為適應更高能量密度的電池需求，矽基負極走入產業視野。部分廠家已經開始佈局矽基負極生產專案，率先出貨並被市場接受的廠家能夠享受到約50%的高毛利，但長期來看，大規模應用有賴於成本下降帶來的價效比提升。
有業內人士預計，2023年矽基負極將開始放量，而今年已經明顯感受到需求跨過平臺期。矽基負極是4680電池的直接受益者，放量時間點也緊隨這類電池的推廣節奏。目前特斯拉自建產線已經小規模量產4680電池，松下、LG等海外廠商逐漸起量，國內廠商也緊隨其後展開佈局。
產業化腳步臨近
矽基負極被看作下一代鋰電池負極材料，蟄伏多年後即將迎來爆發。證券時報·e公司記者注意到，當前能夠量產矽基負極的廠商數量不多，競爭格局相對集中，部分量產廠商已經開始新一輪擴產，還有數家公司處於中試、送樣階段。
貝特瑞是國內首家批量出貨矽基負極的公司。貝特瑞總經理任建國告訴證券時報·e公司記者，公司目前擁有3000噸矽基負極產能，主要應用在電動工具及動力電池等領域，其中動力電池用量佔比約六到七成。
貝特瑞擴產計劃也是業內已披露的專案中規模最大的。據公告，貝特瑞近期與深圳光明區達成協議，擬投資50億元建設年產4萬噸矽基負極材料專案，首期1.5萬噸將在2023年12月底前建成投產。
多家傳統負極材料廠都已經開始佈局矽基負極。據各家公司公告，杉杉股份已實現批次供貨，主要應用在3C等領域，動力電池方面已經透過主流車企的多輪評測；璞泰來在江西和溧陽均建設有矽基負極中試線，已經透過部分客戶認證；翔豐華矽基負極已經具備產業化基本條件。
此領域還吸引來一批跨界廠商，其中包括主營電解液材料的石大勝華。證券時報·e公司記者在東營廠區實地調研中瞭解到，石大勝華一期1000噸矽基負極已經進入試生產階段，預計今年下半年批量出貨。此外，公司還規劃了2萬噸級矽基負極產線，總投資額7.3億元，預計將於2023年12月份建成投產。
主營有機矽材料的矽寶科技也佈局了1萬噸/年鋰電池用矽碳負極材料，材料已透過數家電池廠商測評並實現小批次供貨。此外，動力電池廠商國軒高科也有5000噸/年矽基負極材料專案正在建設中。
當前負極材料仍以石墨為主流，但近兩年矽基負極需求量提升明顯。據高工鋰電資料，2020年中國矽碳負極出貨量僅0.6萬噸，佔鋰電池負極材料總體比例2%。預計2022年矽基負極材料需求量為2.2萬噸，2019年至2022年複合增長率達80%。
中金公司在近期研報中明確判斷稱，2022年有望成為矽基負極產業化元年。預計2025年全球矽基負極需求量有望達到20萬噸，其中消費電池滲透率有望達50%，對應約7萬噸矽基負極需求；圓柱和方形動力電池中滲透率分別達到35%和20%，對應約13萬噸矽基負極需求。
推廣應用有待降本
在叩響市場大門之前，矽基負極既需要在效能方面持續最佳化，更需要不斷降本以提升價效比優勢。
容量是衡量負極材料效能的關鍵指標之一，容量越大越有助於提升電池能量密度。傳統石墨負極經過數十年發展，比容量已經達到360~365mAh/g，十分接近理論比容量372mAh/g，提升空間有限。而矽基負極理論比容量高達4200mAh/g，這意味著其容量天花板超過石墨負極十倍。
另一方面，矽基負極也存在矽易體積膨脹、導電性差、首次充放電損耗大等問題。因此，材料的效能改善實際上是在能量密度和穩定性之間尋找平衡，現在的矽基負極產品是將矽和石墨摻雜起來複合使用。
目前量產產品的摻矽比例大多在10%以下，並有逐步提升的趨勢。真鋰研究創始人墨柯告訴證券時報·e公司記者，最佳摻矽比例需要根據不同領域情況而定，比如松下曾經不斷提升矽的比例，大約在七八年前就已經提升到了10%，後來把比例下調了，是為了尋找一個綜合效益的平衡點。
具體而言，矽基負極又分矽碳負極、矽氧碳負極等不同型別，矽碳負極首次充放電效率高，但膨脹較大，矽氧碳負極則與之相反。例如石大勝華產品型別為普通型和高首效型矽氧碳負極（SiOx-C）；貝特瑞覆蓋兩個品種，量產產品中矽碳負極比容量在650~1500mAh/g之間，矽氧碳負極則能達到1600mAh/g。
由於矽基負極產業化仍處初期階段，優先落地量產的廠家能夠享受到溢價效應。證券時報·e公司記者瞭解到，目前矽基負極市場價在20萬~30萬元/噸，相比5萬元/噸的中端人造石墨價格高出4~6倍，毛利率達50%。
不過，現有價格下矽基負極缺乏價效比優勢，這可能影響其在主流車型上的應用。按照中金研報的測算，高鎳811軟包電池使用450mAh/g的矽碳負極，全電池能量密度可以自280Wh/kg提升至295Wh/kg，提升幅度約5%，不及負極成本提升幅度。
市面上已經有少數車型開始應用矽基負極材料。特斯拉Model 3等車型在負極中摻入少量的矽。近期廣汽埃安AION LX Plus車型上市，千里版搭載了海綿矽負極片電池技術，能實現1000公里續航。
