硅化锂电池 硅基负极材料清单

硅基负极材料清单

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硅不具有石墨基材料的层状结构，其储锂机制和其他金属一样，是通过与锂离子的合金化和去合金化进行的，其充放电电极反应可以写作下式：

根据硅的脱嵌锂机理，可以把硅的容量衰减机制归纳如下：

(1)在首次放电过程中，随着电压的下降，首先形成嵌锂硅与未嵌锂晶态硅两相共存的结构。随着嵌锂深度的增加，锂离子与内部晶体硅反应生成硅锂合金，最终以Li15Si4的合金形式存在。使得体积膨胀为原来的三倍，导致硅电极的结构破坏，活性物质与集流体之间失去电接触，抑制了锂离子的脱嵌，从而造成巨大的不可逆容量。

(2)，随着脱嵌锂过程的进行，硅表面的SEI膜越来越厚。由于SEI的形成会消耗锂离子，因而造成了较大的不可逆容量。另一方面，较厚的SEI还会造成较大的机械应力，对电极结构造成进一步破坏。

(3)不稳定的SEI膜层还会使得硅及硅锂合金与电解液直接接触而损耗，造成容量损失。

硅基负极材料类型

包覆型硅基负极：包覆型硅基负极材料将不同纳米结构的硅材料进行碳包覆，这类材料以硅为主体提供可逆容量，碳层主要作为缓冲层以减轻体积效应，同时增强导电性，碳包覆层通常为无定形碳。常见的有核壳型结构，多孔型结构。

核壳结构的构建;为硅的体积膨胀提供空间或者将其限制在一定空间内。它是以硅颗粒为核，在核外表面均匀包覆一层碳层。碳层的存在不仅有利于增加硅的电导率，缓冲硅在脱嵌锂过程中的部分体积效应，还可以最大限度降低硅表面与电解液的直接接触，进而缓解电解液分解，使整个电极的循环性能得到提高。

上海交大胡国新课题组 近日发表的文章通过构建核壳结构，文中提出的策略主要是通过改变颗粒的接触方式并通过填充Si颗粒之间的间隙来增加颗粒的表面接触来实现应力管理策略。在膨胀过程中，颗粒的表面通过填料的相互挤压而受到均匀的压缩应力，这减少了由于应力集中引起的裂纹问题。其中，填料应具有Li+和电子的双重扩散路径性能。在此基础上，建议用壳层覆盖Si表面，以进一步使Si表面上的应力更均匀。

负载型硅基负极：负载型硅基负极材料通常是在不同结构的碳材料（如碳纤维、碳 纳米管、石墨烯等）表面或内部，负载或者嵌入硅薄膜、硅颗粒等，这类硅碳复合材料中，碳材料往往起到结构支撑的力学作用，它们良好的机械性能有利于硅在循环中的体积应力释放，形成的导电网络提高了电极整体的电子电导率。

分散型硅基负极： 分散型硅基负极材料是一种较为宽泛的复合材料体系，包括硅与不同材料的物理混合，也涵盖硅碳元素形成分子接触的高度均勻分散复合物体系。事实证明将硅材料均匀分散到碳缓冲基质中，可以一定程度抑制硅的体积膨胀。

硅碳负极材料： 将纳米硅与基体材料通过造粒工艺形成前驱体，然后经表面处理、 烧结、粉碎、筛分、除磁等工序制备而成。目前商业化应用容量在 450mAh/g，600mAh/g，成本较低，虽然首效相对较高，但循环寿命较差，主要用于 3C 数码领域。

硅氧负极材料： 将纯硅和二氧化硅合成一氧化硅，形成硅氧负极材料前驱体，然后经粉碎、分级、表面处理、烧结、筛分、除磁等工序制备而成。目前商业化应用容量主要在 450-500mAh/g，成本较高，虽然首效相对较低，但循环性能相对较好，主要用于动力电池领域，特斯拉有使用硅氧负极掺混人造石墨方式应用。

硅纳米线复合负极材料

目前已经有研究者在研究，纳米线的电化学储能应用挑战也相当明显：其高比表面积的负面作用是界面反应也得到了促进，降低了库伦效率和循环寿命；充放过程中易团聚，提高了内部阻抗，降低了电极容量；压实密度低，体积能量密度低；保持产品均匀一致性的合成手段复杂，大规模低成本合成仍需要探索等。和块体材料相比，比表面积大，有利于电解液和电极的有效接触，缩短充放电时间阈值；缩短电子输运、离子扩散距离，提升电池容量和倍率；协助实现其他功能，如无集流体、自支撑等。

总结

能源革命的中枢，其关键养分来源于电池产业链，不论这个革命的进程是顺风顺水，还是充满曲折。任何产品及器件的源头都是材料，它就是本源。

在硅基负极的产业化上，宁德时代获得了行业性的突破，贝特瑞占据了硅碳负极材料的行业高地，璞泰来厚积薄发，杉杉科技积极推进，星城石墨后来居上、斯诺占据优势地域、正拓积极布局，昱瓴新能源等也都在积极推进硅碳负极的产业化。材中有硅系，一朝出山震学界。弱水三千，独独娇宠。

