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在“双碳”政策驱动下,全球各国纷纷加大新能源汽车普及力度,新能源汽车销量不断攀升,根据研究机构EVTank发布的数据显示:2022年全球新能源汽车销量达到1082.4万辆,同比增长61.6%。
新能源汽车产销暴增,推动锂电池需求的迅猛增长,作为锂离子电池必不可少的关键材料,负极材料的市场规模也不断扩大。据悉,2015~2021年间,全球负极材料市场规模持续增长,年复合增长率接近20%。
锂电负极材料是锂电池四大主材之一,在锂电池中起到能量储存和释放的作用,主要影响锂电池的首次效率、循环性能、电池容量、能量密度、安全性能等,目前以石墨负极为主流。现阶段商业化石墨负极材料比容量已接近理论值极限,提升空间很小。随着市场对新能源汽车续航里程的要求不断提高,发展克容量更高的新型负极材料,提升锂电池的能量密度成为必要。
表 石墨负极材料与硅基负极材料对比
类型
天然石墨负极材料
人造石墨负极材料
硅基负极材料
原材料
鳞片石墨
石油焦、沥青胶、针状焦等
碳材料、纳米化硅等
理论容量
340-370mAh/g
310-360 mAh/g
400-4000 mAh/g
首次效率
>93%
>93%
>77%
循环寿命
一般
较好
较差
安全性
较好
较好
一般
倍率性
一般
一般
较好
成本
较低
较低
较高
优点
能量密度高,加工性能好
膨胀低,循环性能好
能量密度高
缺点
电解液相容性较差,膨胀较大
能量密度低,加工性能差
膨胀大,首次效率低,循环性能差
硅材料由于具有极高的能量密度(理论比容量为4200mAh/g,是石墨负极材料的 10 倍),通过改性可实现高容量和较长的使用寿命,有望成为下一代高能量密度锂电池的负极材料研发的主流方向。
随着特斯拉,宁德时代等企业相继量产使用硅碳负极的高密度动力电池产品,硅碳负极需求井喷,机构预测2025年全球硅基负极需求量有望达到20万吨,硅基负极材料成为行业布局的热点。
下面,我们统计了布局硅基负极材料的相关企业:(如有遗漏,敬请补充!)
公司
股票代码
硅基负极产品类别
产能
贝特瑞
835185
硅氧/硅碳
已有0.6万吨/年;在建4万吨/年
杉杉股份
600884
硅氧/硅碳
已有20吨/月(硅氧);在建4万吨
璞泰来
603659
硅氧/硅碳
胜华新材
603026
硅碳
已有0.1万吨/年;在建5万吨/年
翔丰华
300890
硅碳
中试阶段
硅宝科技
300019
硅碳
已有50吨/年;在建1万吨/年
天目先导
硅氧/硅碳
已有8000吨/年;在建15万吨/年
凯金能源
硅氧/纳米硅
300吨/年
杰瑞股份
002353
硅氧/硅碳
在建2万吨/年
中科电气
300035
国轩高科
002074
硅碳
已有5000吨/年
新安股份
600596
硅氧/硅碳
金硅科技
硅碳/纯硅
在建1万吨/年纯硅、10万吨以上硅碳负极
信越化学
硅氧
昭和电工
硅碳
大洲电子
硅氧
已有2000吨/年;计划实现2024年底1万吨/年
Group 14
硅碳
已有120吨/年;在建1.2万吨
Amprius
HESO已有400吨/年产能,2025年达产2万吨/年
Sila Nano
纯硅
Enevate
70%以上纯硅
NEO Battery
在建240吨/年
一、 贝特瑞(835185)宁波杉杉股份有限公司成立于1992年,是全球技术规模领先的锂电材料综合供应商,业务涵盖锂电池正极材料、负极材料和电解液等。其中,锂电池负极材料产品包括人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、复合石墨及硅基负极材料。
在硅基负极材料方面,杉杉股份掌握硅基负极材料前驱体批量化合成核心技术,突破了预锂化硅材料嵌入均匀性技术瓶颈,可提供高容量、高首效、长循环系列硅氧复合材料,以及高倍率性能硅碳复合材料。
