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硅基负极材料产业概述

1. 分类与比较

随着中国新能源汽车对续航里程的要求不断提高，对锂电池负极材料的高比容量研究已成为必然趋势。尽管石墨负极的能量密度在过去得到了持续提高，但目前来看，其容量潜力似乎已经接近极限（372mAh/g）。相比之下，硅基负极的理论比容量则达到了更高的水平，高达4200mAh/g，这使得硅基负极在电池领域具有巨大的潜力，因此硅基负极材料将成为未来锂电池负极的重要研究方向。在能量分布密度、续航能力等方面，硅基负极材料具有显著的比较优势，并被市场广泛认为将是下一代负极材料。在当前市场，由于成本、技术和效率等方面的限制，石墨负极材料仍然占据主导地位，其中人造石墨占比超过80%。

硅的能量密度高，但体积膨胀导致企业的循环放大性能较差，因此我们很难实现农业产业化，一般可与以下硅纳米化或氧化硅结合使用，并利用石墨研究复合改性和改进。分为硅碳负极（消耗面积）和氧化硅负极（消耗+功率）。当前商业应用的硅碳负极容量不超过450马赫/克，它利用纳米硅和一种基体材料共同构成前驱体。与此同时，已有的商业应用中，氧化硅阳极的容量在450-500马赫之间，它的前驱体是由纯硅和二氧化硅合成氧化硅构成的，但成本较高。

2. 生产过程

氧化硅作为负极材料是氧化硅负极结构材料的前驱体，可由纯硅和二氧化硅合成，然后经研磨、级配、表面处理、烧结、筛选、退磁等工艺制备。硅基负极材料具有生产工艺难、工艺不规范、技术门槛高的特点。目前国内企业生产的硅基负极材料广泛应用于动力电池和消费电子产品的制造领域，为科技领域提供了重要的技术支持。

图表：硅基负极材料生产流程简图

资料来源：智研瞻产业研究院整理

产业链结构

在硅基负极材料的供应链中，原材料的管理主要包括硅原料、石墨材料、导电材料等。由于国内企业信息化水平的限制，生产经营受到一定的影响。此外，硅碳负极和硅氧负极的制备方法有所不同，导致整体原材料也存在差异。在硅材料研究领域，主要的研究方向是纳米级硅，例如博源新材料等企业。在硅基负极材料产业链的中游，主要是硅基负极制造企业。国内企业中，以普泰、倍力、亚曼股份等负极材料龙头企业为主。在国际企业中，日本和韩国的企业占据了重要的地位，包括一个日本信越化学、大阪钛业、日立化学、昭和电工技术以及对于韩国中国大陆等。从下游应用领域来看，根据锂电池的研究方向可划分为消费和动力工程领域。其中，硅碳材料主要用于消费领域，而硅氧材料则可用于动力工程。

图表：硅基负极材料产业链结构

资料来源：智研瞻产业研究院整理

上游端分析

统计数据显示，2018年中国二氧化硅行业产量163.20万吨，2022年中国二氧化硅行业产量226.03万吨。2018-2023年中国二氧化硅行业产量如下：

图表：2018-2023年中国二氧化硅行业产量

数据来源：智研瞻产业研究院整理

中国二氧化硅行业竞争梯队

据统计，国内发展的30万吨以上经济规模的沉淀二氧化硅材料生产工厂和企业确实是股份，2021年年产能33万吨，处于不同行业的一、二梯队;生产能力10 -15万吨二氧化硅的企业有丰润化工、正元化工等。

在气相二氧化硅方面，受益于多晶硅和有机硅行业市场产量的不断发展和增长，国内作为氯硅烷主要原料的气相二氧化硅源充足，企业生产装置开工率有较大的经济增长。中国拥有25家以上不同类型气相氧化硅生产技术和设备制造商，其中中国蓝星化工、瓦克化工、德山化工管理、协鑫高科处于行业发展第一产业梯队，吉必盛、和盛业诚卡博特、汇富纳米复合材料生产能力8000吨以上。鑫安化工、盛森硅业位居互联网行业第二、第三梯队，产能不足8000吨：

