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比亚迪/国轩/贝特瑞均已布局 硅碳负极已成未来趋势!
  • 来源:锂电大数据
  • 阅读数:
  • 发布时间:2018-03-13
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摘要SPIR预计,硅碳材料行业即将在2018年下半年开始真正大面积登上锂电池负极材料大舞台,在未来二到三年内也必将迎来大爆发,行业前景广阔。

起点研究院(SIPR)最新调研统计数据显示,2017年中国锂电池硅碳负极材料产量已经超过了1500吨,同比增长超过130%,其中前五企业市场集中度占比超过90%。截至2017年12月份,国内前8负极材料企业基本均在加大扩张硅碳材料产能,且也有多家跨行业的新进入者涉足布局硅碳负极材料,其新增产能将于2018-2019年开始陆续投产。

此前,工信部等四部委发布的《促进汽车动力电池产业发展行动方案》中提出,到2020年,新型锂离子动力电池单体比能量超300Wh/公斤,系统比能量达260Wh/公斤;到2025年,单体比能量达500Wh/公斤。传统石墨很难达到这一要求,而硅碳复合材料的超高理论能量密度可以显著提升单体比容量。

随着新能源汽车的发展对动力电池的比能量不断提出更高的要求,未来石墨将逐渐被硅碳负极材料取代,锂离子电池负极也必将向着高能量密度、高倍率性能、高循环性能等方向发展。

SPIR预计,硅碳材料行业即将在2018年下半年开始真正大面积登上锂电池负极材料大舞台,在未来二到三年内也必将迎来大爆发,行业前景广阔。

 

硅碳负极材料的优点与缺点

据业内专家介绍,硅碳负极材料主要分为碳包覆的SiO材料和Si/C复合材料两类,目前产业化程度较高的是SiO材料。

SiO负极材料的优势是可逆容量高,达1700-1800mAh/g,接近理论容量,且其循环性能和倍率性能相对于其他硅基负材料好,但是其首次库伦效率低,只有71.4%,无法单独使用,需要预锂化处理,而且SiO工艺复杂,生产成本高。

Si/C复合负极材料的优点是克容量高、首次充放电效率高、工艺相对于其他硅基负材料较为成熟。其缺点是大批量生产电化学性能优异的产品难度较高、其电极膨胀率较高,循环性能和库伦效率还有待提高。

由于我国工艺技术相对落后,生产成本居高不下,短期内大规模化量产还很难实现。

从成本上来说,硅碳负极材料成本为普通石墨类负极材料的2-5倍,因为生产规模小,难以形成规模化效应,纳米级Si和SiO及硅碳负极加工成本都很高;从技术上来说,硅碳负极材料还存在电极膨胀、循环性能差、电解液中微量HF会随Si腐蚀等问题;从产业配套情况来看,高镍三元材料品质还有待提高,高压三元电解液关键材料LiFSI国内尚未完全量产,陶瓷隔膜关键涂层材料PVDF还依靠进口。

 

从特斯拉说起,日韩的布局之路

尽管硅碳负极材料到大规模应用还有一段路要走,不落人后的特斯拉已经率先在Model3上进行了尝试,其采用的松下18650电池,通过在传统石墨负极材料中加入10%的硅,让电池容量增加到550mAh/g以上,能量密度达到了300wh/kg。硅碳负极材料18650电池已经量产,另外,松下2013 年量产的NCR18650C 型号电池也使用的是硅碳负极材料,容量可达4000mah。

通过在石墨材料加入硅来提升电池能量密度已是业界公认的方向之一,日韩等大电芯厂商都在做硅碳负极电池的商业化。

2015年,日立集团Maxell公司开发出以硅碳材料为负极的新式锂电池,并成功应用到智能手机等商业化产品中。

2016年,韩国一家研究所通过化学气相沉积(CVD)法,有效解决了硅体积膨胀的问题,推动碳-纳米硅-石墨复合负极材料大规模生产。

除了松下外,日本GS汤浅推出的硅基负极材料锂电池也已应用于三菱汽车,日本三井金属将硅负极锂电池推向消费电子和电动汽车两大领域,日立麦克赛尔开发出高电流容量硅负极锂电池。

 

贝特瑞年产量破千吨,中国企业盘点

而在中国,比亚迪、宁德时代、国轩高科、贝特瑞、杉杉股份、力神、比克、万向等都展开了对硅碳负极材料的布局。

贝特瑞的硅碳负极材料2017年出货1000吨,已有国外客户使用。其S1000型号硅碳负极材料的比容量高达1050mAh/g,尽管离硅的理论比容量4200 mAh/g仍有较大差距,但已经是人造石墨负极材料比容量的3倍,性能有大幅度地提高。

国轩高科在2016年11月发布的公告中表示,拟募资不超过36亿元用于动力电池相关项目建设,其中包括5000吨硅基负极材料项目,公司表示已掌握硅基负极材料表面改性及材料预锂化等关键技术,硅碳负极产线预计将于2018年开工建设,有望于2019年投产。

比亚迪目标是2018年电池比能量达到240Wh/kg,负极采用氧化亚硅或纳米硅。

杉杉股份在2017年4月对外称,目前其硅碳负极已经具备每月吨级的出货规模,预计2017年有望完成4000吨/年的生产规模。

紧随其后,璞泰来也宣布,计划投资50亿元在江苏溧阳建隔膜、负极材料等项目,在该项目中,就包括与中科院物理所合作量产新型硅碳复合负极材料。

同样,由天津力神牵头承担的国家项目“高比能量密度锂离子动力电池开发与产业化技术攻关”开发完成能量密度达260Wh/kg的动力电池单体,在350次充放电循环后容量保持率达到83.28%。这其中,就应用到了硅碳复合负极材料。

除此外,斯诺、星城石墨、湖州创亚等都在积极推进硅基负极的产业化。