一、行業(yè)相關定義
根據(jù)觀研報告網(wǎng)發(fā)布的《中國???????????硅碳復合負極材料?行業(yè)發(fā)展趨勢分析與投資前景預測報告（2024-2031年）》顯示，硅具有高容量（3579 mA·h/g，Li15Si4）、低脫鋰電位和資源豐富等優(yōu)點，因此受到廣泛的關注。然而，硅脫/嵌過程中有較大的體積變化300%），易導致顆粒粉化，進而從集流體上脫落。同時，硅負極表面在充放電過程中存在SEI膜的不斷破碎及生成，持續(xù)地消耗活性鋰離子，導致庫侖效率及電池循環(huán)壽命降低。為了解決這些問題，科研人員提出多種解決手段，將金屬、氧化物、有機聚合物、碳等材料與硅復合，緩解其體積變化，提升電化學穩(wěn)定性。其中，碳材料具有優(yōu)異的導電性和力學性能，與硅復合不僅可有效緩解體積膨脹，還可以改善電極導電性并得到穩(wěn)定的SEI膜，硅碳復合材料是最先進入商業(yè)化的硅基負極材料。
硅基負極材料理論比容量約為石墨負極的10倍，具有較大的商業(yè)應用潛力。同時，硅基負極材料還具有如下優(yōu)勢：①硅在自然界儲量豐富，原材料及制備成本相對較低；②硅在鋰嵌入后會形成含鋰量很高的合金，并且硅能從各個方向提供鋰離子嵌入和脫出的通道，有利于提升電池快充性能；③工作電位適中（0.3—0.4VvsLi/Li+），略高于石墨（0.2V），較好地解決了析鋰難題，保障了安全性能。
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在硅碳復合負極材料方面，硅碳復合材料是最先進入商業(yè)化的硅基負極材料。硅碳復合負極材料是一種新型的鋰電池負極材料，它由碳和硅組成，其中碳作為分散基體，硅作為活性物質(zhì)。這種材料通過利用不同形態(tài)的碳基材料與硅元素進行復合，旨在提高硅材料的導電性能，形成導電性好、附著性好、化學穩(wěn)定性高的負極材料。硅碳負極材料的制備涉及將硅元素與碳基材料（如石墨、石墨烯、無定型碳和碳納米管等）結(jié)合，以提供鋰離子在硅電極材料中的擴散速度，同時通過碳基材料的分子尺度控制，實現(xiàn)產(chǎn)品形貌的優(yōu)化和組分均勻性，從而增強材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和循環(huán)性能。這種材料的應用不僅提高了鋰電池的循環(huán)穩(wěn)定性、比容量、倍率性能和安全性能，而且還因其優(yōu)異的力學性能和電阻率，在鋰電池領域具有廣泛的應用前景。
硅碳負極材料的制備方法，硅碳復合負極材料的制備工藝多種多樣，包括化學氣相沉積（CVD）等。這些工藝方法能夠精確地控制硅和碳的比例和結(jié)構(gòu)，從而制備出具有優(yōu)異性能的負極材料。在實際應用中，需要根據(jù)具體需求選擇合適的制備工藝和參數(shù)。具體如下：
硅碳負極材料的制備方法
| 制備方法 | 主要特征 |
| 化學氣相沉積法 | 化學氣相沉積法在制備硅/碳復合材料時，以SiH4、納米硅粉、SBA-15和硅藻土等硅單質(zhì)和含硅化合物為硅源，碳或者有機物為碳源，以其中一種組分為基體，將另一組分均勻沉積在基體表面得到復合材料。用此法制備的復合材料，硅碳兩組分間連接緊密、結(jié)合力強，充放電過程中活性物質(zhì)不易脫落，具有優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性和更高的首次庫倫效率，碳層均勻穩(wěn)定、不易出現(xiàn)團聚現(xiàn)象；對于工業(yè)化來說，設備簡單，復合材料雜質(zhì)少，反應過程環(huán)境友好最有希望大規(guī)模生產(chǎn)，而備受科學工作者的青睞。 |
