能量密度不斷提升,是鋰電池技術發展的長期趨勢,當前石墨負極已經觸及性能天花板,硅基負極成為未來的升級方向。

近期,天諾聚能旗下遂寧天諾高性能硅基負極材料一期項目投產。據悉,此次該項目投產的百噸級TNSO1580高性能預鋰硅氧材料產品,具有高比容量(1580mAh/g)、長循環(超1200圈保持80%)、高首效(89%)、高倍率性等顯著優勢,特別是在高能量密度液態、固液混合、全固態電池的應用上,將可發揮更大能效。
此外,青島正望CVD硅碳負極材料第一爐產品,近期在其青島工廠下線,該公司位于四川的硅碳負極生產基地,也正在加緊建設中;內蒙古硅源新能年產2萬噸硅碳負極材料一期項目,在鄂爾多斯投產,該項目實現了CVD硅碳負極材料的噸級規模化制備。
電池中國注意到,一個多月前,硅碳負極材料企業蘭溪致德完成了D+輪戰略融資,由寧德時代旗下產投平臺溥泉資本獨家戰略投資。據業內分析,蘭溪致德已自主研發出低成本納米化制備技術,其第三代氣相硅碳負極材料,性能已達到國際先進水平,寧德時代通過投資鎖定該技術,為其下一代高能量密度電池的商業化鋪平道路。
硅負極,已經成為產業鏈企業技術競逐的必爭高地。據業內機構統計,目前全球涉足硅基負極材料研發的電池產業鏈企業,已達幾十家。包括寧德時代、億緯鋰能、國軒高科、孚能科技、欣旺達、比克動力、正力新能、蜂巢能源、瑞浦蘭鈞等電池廠商,都在積極引入硅基負極。
01
新能源材料核心攻關方向
國家“十五五”規劃已經將硅基負極材料,列為新能源領域的核心戰略攻關方向之一。硅基負極材料理論比容量可達4200mAh/g,遠超傳統石墨負極的372mAh/g,因此,硅基材料被業內普遍視為理想的下一代負極材料。
“從應用現狀來看,當前各主流廠商電池能量密度,已普遍可以達到300Wh/kg。”貝特瑞副董事長任建國在參加第十屆動力電池應用國際峰會(CBIS2025)時指出,未來若要實現400Wh/kg或500Wh/kg的能量密度目標,可能需要依賴新型電池體系的突破;但“在350Wh/kg以下的應用中,負極材料預計仍將以硅基負極為主導技術路線”。
目前,硅基負極材料已經在多個場景,逐步開啟規模級應用。業內機構指出,消費電池方面,各大手機廠商在推出的自家電池技術中,大范圍采用硅負極;動力電池方面,寧德時代等頭部電池企業,相繼發布了各自的高能量密度電池,硅負極將進入1-10階段。此外,在電動飛機、機器人等高性能需求場景中,硅負極亦具備廣闊應用前景。
據欣旺達透露,該公司已將硅碳負極電池生產工藝,大規模應用于消費電子領域。2024年,行業內消費類硅碳負極摻硅比例為5%至10%,預計2025年主流的摻硅比例,將提升到10%至15%。
不少材料企業都在大力加碼硅負極。作為國內較早布局硅基負極材料的企業之一,貝特瑞現已擁有硅基負極產能12500噸/年。該公司表示,未來將根據下游客戶及市場需求,逐步釋放產能。據中科電氣透露,目前該公司已有硅碳負極產品,在多家客戶測評獲通過,相關客戶也計劃進入量產導入階段。
此外,恒大高新投資的湖北匠芯硅碳項目,已有小批量供貨,千噸級產線也正在安裝調試中;硅寶科技表示,該公司硅碳負極材料現有產能4000噸/年,已實現銷量快速增長;濱海能源表示,該公司正積極開展各工藝路線的硅碳前驅體材料研發。
硅負極市場空間非常廣闊。據中信證券預測,在滲透率、摻混量顯著提升,單位價格下降的假設下,預計2028年全球硅基負極材料(純品)用量將達到約9萬噸(對應市場空間228億元),其中動力電池用量約7.8萬噸(對應市場空間約192億元)。
02
加快實現技術突破
值得注意的是,硅負極并非一個全新的概念,實際上早在十多年前,硅負極材料就已經在鋰電池中實現了首次應用,當時韓國三星為電動工具配套的圓柱電池,率先采用了硅碳負極材料。不過,硅材料在充放電過程中存在體積變化大的問題,阻礙了其大規模商業化的進程。
“硅在充放電過程中,面臨劇烈的體積膨脹(170-300%)及本征導電性差等挑戰,極易導致電極粉化、活性物質電隔離及固體電解質界面(SEI)失效,最終引發電池容量的快速衰減。因此我們亟待解決低膨脹、長循環問題。”業內人士分析指出。
長期以來,行業企業和科研機構一直致力于彌補硅材料的短板。據報道,近期中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所,針對硅基材料界面不穩定的問題,創新性地提出激光引導共價鍵合策略與分級雙涂層協同調控策略,顯著提升了循環穩定性與電化學性能。實驗結果顯示,優化后的SiOx/NLIG-8%復合負極,在2.0 A/g的高電流密度下循環1000次后,容量保持率高達91.3%。
國家知識產權局信息顯示,近期億緯鋰能獲得一項發明專利授權,該發明利用共聚物對硅基材料進行包覆,能夠對硅基材料在充放電過程中的體積膨脹,起到很好的緩沖作用,從而使負極活性材料在膨脹過程中不易發生破裂,減少由于硅體積膨脹而導致不穩定SEI膜的不斷生成,還可提高負極活性材料的導電性,延長電池的循環壽命。
電池中國還注意到,近期珠海冠宇也申請了一項名為“一種電池”的專利,該電池能夠解決現有技術中,由硅基負極組裝的電池循環膨脹率較大的問題,可顯著降低電池的循環膨脹率。
隨著技術的不斷突破和成熟,硅負極材料已經加速從“技術概念”全面轉向“產業現實”。據業內預測,未來硅負極材料將在圓柱、軟包、方形電池中全面鋪開,特別是未來隨著大圓柱電池的放量,將帶動硅基負極市場的快速增長。硅負極正成為下一代高能量密度電池的?基石?材料,并將加速重構全球鋰電材料供應鏈格局。