硅基负极以氧化亚硅为主,2019年建成月产 20 吨硅氧产品产线,2021年出货量在百吨左右;规划产能4万吨/年锂离子电池硅基负极材料,一期1万吨计划于23年投产,二期3万吨预计2025年年底投产。
图 杉杉股份硅氧/硅碳负极产品 来源:杉杉股份官网,信达证券
三、 璞泰来(603659.SH)胜华新材料集团股份有限公司成立于2002年,是国内电解液溶剂龙头企业。在一体化布局电解液的同时,胜华新材也在不断丰富锂电材料产品矩阵,目前已布局硅基负极材料、动力电池添加剂、新型导电剂等锂电材料。
在硅基负极材料方面,胜华新材具备一定的技术积累,实现硅碳负极四代技术的全面布局,已经建成产能1000吨/年硅碳负极材料;目前正在规划建设5万吨/年新产能,其中子公司东营胜华盈创新材料有限公司2万吨/年硅基负极产能预计2023年底建成投产,合资子公司胜华新材料科技(眉山)有限公司3万吨/年硅基负极产能预计2024年4月投产。
五、 翔丰华(300890)深圳市翔丰华新能源材料有限公司成立于2009年6月,是一家集研发、生产和销售锂离子电池用高端石墨类、硅碳类负极材料和石墨烯等新型碳素材料为一体的高新技术企业。
在负极材料领域,公司已形成较为完备的产品线,坚持人造石墨和天然石墨并重的技术路线,并积极开发新型碳负极材料解决方案,开发的硅碳负极材料产品处于中试阶段,具备产业化基本条件。
成都硅宝科技股份有限公司成立于1998年,主要从事有机硅密封胶等新材料的研发、生产,同时积极布局新能源、锂电池材料行业,大力发展硅碳负极材料,逐步形成双主业发展模式。
硅宝科技早在2016年便开始布局硅碳负极材料领域。2019年建成50吨/年试生产线,产品已通过数家电池厂商测评并实现小批量供货。2021年,成立全资子公司——硅宝(眉山)新能源材料有限公司,计划总投资5.6亿元,新建1万吨/年锂电池用硅碳负极材料等项目。
图 硅宝科技硅碳负极材料
图 天目先导第二代氧化亚硅负极材料(高首效)
广东凯金新能源科技股份有限公司成立于2012年,专注于碳负极、硅负极等锂离子电池负极材料的研发、生产和销售。
凯金新能源硅基负极材料主要集中在氧化亚硅和纳米硅两个方面,在该技术领域拥有成熟的量产技术工艺路线。氧化亚硅负极材料已开发至第三代,首次效率从第一代的77%(容量≥1600mAh/g)已提升至第三代的90%(容量≥1400 mAh/g);纳米硅负极材料也已开发至第三代,容量≥1500mAh/g,首次效率≥87%。
截至2021年12月,凯金新能源具备300吨的硅基负极材料的年产能,且已实现对宁德时代等知名客户的批量出货。
湖南中科电气股份有限公司成立于2004年4月,主营业务涵括磁电装备及新能源锂电池负极材料。其中,锂电池负极产品包括天然石墨、人造石墨、以及硅炭、硅氧、软碳、硬碳等新型负极材料。
中科电气在硅基负极上也具备技术和相关产品积累,目前已建设完成中试产线,并有产品向客户进行送样测试。
国轩高科成立于2006年,是国内最早从事新能源汽车动力电池自主研发、生产和销售的企业之一。公司主要产品为磷酸铁锂材料及电芯、电池组等,广泛应用于纯电动汽车、储能等领域。
在硅基负极材料方面,国轩高科已掌握硅基负极材料表面改性及材料预锂化等关键技术,目前已具备5000吨硅碳负极材料的生产能力。
十二、 新安股份(600596)昭和电工在锂电行业主要从事以电极用添加剂、负极材料、铝塑膜等业务为主。其中,负极材料一直是昭和电工布局的重点方向:在2017年昭和电工一举收购德国SGL集团后,成为全球最大的人造石墨电极生产商;2020年昭和电工收购了日本负极材料生产商日立化成。日立化成是目前全球最大的硅碳材料公司之一,其主打硅基负极材料由人造石墨和10%的硅碳材料复合而成,比容量超过550 mAh/g。
十六、 韩国大洲电子Group 14 Technologies成立于2016年,专注于研发生产动力电池用硅碳负极材料,旗舰产品SCC55™ 是一种稳定的硅碳复合负极,容量是锂电传统石墨负极的五倍,能量密度高出 50%,其独特的硬碳基支架使硅保持最理想的形式——无定形、纳米级和碳包裹,在锂离子电池循环时表现出出色的首次效率和循环使用寿命。