| 溶膠凝膠法 | 液態(tài)復合的方法可以很好的改善材料在復合過程中的分散問題，溶膠凝膠法 制備的硅/碳復合材料中硅材料能夠?qū)崿F(xiàn)均勻分散，而且制備的復合材料保持了較高的可逆比容量、循環(huán)性能。但是，碳凝膠較其它碳材料穩(wěn)定性能差，在循環(huán)過程中碳殼會產(chǎn)生裂痕并逐漸擴大，導致負極結(jié)構(gòu)破裂 ，降低使用性能；且凝膠中氧含量過高會生成較多不導電的SiO ，導致負極材料循環(huán)性能降低 ，所以含氧量是決定何種凝膠作為基體的重要參考條件。 |
| 高溫熱解法 | 高溫熱解法是目前制備硅/碳復合材料最常用的方法，工藝簡單容易操作，只需將原料置于惰性氣氛下高溫裂解即可，而且易重復，在熱解過程中有機物經(jīng)裂解得到無定型碳，這種碳的空隙結(jié)構(gòu)一般都比較發(fā)達，能更好的緩解硅在充放電過程中的體積變化。Tao等以SiCl為原料，采用金屬鎂熱還原方法得到多孔硅，再在惰性氣氛下，通過高溫熱解法進行有機碳的包覆，制備出了多孔硅/碳復合材料，該材料充放電性能十分優(yōu)異，可直接用作鋰離子電池的負極材料，首次放電比容量達1245 mAh/g，循環(huán)30次后的比容量達1230 mAh/g。 |
| 機械球磨法 | 機械球磨法制備的復合材料顆粒粒度小、各組分分布均勻，而且機械球磨法制備硅/碳復合材料具有工藝簡單、成本低、效率高，以及適合工業(yè)生產(chǎn)等優(yōu)勢；由于該法是兩種反應物質(zhì)在機械力的作用下混合，所以一直沒有有效解決顆粒的團聚現(xiàn)象，再者，大多數(shù)制備過程還要聯(lián)合高溫熱解也是制約機械球磨法實際應用的主要原因。 |
| 水熱合成法 | 一般采用小分子有機物為碳源，將其與硅粉在溶液中超聲分散均勻后，在密封的高壓反應釜中進行水熱反應，再在高溫下碳化即制得硅/碳復合材料。水熱合成法的操作簡便，產(chǎn)物純度高，分散性好、粒度易控制；但是該法耗能高、產(chǎn)量低，不適合批量生產(chǎn)。 |
| 靜電電紡 | 靜電電紡技術是指聚合物溶液(或熔體)在高壓靜電電場的作用下形成纖維的過程，可以制得直徑為幾十到幾百納米、比表面積大的纖維。 |
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二、行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
1、市場規(guī)模
隨著技術的不斷突破和市場的不斷擴大，硅碳負極材料逐漸在鋰電池市場中占據(jù)重要地位，為新能源汽車、智能家居、物聯(lián)網(wǎng)等新興領域的發(fā)展提供有力支持。2023年我國硅碳負極材料市場規(guī)模已達約21.05億元，2024年上半年市場規(guī)模約12.82億元。中國市場在全球市場中占據(jù)重要地位，不僅市場規(guī)模龐大，且增速高于全球平均水平，這主要得益于政府對新能源產(chǎn)業(yè)的重視和支持，以及國內(nèi)企業(yè)在技術研發(fā)和市場拓展方面的不斷努力。
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2、供應規(guī)模
隨著硅碳復合負極材料在技術、成本方面的進一步突破，硅碳復合負極材料逐步走向產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展趨勢。近年來，硅碳復合負極材料增速不斷提升，有望成為重要的負極材料之一。2019年我國硅碳復合負極材料產(chǎn)量為0.13萬噸，2023年產(chǎn)量達到了1.26萬噸。
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3、需求規(guī)模
硅碳負極材料作為重要的下一代鋰電池負極材料，其結(jié)合了硅的高能量密度和碳的優(yōu)異導電性及穩(wěn)定性，具備高容量、高能量密度和良好循環(huán)穩(wěn)定性等特點，在鋰電池市場中占據(jù)重要地位。
