，機構看好
1月8日，國軒高科210Wh/kg軟包磷酸鐵鋰電芯正式發布，公司稱在磷酸鐵鋰化學體系中首次成功地應用了硅負極材料。
1月9日，蔚來汽車正式發布了一款單體能量密度達360Wh/kg的150kWh半固態電池包，包含三大技術創新：原位固化固液電解質、無機預鋰化硅碳負極以及納米級包覆超高鎳正極。
1月13日，上汽智己發布智能純電轎車、智能純電SUV兩款量產定型車。新車搭載了上汽集團與寧德時代共同開發的“摻硅補鋰”技術的電池，該電池的單體能量密度達300Wh/kg。
1月15日，廣汽埃安發布兩款全新超級動力電池預告：分別具備“8分鐘充電80%”和“1000km續航”的性能，前者為石墨烯基超級快充電池，后者為硅負極電池。
而在去年特斯拉的電池日上，特斯拉發布的全新4680型電池，也用硅基材料替代了舊款產品中的碳基負極。
東北證券研報認為，動力電池負極從石墨體系到硅基負極將是未來的升級方向。其解釋稱，石墨材料的理論克容量為372mAh/g（LiC6結構），目前高端產品可達360-365mAh/g，石墨負極材料已接近理論上限。而硅材料的理論克容量為4200mAh/g（Li22Si5結構），隨著動力電池能量密度要求的提高，硅碳負極搭配高鎳三元材料的體系成為發展趨勢。
華創證券認為，新型電池商業化仍遙遙無期，對于時下商業化量產最大的鋰離子電池進行材料方面的改良是最有效的技術手段。如果將石墨負極換成硅負極，電池容量可以提高大約10倍。而且目前鋰硅電池技術已成熟至接近商業化應用。預計未來幾年內，鋰硅電池將大量應用，大幅提高手機、汽車、智能穿戴設備等的續航能力。
桎梏：產能稀缺，價格高企
硅碳負極材料雖被寄予厚望，但電池網發現，其仍處于商業化初期，產能稀缺，價格高企。
電池網梳理了負極材料相關企業在硅碳負極材料方面的布局情況：
中國寶安（000009）子公司貝特瑞（835185.OC）硅負極材料早已獲得國外訂單，并成功通過供貨松下應用于特斯拉Model 3。
貝特瑞硅負極項目負責人向電池網透露，“目前公司硅負極材料產能3000噸/年，價格比石墨貴，沒起量主要是在EV市場沒有大規模用起來。堅定看好硅負極良好的發展前景，未來可期。”
杉杉股份（600884）硅碳負極材料已建成一條中試產線，但出貨占比不高。
中科電氣（300035）在硅基負極材料已進行多年的持續研發投入，對硅碳和硅氧等硅基負極材料技術皆有研究和儲備，目前已建設完成中試產線，進行成品試生產。
硅寶科技（300019）2019年完成了中試放大，并建成產能50噸/年的硅碳負極材料中試生產線，瞄準硅碳負極材料。目前，公司已送樣多家電池廠商進行共同開發，將根據與廠商的合作進度放量生產。
璞泰來（603659）與中科院物理所開展“高能量密度鋰離子電池納米硅碳負極材料”的合作研發，去年公司在接待機構調研時透露，“硅碳中試車間已經做完，中科院物理所建在溧陽紫宸工廠，預計2021年出貨1000噸級別，用于消費類電池。”
翔豐華（300890）去年底在回答投資者提問時表示，公司硅碳負極處于中試階段，并已具備了產業化基本條件，產品性能指標已達到行業內龍頭企業的水平。
國民技術（300077）近日透露，其子公司斯諾實業硅碳負極研發處于完成中試階段。
電池網還了解到，電解液溶劑龍頭企業石大勝華（603026）2019年底成立孫公司東營石大勝華創世新材料科技有限公司，投建4000噸/年硅碳負極材料項目。電池網從石大勝華項目負責人處獲悉，目前公司在建1000噸硅碳負極材料產能，產房建設接近完工，設備制作基本完成，待進場進行調試。
除了上市公司，天目先導、壹金新能源等硅基負極材料創新公司也在加快其產能建設。據悉，天目先導鋰離子電池硅負極材料目前年產能可以達到2000噸；壹金新能源年產5000噸鋰離子電池硅基負極材料項目計劃于2021年年底投產。
產能桎梏之外，價格因素也是硅碳負極材料發展的“短板”：