Carbontech 2020“碳基储能论坛”，汇聚行业最新动态，企业最新进展，产业最新技术，科研最新成果，将于11月17日-20日在上海国际会展中心举办，论坛以碳材料在储能领域的研究与应用为基点，对碳基材料的设计与合成、储能相关关键材料和技术、能量转换与器件进行交流与研讨，开展产业论坛、技术交流、成果展示、产品推介等活动，为参会代表及相关单位提供和搭建交流平台和推广机会，共同探讨碳基储能材料、技术和应用的未来。

碳基储能论坛

王城英：17855813137

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概念追踪 负极材料持续供不应求 产业高景气下负极材料公司业绩预喜(附概念股)

智通财经APP获悉，在动力电池快速增长下，上游材料需求旺盛，负极材料持续供不应求。今年上半年，新能源汽车保持快速增长态势，共销售260万辆，同比增长120%。作为新能源汽车的核心零部件，动力电池产业规模也快速增长，下游需求旺盛，不少企业下半年订单已经排满。今年以来，多家负极龙头企业宣布了扩产计划。受产业高景气影响，负极材料相关公司业绩向好。国联证券预计，2026年全球锂电池需求达到3467GWh，对应433万吨的负极需求，需求量5年CAGR为43.85。重点推荐贝特瑞(835185.BJ)、璞泰来(603659.SH)、杉杉股份(600884.SH)等。

高工产业研究院(GGII)数据显示，得益于动力电池的旺盛需求，中国负极材料市场整体呈快速增长态势。2021年中国负极材料市场出货量为72万吨，同比增长近一倍。GGII预测，到2025年中国负极材料市场出货量将达280万吨，预计2021-2025年复合增长率为40.4%，市场增长空间较大。

国内负极龙头企业贝特瑞就表示，目前市场上的电池负极材料比较紧缺，从去年到今年上半年一直都处于供不应求的状况。贝特瑞在募集说明书中也表示，锂电负极材料全行业及公司的负极材料业务均存在较大的产能缺口，面临产能瓶颈。

今年以来，多家负极龙头企业宣布了扩产计划。上海钢联锂电材料分析师表示，今年负极材料需求预计在120万吨，供应缺口在30万吨左右。

百川股份在互动平台表示，宁夏公司目前生产的主要为储能相关的材料，年产5万吨针状焦项目和年产5000吨石墨负极材料(1万吨石墨化)项目已经投产。

杉杉股份公告显示，下属子公司上海杉杉锂电材料科技有限公司拟在宁波市鄞州区投资建设年产四万吨锂离子电池硅基负极材料一体化基地项目，项目计划总投资金额约50亿元。

贝特瑞(835185.BJ)在接受调研时表示，公司现有硅基负极产能3000吨/年，新扩建产能2000吨/年，预计今年下半年投产。今年启动的4万吨硅基负极一期项目目前也按计划稳步推进中，预计2023年底投产。

受产业高景气影响，负极材料相关公司业绩向好。

具体来看，科达制造(600499.SH)预计2022年1-6月实现归属于上市公司股东的净利润为21亿元至22亿元，同比增长412.90%至437.33%；杉杉股份(600884.SH)预计2022年半年度实现归属于母公司所有者的净利润16亿元到17亿元，同比增加111%到124%；百川股份(002455.SZ)发布2022年半年度业绩预告，归属于上市公司股东的净利润1.06亿元–1.36亿元，比上年同期增长：30.18%-67.02%。璞泰来(603659.SH)预计上半度实现归属于上市公司股东的净利润为13.7亿元至14.2亿元，同比增加76.80%到83.26%。

国联证券预计，2026年全球锂电池需求达到3467GWh，对应433万吨的负极需求，需求量5年CAGR为43.85。重点推荐天然、人造、硅基负极多元发展的行业龙头贝特瑞(835185.BJ)；石墨化自给率高，一体化布局带来稳健盈利能力的一线厂商璞泰来(603659.SH)及杉杉股份(600884.SH)；绑定下游电池龙头，积极扩产的中科电气(300035.SZ)；受益于硅基负极放量的碳纳米管龙头天奈科技(688116.SH)。

相关概念股：

贝特瑞(835185.BJ)：公司拟募资不超过50亿元，其中15亿元投向4万吨硅基负极(第一期1.5万吨)、10亿元投向贝特瑞(四川)年产5万吨石墨负极、12亿元投向云南20万吨负极一体化(第一期5万吨)、3亿元投向深圳贝特瑞研究院、10亿元补充流动资金。

科达制造(600499.SH)：公司今年石墨化、人造石墨继续新增1万吨产能建设，年底实现石墨化产能4万吨，人造石墨产能2万吨，福建科华获批5万吨石墨化产能预计下半年启动投建。

璞泰来(603659.SH)：截止2021年年底，公司负极材料产能15万吨，石墨化产能11万吨，具备超过70%自供率的能力。

杉杉股份(600884.SH)：公司将投资50亿元建设年产4万吨硅基负极项目，一期1万吨预计23年底建成，二期3万吨预计25年底建成。公司是目前全球少数可量产硅基负极的企业，产品已通过海内外核心客户认证并开始批量供货。

中科电气(300035.SZ)：2021年，公司负极业务实现营收19.26亿元，营收占比87%，同比增长154.4%。公司已涵盖宁德时代、比亚迪、SKI等国内外优质电池企业，与亿纬锂能、宁德时代合资建厂绑定下游需求。

天奈科技(688116.SH)：公司拟在德国投资设立子公司，建设年产3000吨碳纳米管导电浆料等相关复合产品的欧洲生产基地。

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