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目前硅碳負極材料的應用領域正逐步擴大，從消費電子領域如智能手機、平板電腦等，逐步向電動汽車、儲能系統(tǒng)等高端市場滲透。其高容量、高能量密度、優(yōu)異的電化學性能和良好的循環(huán)穩(wěn)定性，使其成為下一代有潛力的負極材料之一。
三、行業(yè)細分市場
1、消費電子
盡管消費電子對能量密度要求較高但相對較低，然而隨著可穿戴設備、5G通信設備等市場的發(fā)展，硅碳負極材料在提高電池性能方面的應用前景廣闊。隨著硅碳復合負極材料在手機鋰電池領域的商業(yè)化，近年來，消費電子產(chǎn)品領域的硅碳負極材料需求不斷增長。
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2、動力電池
隨著全球電動汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，對高能量密度、長循環(huán)壽命的負極材料需求持續(xù)增長。硅碳負極材料因其優(yōu)越的電化學性能(理論比容量遠高于傳統(tǒng)石墨)而在動力電池市場嶄露頭角。隨著特斯拉等車企4680大圓柱電池規(guī)?；慨a(chǎn)，硅碳負極材料在動力電池摻雜規(guī)模快速增長，其市場規(guī)模不斷擴大。
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四、行業(yè)競爭格局
國內(nèi)硅碳復合負極材料行業(yè)企業(yè)大致可以分為四大類：一是現(xiàn)有石墨類負極企業(yè)，如貝特瑞、璞泰來等；二是科研院校背景的企業(yè)，如天目先導、壹金新能源等；三是電池類企業(yè)，如寧德時代、國軒高科等；四是化工企業(yè)跨界或硅材料企業(yè)切入，如石大勝華等。
目前，行業(yè)主要參與者如貝特瑞、杉杉股份、璞泰來、天目先導、勝華新材和國軒高科等已完成中試，正在建設大規(guī)模標準化產(chǎn)線；其中部分企業(yè)已對消費電子、航空航天領域客戶實現(xiàn)批量供貨。同時，翔豐華、硅寶科技、杰瑞股份、中科電氣、新安股份均已布局硅碳復合負極材料，因此硅碳復合負極材料產(chǎn)業(yè)仍處于加速發(fā)展中。
我國硅碳復合負極材料行業(yè)參與者基本情況
| 公司名稱 | 硅碳復合負極材料布局情況 |
| 貝特瑞 | 公司硅碳、硅氧負極均已批重出貨；目前擁有3000噸/年硅碳復合負極材料產(chǎn)能，產(chǎn)品已供應松下。它的硅碳復合負極材料已突破至第三代產(chǎn)品，提升比容里650mAh/g至1500mAbh/g,更高比容里的第四代硅碳產(chǎn)品正在開發(fā)。2024年3月1日，負極材料領域，公司已投產(chǎn)產(chǎn)能為 49.5 萬噸/年；高鎳三元材料領域，公司已投產(chǎn)產(chǎn)能為 6.3 萬噸/年。2024 年，印尼年產(chǎn) 8 萬噸負極材料項目正在建設中，高鎳三元材料整體產(chǎn)能也有望增加，同時，山西瑞君和云南貝特瑞石墨化產(chǎn)能也會陸續(xù)釋放，石墨化自供率進一步提升。貝特瑞在調(diào)研中稱，預計2024年公司負極材料出貨量有一定幅度的增長；公司目前硅基負極產(chǎn)能5000噸/年，預計2025年硅基負極產(chǎn)品會逐步起量。 |
| 杉杉股份 | 杉杉股份表示，公司硅碳復合負極材料攻克了二代硅氧產(chǎn)品的低溫長循環(huán)難題，并在行業(yè)內(nèi)首創(chuàng)了球形低膨脹新型硅碳產(chǎn)品。硅氧產(chǎn)品不僅出口實現(xiàn)海外裝車,還通過速冷出料、流動態(tài)除磁等新工藝突破，進一步縮短生產(chǎn)周期。杉杉股份的硅碳復合負極材料一體化基地項目總投資50億元，全部建成后可年產(chǎn)4萬噸鋰電池硅碳復合負極材料，預計年產(chǎn)值100億元。該公司表示，2023年上半年公司硅基負極產(chǎn)品不斷實現(xiàn)技術突破,持續(xù)獲得海內(nèi)外客戶認可，實現(xiàn)批量供應，其中硅氧產(chǎn)品已在動力和電動工具市場實現(xiàn)批量應用。 |