SMM數據顯示，上周（1月18日-1月22日）人造石墨高端價格為6.5-7萬元/噸，中端價格為5.7-6.2萬元/噸；天然石墨高端價格為4.8-6萬元/噸，中端價格為3-4萬元/噸。
另一組數據顯示，目前穩定量產的硅碳負極材料價格約11-12萬元/噸。據一家生產企業透露，硅碳負極材料“價格從10-30萬元都有。”
從價格方面來看，與石墨負極材料相比，硅碳負極材料完全沒有優勢。
技術：尚需優化，難點待解
中俄新能源材料技術研究院院長王慶生對電池網表示，除了硅碳負極材料改性后成本上市帶來的推廣問題，目前硅碳負極材料出貨量少，在技術方面還有三大因素：材料本身的性能穩定性還存在很多問題；與之匹配的應用工藝還尚需優化穩定；產品應用后的性能優勢不突出。
在王慶生看來，硅碳負極材料亟需解決以下幾個問題：
一是Si基負極材料在脫嵌鋰時存在體積膨脹效應引起硅粒破裂和粉化現象，致使硅粒與基底之間發生分離，導致電池內阻增加、容量降低，循環性能變差。
二是，隨著硅含量的增加，比容量增大但首化效率則更低，硅碳負極材料中鋰離子擴散緩慢（擴散系數約10-14 cm2/s），電導率偏低 （約10-4 S/cm）導致硅負極的倍率性能和容量利用率偏低。
三是，硅碳負極表面SEI膜的持續生長對電解液以及來自正極的鋰源造成的不可逆消耗，硅負極的粉化現象影響了表面穩定均一的SEI膜的形成，新SEI膜的持續形成會不斷消耗鋰離子和電解質，導致容量的快速下降。
四是硅碳負極的應用，在電池正負極匹配及電極工藝制備上，容量相差越大電極制備工藝難度也越大，壓實密度影響庫倫效率的發揮，與黏結劑、電解液的相容性等均影響電池的電化學性能。
王慶生補充說，硅作為地殼中儲存含量第二位的元素，其來源豐富、價格便宜，環境友好，因而硅負極材料的研究受到廣泛的關注，作為鋰離子電池負極材料，在比容量方面與其他材料相比也具有較大的優勢。但是，如果想在維持硅負極材料高比容量的同時，又要改變其循環性能差、首化效率低、結構穩定性差問題，就必須通過納米化、復合化、多孔化、薄膜化和合金化、預鋰化等各種改性方法提高其產品性能。“我們在開發負極材料時需要完善其自身結構與性能，還要考慮其電極制備工藝、材料相容性的匹配等，而在這些方面，硅碳負極材料都無優勢可言，這也是導致其商業化進度較慢的原因。”
趨勢：大廠跟進 未來可期
盡管存在諸多短板，硅碳負極材料依舊被認為是最具潛力的下一代鋰離子電池負極材料之一。
上述石大勝華項目負責人表示，目前國際上已經有圓柱類電池成熟應用，主要在動力電池和電動工具上，國內各個電池企業也正在加速應用，包括部分消費類電池，最近國內某些高端車型已經發布應用基于硅碳類的電池，預計今年各大電池廠會相繼推出跟進；未來兩年硅碳類市場主要集中于動力、電動工具兩塊，3C類后續也將持續跟進。
“目前，日韓企業在其高容量產品，尤其是高容量和高倍率的圓柱產品中已經有較大比例使用高鎳+硅碳的材料體系，比如高容量的3C電池，高倍率的電動工具電池中已經有較大比例的硅碳負極使用量。”中國電池產業研究院/伊維經濟研究院院長吳輝告訴電池網，2020年，國內以貝特瑞為代表的硅負極主要生產商大量給日韓企業供貨。
EV Tank聯合中國電池產業研究院發布的《中國硅碳負極行業發展白皮書（2021年）》統計數據顯示，2020年中國硅碳負極的出貨量0.9萬噸，占全部負極材料出貨量的比例僅為2%左右。
吳輝預計，未來隨著對高能量密度電池需求量的增加，預計2025年，中國硅碳負極的出貨量或將接近10萬噸。
不過，王慶生也強調，“鋰離子電池材料的短板其實不是負極材料而是正極材料，故我個人認為更應關注正極材料的研究開發工作，如作為負極材料的研究，建議考慮三元硅碳（硅/無定型碳/石墨）復合材料更具有性能優勢。”
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