SCC55™与石墨完全兼容,即使混合比例为 20%,也能在 1000 次循环后将能量密度提高 30%。
2021 年 4 月在华盛顿启动了其第一家BAM工厂,年产硅碳复合负极材料SCC55™ 120 吨。为了满足全球电池制造商和汽车原始设备制造商 (OEM) 快速增长的需求,Group14 正在全球范围内积极建设 BAM 工厂,目前正规划在韩国(与 SK Inc 合资)、美国华盛顿建设另外 2 家 BAM 工厂,每年将生产 12,000 吨或更多的 SCC55™。
图 SCC55™ 可为锂电池提供与石墨负极相媲美的高首次循环效率,并优于市场上其他技术(例如氧化硅 (SiOx))的解决方案。
美国安普瑞斯(Amprius)公司成立于 2008 年,是一家开发超高能量密度锂离子电池及其硅纳米线负极的公司,以其100%硅纳米线技术闻名。通过在集流体表面原位生长出定向排列的硅纳米线形成硅纳米阵列负极,避免了常规硅颗粒在脱嵌锂过程大的体积变化导致失效问题。硅纳米线(阵列)负极结构在脱嵌锂过程中体现了很好的可逆性,也有着非常突出的电化学性能,硅纳米线的克容量达到3400mAh/g,首次效率达到94%以上,且具有阵列结构的硅纳米线无论从机械稳定性还是电化学过程的传质都非常有利。
图 Amprius硅纳米线负极结构及其克容量和循环性能
Amprius于2012年进入中国,设立南京安普瑞斯有限公司,主要围绕硅材料体系进行一系列的研究开发及深耕预锂化技术,主打硅负极产品——“HESO”,目前已经可以实现1400mAh/g可逆容量,且2V条件下首次效率可以达到93%。
2022年11月8日,博赛利斯(南京)有限公司位于合肥庐江的2万吨新型硅负极材料生产基地项目一期投产,产能400吨/年纯HESO材料,预计2025年初全部达产。
图 纯HESO材料产能规划
十九、 美国Sila Nano图 Sila硅负极材料
图 Sila硅负极材料将显著提升锂电池的能量密度 (Wh/L)
二十、 美国EnevateEnevate成立于 2005 年,是致力于推动硅基负极在新型锂离子电池中应用。
Enevate的XFC-Energy TM负极使用了 70% 以上的纯元素硅。自支撑式和整体式阳极不含粘合剂且多孔。Enevate 的以硅为主的负极材料具有约 3,000 mAh/g 的可用比容量,几乎比当今电动汽车中使用的传统石墨电池高出一个数量级。Enevate 硅负极初始库仑效率为 93%,循环过程中的库仑效率与传统石墨电池相似。
此外,采用 XFC-Energy TM技术的锂离子电池材料成本低于传统锂离子电池,且可在短短 5 分钟内完成充电。
图 XFC-Energy TM负极
二十一、 加拿大NEO BatteryNEO Battery Materials Ltd. 总部位于加拿大温哥华,专注于用于电动汽车和储能应用的锂离子电池材料。
NEO专注于通过其专有的单步纳米涂层工艺生产硅负极材料NBMSiDE,NBMSiDE-P100、NBMSiDE-P200 和 NBMSiDE-C100 这三种产品均采用 NEO 专有的纳米涂层技术制造,基于纯度至少为 99.95% 的冶金级硅。NEO的产品均实现了大于86%的初始库仑效率(ICE)和高比容量(>2500 mAh/g)。此外,当NEO的硅与现有的石墨负极混合时,可以获得 92% 或更高的 ICE。与传统的冶金硅基颗粒相比,NEO 的技术显着提高了使用寿命和循环稳定性。公司计划到 2022 年底实现这些材料的半商业规模生产。
2023年1月17日,NEO 宣布其韩国京畿道平泽市的硅负极工厂建设许可获批,该工厂初始产能为240 吨/年,能够为多达 160,000 辆电动汽车供应硅负极,NEO计划将成熟产能目标定为至少 2,000 吨/年。
2022年1月25日,NEO 宣布将于2月成立美国子公司NBM America Ltd.,以扩展美国业务。