中國粉體網訊 過去一年間，硅基負極領域，涵蓋硅氧、傳統(tǒng)研磨硅碳以及新型多孔硅碳等品類，發(fā)展勢頭迅猛。在消費電子端，其市場滲透率逐步提高；動力電池端，多個示范項目陸續(xù)落地實施。與此同時，產業(yè)鏈上下游企業(yè)積極響應，紛紛擴大產能。
然而，盡管有需求釋放、性能提升以及產能爬坡等多重因素推動，硅基負極行業(yè)在發(fā)展過程中仍遭遇諸多阻礙與挑戰(zhàn)，其背后的驅動邏輯亟待進一步梳理明晰。值得注意的是，與多年來市場的持續(xù)預期不同，硅基負極的規(guī)�；瘧檬冀K未能取得實質性突破。
硅基負極市場現(xiàn)狀
摻硅比例受限
據(jù)業(yè)內人士透露，目前消費電子產品中硅基負極的實際摻硅比例仍然較低，通常在5%以下，即使是較為成熟的應用也僅達到8%左右，導致硅基負極在整體負極市場的滲透率仍處于個位數(shù)。動力電池的摻混比例可能達到10%，但對應技術仍未成熟。
需求錯位
動力電池市場對硅基負極的需求拐點尚未真正到來。雖然上汽智己、廣汽埃安等車企相繼發(fā)布搭載硅基負極動力電池的示范車型，但大規(guī)模訂單和實際出貨量方面的信息披露仍然有限。此外，硅基負極的核心優(yōu)勢在于提升能量密度，而當前車企的關注重點更多集中在快充技術上，這在一定程度上造成了應用場景的錯位。
供給能力不足
據(jù)相關調研，頭部電池廠2024年的硅基負極需求量可達500噸級，而市場實際供給量不足100噸，主要原因是量產能力建設滯后。
硅基負極有效產能有限
隨著市場需求的發(fā)展，硅基負極布局企業(yè)增多，相關項目加速落地，規(guī)�；a提速。2019-2024年間，中國硅基負極材料行業(yè)市場規(guī)模從3.71億元增長至85億元以上。
目前，中國硅基負極材料行業(yè)的集中度相對較低，市場參與者眾多且規(guī)模不一，主要參與者包括貝特瑞、杉杉股份、璞泰來、壹金新能源等傳統(tǒng)負極材料廠商，以及石大勝華、硅寶科技等為代表的硅材料廠商，憑借原材料優(yōu)勢切入硅基負極領域。
貝特瑞硅基負極材料覆蓋硅碳、硅氧和新型氣相硅三條路線，旗下硅碳負極材料已開發(fā)至超高容量第六代產品。據(jù)悉，其新型氣相沉積法硅碳產品已獲得全球多家主流動力客戶的認可，包括寧德時代在內，預計2025年實現(xiàn)批量供應。截至目前，貝特瑞硅基負極有效產能達到5000噸。此外，貝特瑞還在寧波、印尼、摩洛哥布局了硅基負極項目，預計到2028年將形成約5萬噸/年的產能。
杉杉股份硅基材料持續(xù)獲得海內外客戶認可，已實現(xiàn)批量供應。其中，硅氧產品已批量供應海外頭部客戶，并實現(xiàn)裝車，同時攻克了二代硅氧低溫循環(huán)難題，相關產品已導入海外頭部電動工具企業(yè)；硅碳產品不斷迭代，新一代硅碳產品在頭部客戶測試中保持領先，相關核心技術已獲得美國、日本的專利授權。杉杉股份新型硅碳材料已實現(xiàn)量產出貨，并在寧波硅基工廠后續(xù)規(guī)劃中加大產能設計，進一步提升供應能力。杉杉股份寧波4萬噸一體化硅基負極產能基地，一期產能已投產，且部分工序2024年12月已滿產。
璞泰來硅碳負極產品已經向市場小批量出貨，這些高性能的硅碳負極材料主要供應給下游的頭部消費電子客戶。璞泰來在安徽蕪湖投資建設的硅基負極項目正在加速推進，預計在2025年上半年，首批硅碳負極產能將建成并投入生產；在四川紫宸，璞泰來的一期10萬噸產能項目已經完成了工藝與設備的驗證工作，部分產能已經基本完成試產并全線貫通。