| 璞泰來 | 與中科院物理所合作量產(chǎn)硅碳復合負極材料，硅碳試驗車間2019年投入使用，已完成第二代產(chǎn)品研發(fā)，產(chǎn)品已送樣下游客戶進行測試和認證。另外，在溧陽已建成硅負極材料中試線。公司于2023年7月設立安徽紫宸，啟動年產(chǎn)1.2萬噸硅碳復合負極材料（單體）的硅基負極生產(chǎn)研發(fā)基地項目，目前該項目目前已完成項目立項并積極推進后續(xù)工作，預計2025年開始逐步分期投產(chǎn)。 |
| 石大勝華 | 2022年5月，石大勝華發(fā)布公告，公司擬與員工持股平臺東營盈嘉合壹產(chǎn)業(yè)投資合伙企業(yè)(有限合伙)設立合資子公司勝華新材料科技(眉山)有限公司，投資建設3萬噸/年硅基負極項目。 |
| 硅寶科技 | 2024年2月28日硅寶科技表示，公司5萬噸/年鋰電池用硅碳負極材料及專用粘合劑項目（該項目內(nèi)容:建設1萬噸/年鋰電池用硅碳負極材料、4萬噸/年專用粘合劑生產(chǎn)基地、鋰電材料研發(fā)中心）已經(jīng)完成全部基建工作，目前正在進行設備安裝，將按計劃于2024年投產(chǎn)。 |
| 深圳斯諾 | 采用si0納米化技術、碳包覆技術、歧化技術、石墨復合技術，制備碳包覆si0x/石墨復合材料，在降低Si0體積效應的同時實現(xiàn)能里密度和循環(huán)性能的同步提高。 |
| 天目先導 | 2022年4月，天目先導納米硅基負極項目在溧陽高新區(qū)開工，總投資20億元，一期項目投資10億元，用地100畝，達產(chǎn)后可年產(chǎn)5萬噸新型納米硅基負極產(chǎn)品。 |
| 杰瑞股份 | 2023年5月5日，杰瑞股份表示，公司現(xiàn)在硅碳復合負極材料方面正在進行產(chǎn)線的調(diào)試，2023下半年將進入生產(chǎn)階段。 |
| 國軒高科 | 已有0.5萬噸/年硅碳生產(chǎn)能力，已應用于2023年批量交付的半國態(tài)電池，單體能量密度360m/kg。 |
| 翔豐華 | 硅碳處于中試階段，已得到客戶認可，具備產(chǎn)業(yè)化條件。 |
| 中科電氣 | 硅基類負極材料目前已建設完成中試產(chǎn)線，快充類負極產(chǎn)品已在客戶端批量應用。 |
| 韓國大洲 | 大洲目前生產(chǎn)的硅碳復合負極材料為DMSO(DaeioeMetalsilicon0xide)，是世界，上首個應用于電動汽車電池的重產(chǎn)高容里氧化硅材料，為硅納米粒子在硅氧化物矩陣中三維均勻混合的結(jié)構(gòu)。 |
| 美國sileMome | 研發(fā)以硅為主要材質(zhì)的電池負極材料的初創(chuàng)公司。目前估值為33億美元。據(jù)GGII，SilaNane正在與寶馬、ATL等企業(yè)合作研發(fā)下一代電池，計劃在2024年實現(xiàn)量產(chǎn)。 |
| 美國安普瑞斯 | 據(jù)GGII，安普瑞斯HESO材料體系的實驗數(shù)據(jù)和理論計算表明，其能重密度可以達到400Wh/Kg或更高，具備有競爭力的生產(chǎn)成本，已于2020年開始向市場批量銷售。 |
| 美國SolidPower | 2021年10月，公司公布了高容里硅固體電池數(shù)據(jù):電池負極采用50%硅材料，能童密度為350Wh/kgo。 |
資料來源：觀研天下數(shù)據(jù)中心整理（WWTQ）
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