图表：沉淀二氧化硅企业格局

资料来源：智研瞻产业研究院整理

图表：气相二氧化硅企业格局

资料来源：智研瞻产业研究院整理

行业出货量

统计数据显示，2018年中国硅基负极材料出货量0.26万吨，2022年中国硅基负极材料出货量1.38万吨。2018-2023年中国硅基负极材料出货量如下：

图表：2018-2023年中国硅基负极材料出货量

数据来源：智研瞻产业研究院整理

使用硅基负极材料的动力电池的优势

与使用石墨负极材料的动力电池相比，硅基负极材料具有三个优势:更好的电池快速充电性能、更强的电池寿命和更好的电池安全性。硅基负极材料可分为SiO负极材料、硅碳负极材料、硅基合金负极材料。二氧化硅负极材料的Li2O基体可以作为LixSi核周围锂离子的快速扩散通道，因此富含siox的Li2O基体在嵌入锂后可以优化其循环和速率性能。围绕LixSi核的Li2O和Li4SiO4基质也提供了有效的缓冲体积膨胀。硅碳复合材料在硅材料的外层涂覆碳材料，形成硅碳复合材料。从结构上看，涂层结构提高了材料的循环稳定性。碳材料的涂层可以提高负极材料的导电性，并且碳材料的表面会形成SEI膜，可以抑制电解质对负极材料的侵蚀，从而提高负极的循环性能。

图表：使用硅基负极材料的动力电池的优势

资料来源：智研瞻产业研究院整理

硅基负极材料行业发展方向

硅基负极材料的理论比容量是石墨的十倍，是下一代负极材料的最佳选择。石墨作为国内商业开发中应用最广泛的锂离子电池负极材料，其实际比容量接近372mAh/g的理论比容量极限，进一步改善了学生空间设计的有限性，不足以满足未来学习动力电池的高能量密度要求。硅基负极进行材料技术因其高理论比容量（高达4200mAh/g，约为中国石墨作为阳极的10倍）和较低的除锂电位（略高于我国石墨，可避免充电时表面锂析出）而备受瞩目，更重要的是，它的安全性能比石墨负极材料更胜一筹。

目前，硅基负极材料主要有硅/碳复合材料和氧化硅复合材料。硅/碳复合结构材料结合了硅的高比容量和碳材料的高导电性、低膨胀性和循环经济稳定性等特点，具有非常好的能量分布密度。与Si/C复合材料相比，SIO2复合材料具有体积效应小、循环性能稳定等优点，广泛应用于钢壳、软包装、方铝壳等。值得一提的是，预锂技术的运用和进一步发展对于优化硅负极材料的首次使用效率、提升能量密度、延长循环寿命以及缓解体积膨胀问题具有核心意义。深入分析和研究硅负极材料与粘结剂、电解质、添加剂和大容量正极材料的相容性，对我国研究方法促进硅负极的实际应用也具有重要的思想价值。

硅基负极行业发展趋势

1、4680电池或行业关键转折点

硅阴极市场经济的未来发展具有广阔的前景。随着4680电池量产进程的不断加快，宁德经济时报、松下、亿威锂能源、LG等电池车厂商都在产能资源规划4680电池管理技术的发展，预计4680大型圆柱形电池量产有望带来硅基负极材料需求的增长。4680采用高镍正极，因此需要更高容量的硅负极匹配，以最大限度地提高电池的整体能量密度。预测4680电池系统将在2022年出货，并在2023年迎来快速量产，这将为硅负极带来增长机遇。由于圆柱形体积小于方形和柔性封装结构，因此更容易控制硅负极的体积膨胀。

2、石墨阳极已达到理论上限

相比于石墨型负极材料，硅基负极材料具备更高的理论比容量以及更低的锂离子电位。随着电池产业对高镍体系的需求逐渐成熟，以及电池能量密度要求的逐步提高，硅基负极材料替代石墨负极已成为行业发展的主要趋势，市场空间非常广阔。

3、“碳中和”战略有利于行业发展

在碳中和的趋势下，硅基材料由于其良好的性能，有望在一些领域取代碳基材料。这不仅有利于推动社会的“硅基化”转型，也是对以化石资源和能源为主的碳基时代的一个补充和提升。硅阳极不仅具有显著的优势，避免了碳阳极的锂沉淀风险，而且其安全性更胜一筹。同时，硅的储量丰富，成本也相对低廉，这为硅基材料的广泛应用提供了有利条件。

4、企业跟进布局，开拓市场

在应用端，松下、三星、宁德经济时报等电池工厂，都使用了蔬菜贝斯特利或杉杉集团股份等相关企业的部分产品;在车型管理方面，硅基负极已经能够落地特斯拉中国汽车等部分车型的响应角，随着配套车型的发布，硅基负极材料有望实现更好的销售。