壹金新能源擁有江西宜春、山西太原兩大生產基地，不僅在國內建立了完整的研發(fā)和生產體系，還在歐洲、日韓等市場積極布局，與全球各大頭部的電池廠商客戶建立了長期深度合作關系。截至目前，覆蓋新能源汽車、消費電子、無人機、eVTOL等多個高增長行業(yè)，進入多家頭部企業(yè)的供應鏈。
石大勝華第一批硅基負極設備已投產，2025年1月底具備5000噸的產能。產品已實現(xiàn)百公斤訂單出貨，并在海外達成首批1%訂單，與頭部公司達成合作意向，預計在2025年動力電池領域占據(jù)一定供應地位。
硅寶科技2024年新型硅碳產品取得噸級突破，隨著3000噸/年產能建設推進，硅寶科技正重點擴產預鎂硅氧和新型硅碳產品，加速硅碳負極在高端電池市場的商業(yè)化進程。
但是業(yè)內多個已公開的萬噸級項目尚未落地。
例如，貝特瑞的4萬噸硅基負極項目雖已完成主體建設，但截至2024年中報仍在進行設備安裝；蘭溪致德一期500噸鋰電池硅碳負極材料項目已于2021年7月投產，但二期3000噸項目暫無公開信息更新；天目先導在許昌規(guī)劃了6萬噸產能，而其在建的常州6條產線項目原計劃于2024年11月導入設備，目前投產情況不明。
綜合來看，目前硅基負極已經落地的有效產能并不多，主要集中在貝特瑞、杉杉股份等企業(yè)，合計不超過5萬噸，大部分企業(yè)的布局仍處于技術積累、產品驗證、產能建設階段。
硅基負極成本問題
硅基負極高生產成本已成為其商業(yè)化進程中的關鍵阻礙。除原材料本身價格不菲外，復雜的制備工藝進一步推高了成本。例如，制備過程中的高溫處理、精密設備使用等，都增加了額外的費用支出。而且，當前硅基負極生產規(guī)模相對較小，難以實現(xiàn)規(guī)模經濟，導致單位成本居高不下。高成本使得硅基負極在市場競爭中處于劣勢，許多電池廠商出于成本考慮，對大規(guī)模應用持謹慎態(tài)度。若要推動硅基負極商業(yè)化，降低生產成本迫在眉睫。
硅碳負極的生產工藝主要包括納米化法和化學氣相沉積（CVD）法。其中納米硅制備工藝復雜，設備價格高，綜合導致生產成本高；CVD法除了設備價格高外，主要材料多孔碳和硅烷氣的單價也很高。
如果硅碳負極中硅碳的質量比為1比1，生產一噸這樣的硅碳負極大約需要0.5到0.6噸多孔碳和0.6到0.7噸硅烷。目前，硅碳負極的關鍵難點在于多孔炭的技術驗證周期較長以及成績供應的精確控制，這影響了產品的品質穩(wěn)定性與降本可行性。此外，生物基多孔碳是主流技術，盡管樹脂基多孔碳在品質上還可以，但由于成本較高，通常作為輔助技術使用。
生物基多孔碳的主要原材料包括椰殼、核桃殼、淀粉、秸稈和竹子等。其中，椰殼和核桃殼因其來源廣泛、易于大規(guī)模收集而被廣泛應用。面對未來硅碳負極大規(guī)模生產時的原材料供應問題，許多企業(yè)正在開發(fā)新的工藝，如化石燃料基的煤機或濾清機工藝，以應對潛在的供應短缺。
硅氧負極的首次庫倫效率較低，對容量、能量密度、循環(huán)壽命造成一定影響。因此需要采用預鋰化等技術對其進行改性處理，增加了成本支出。
從長期市場占有率角度看，硅氧方案可能在一定程度上會被硅碳方案替代。然而，由于硅氧方案也有其獨特優(yōu)勢和必要性，因此不會被完全替代。