“這款海綿矽負極片電池採用三元正極，搭配氧化亞矽負極材料，克容量和摻矽比例都高於市面上現有車型的水平。一般而言，矽基負極最適合在圓柱電池上使用，但我們率先實現了將其應用在方形電池上，因為我們在電池材料體系上做了提升，並且整包設計上匯入了彈匣電池的設計思路。”廣汽埃安技術中心高階經理李進告訴證券時報·e公司記者。
不過，整體來看，當前應用矽基負極的電池摻矽比例較低，還未完全發揮出矽基負極的優勢。有熟悉負極材料的人士對證券時報·e公司記者表示，矽基負極短期內難以給廠商帶來直觀的營利貢獻，複合摻雜的方案下增量空間也比較有限，還需要等待工藝技術的突破。
“相比於消費領域，動力電池企業對成本更加敏感，最近又需要面對各種原材料的漲價壓力，矽基負極目前的價格可能難以接受，但等將來技術成熟後，會有更多公司參與競爭，價格相應會有所下降。”一位鋰電行業分析師告訴證券時報·e公司記者。
在高毛利下，材料廠商實質上也有相當的空間向下遊讓利。石大勝華在可行性報告中測算，矽基負極成品銷售價格預計為7.3萬元/噸，這與市場上高階人造石墨的價格已經相近。任建國也認為，最終矽基負極價效比能夠達到與高階人造石墨相一致的水準。
“矽基負極具備可觀的降本空間，因為人造石墨生產能耗比較高，且石墨化環節成本佔50%，而矽基負極可以避免這道工序。”李進表示。
值得一提的是，矽基負極的應用還將伴隨一批配套材料的成熟。為了克服膨脹，改善導電性、首次充放電效率等效能，採用矽基負極的電池需要配合以導電劑、粘結劑、補鋰劑等產品。部分廠商規劃了配套產品的專案，石大勝華近期公告稱，將投資9.35億元建設2萬噸/年正極補鋰劑專案；投資3.18億元建設1萬噸/年新型導電劑專案。矽寶科技也在矽基負極專案中同時規劃了4萬噸/年專用粘合劑生產基地。
4680暖風吹來
當前矽基負極主要應用在消費電子、電動工具等領域，而蘊藏更大增量空間的是動力電池領域，尤其即將到來的4680電池將成為改變市場的暖風。
特斯拉在2020年首次釋出4680圓柱電池，其命名來源於直徑46mm、高80mm的尺寸。這款電池正極採用高鎳三元材料，搭配矽基負極，並具有無極耳和乾電極設計，使其相對於上一代的2170電池續航里程提升16%、功率輸出提升6倍、能量提升5倍，且成本也將下降14%。特斯拉CEO馬斯克曾直言，這款電池將使2.5萬美元的電動車成為可能。
目前4680電池已經處於大規模量產前夜。特斯拉2月19日宣佈弗裡蒙特工廠1月份已生產100萬塊4680電池，預計將在2022年第一季度率先用於Model Y車型。按照每輛車配備1000塊電池估算，100萬塊電池可滿足1000輛Model Y的生產。
除了自建產線之外，特斯拉還與供應商合作。松下和LG新能源均計劃在2023年量產4680電池，松下位於日本和歌山縣的工廠正在引進2條產線，LG新能源也開始建設一條試點生產線。
國內也有多家廠商開始佈局。億緯鋰能具備4680的技術儲備，並在2021年11月公告稱，將在荊門投建20GWh乘用車用大圓柱電池生產線，有市場猜測其客戶是特斯拉或寶馬。此外，比克電池也在進行全極耳大圓柱電池的應用開發，預計2022年推出量產標品。
另外有行業資訊稱，寧德時代規劃了8條4680電池產線，共12GWh。“寧德時代現在主要面臨的還是價效比的問題，應用矽基負極的成本過高，如果能量密度能達到550Wh/kg的電池量產，就意味著矽基負極的應用成熟了。”一位矽基負極研發人士告訴證券時報·e公司記者。
需要注意的是，國內一些4680電池與特斯拉的工藝技術並不完全等同。“如果只是尺寸變化，那4680電池很快就能做出來，前些年就有一些18650電池廠嘗試做過一些無極耳產品出貨，但如果像特斯拉那樣融入很多新技術，那就很不容易了。”墨柯表示。
矽基負極廠商已經開始瞄準動力電池目標客戶。石大勝華表示，公司與國內頭部鋰電池企業前期技術對接工作持續進行中，超過5家企業的研發人員表示願意與公司開展技術共同開發合作。
上述矽基負極研發人士預計，特斯拉4680量產後一年左右，國內廠商能夠跟進。矽基負極在動力電池領域放量的時間點大約在2023年，屆時可能出現產能缺口，“今年以來已經有頭部電池廠開始和負極廠商頻繁互動，瞭解材料效能提升的進度。”
今年下游需求漸暖是多家廠商的共同感受。任建國也表示，前些年整個市場規模處在一個平臺期階段，今年開始有增量爬坡的跡象。國內暫時沒有看到成熟的4680產線，而海外已經開始逐漸起量，貝特瑞的矽基負極目前主要供應海外大客戶。
更長遠來看，矽基負極的應用未必侷限在4680電池。上述鋰電行業分析師表示，在圓柱、方形和軟包三種電池路線中，圓柱電池的一致性是最強的，所以可以用一些比較激進的材料，而軟包電池安全係數最低，因此一定要用最穩妥的材料。如果技術改進能夠有效控制矽基負極的膨脹係數，那麼其實方形和軟包電池都能用起來。
在車端應用方面，李進表示，廣汽埃安正在嘗試將矽基負極用在更多車型上，業內其他公司也有這方面的規劃。短期內矽基負極仍會侷限在中高階車型，但伴隨材料降本，有望應用在更多主流車型。（記者 毛可馨）