據(jù)3月市場數(shù)據(jù)顯示，球磨法硅碳負極平均報價26萬元/噸，CVD法硅碳負極平均報價88萬元/噸；硅氧負極平均報價11萬元/噸，預鋰化硅氧負極平均報價51萬元/噸。而同期高端人造石墨平均報價不超過6萬元/噸。
所以，相較于傳統(tǒng)的石墨負極，硅基負極的價格相對高出很多，急需各企業(yè)及相關機構攻克技術工藝難題，完成降本。
待解決難題
首先，硅在實際應用中具有很大缺陷，主要是因為硅負極的電導率較低；其次，在鋰化過程中伴隨著巨大的體積變化，體積膨脹能達到400%，硅在長期循環(huán)過程中會承受不住體積形變產生的應力導致硅負極粉化、脫落，巨大的體積變化會使極片整體松散，導致硅負極與集流體之間失去接觸，還會導致硅材料表面的SEI膜反復地破裂和生成，導致容量快速衰減。
在鋰離子電池中，硅基負極的儲鋰機制不同于碳基負極。硅由于其儲鋰機制被劃分到合金類負極，硅的充放電過程其實就是硅與鋰離子之間的合金化和去合金化過程。在450℃時，硅的鋰化過程會生成四個不同的鋰硅合金相（Li12Si7、Li7Si3、Li13Si4、Li22Si5）。在常溫下，這些相生成的電壓平臺并沒有顯示出來，而是呈現(xiàn)出一個緩慢地降低的很長的一段電壓平臺。因此，1個硅原子最多可以與4個鋰離子結合，這也是硅負極具有4200mAh g-1如此高的理論比容量值的原因。在充放電的過程中，較多的鋰離子一直在反復地嵌入和脫出硅負極，導致它的體積膨脹和收縮比碳材料要多的多，體積變化高達300%。
此外，硅基負極的體積效應還帶來了一系列的副作用。首先，巨大的體積變化會在硅顆粒內部產生了無法釋放的內應力，這將導致硅顆粒之間進行相互擠壓，甚至是硅顆粒的破裂。其次，還會造成SEI膜的破裂，導致SEI膜的不穩(wěn)定生長。越來越厚的SEI膜會增加鋰離子的消耗和阻礙鋰離子的傳輸，影響電池的實際容量和循環(huán)性能。然后，在多圈的循環(huán)后，硅電極的結構將遭到破壞，由于活性物質開始出現(xiàn)粉化現(xiàn)象，它與集流體之間的界面性能逐漸變差，所以最終從集流體上脫落下來，失去了電接觸。
所以，硅基負極材料的難題可以概括為：一是如何克服半導體硅因本征電導率較低導致大功率放電性能差的問題；二是如何抑制因充放電過程中較大程度且各向異性的體積變化引發(fā)的一系列問題。
小結
據(jù)相關研究院所預測，預計到2030年，全球硅碳負極材料的需求量將達到8萬噸以上，對應的市場規(guī)模將突破百億元級別。這一發(fā)展趨勢不僅體現(xiàn)了硅基負極材料在提升電池能量密度方面的獨特價值，也反映了其在推動全球能源轉型中的戰(zhàn)略地位。硅基負極實現(xiàn)商業(yè)化面臨技術瓶頸突破、成本下降、市場需求拉動等多方面因素影響，從當前發(fā)展態(tài)勢來看，其在部分領域已逐步開啟商業(yè)化進程，但全面商業(yè)化仍需時間。
參考來源：
2024年中國硅基負極材料市場情況年度總結.鑫欏資訊
“硅基負極龍頭”貝特瑞業(yè)績縮水，董事長違規(guī)炒股.中國經營報
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（中國粉體網編輯整理/蘇簡）
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