起點(diǎn)研究院(SIPR)新調(diào)研統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,2017年中國(guó)鋰電池硅碳負(fù)極材料產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)了1500噸,同比增長(zhǎng)超過(guò)130%,其中前五企業(yè)市場(chǎng)集中度占比超過(guò)90%。截至2017年12月份,國(guó)內(nèi)前8負(fù)極材料企業(yè)基本均在加大擴(kuò)張硅碳材料產(chǎn)能,且也有多家跨行業(yè)的新進(jìn)入者涉足布局硅碳負(fù)極材料,其新增產(chǎn)能將于2018-2019年開(kāi)始陸續(xù)投產(chǎn)。
此前,工信部等四部委發(fā)布的《促進(jìn)汽車(chē)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)方案》中提出,到2020年,新型鋰離子動(dòng)力電池單體比能量超300Wh/公斤,系統(tǒng)比能量達(dá)260Wh/公斤;到2025年,單體比能量達(dá)500Wh/公斤。傳統(tǒng)石墨很難達(dá)到這一要求,而硅碳復(fù)合材料的超高理論能量密度可以顯著提升單體比容量。
隨著新能源汽車(chē)的發(fā)展對(duì)動(dòng)力電池的比能量不斷提出更高的要求,未來(lái)石墨將逐漸被硅碳負(fù)極材料取代,鋰離子電池負(fù)極也必將向著高能量密度、高倍率性能、高循環(huán)性能等方向發(fā)展。
SPIR預(yù)計(jì),硅碳材料行業(yè)即將在2018年下半年開(kāi)始真正大面積登上鋰電池負(fù)極材料大舞臺(tái),在未來(lái)二到三年內(nèi)也必將迎來(lái)大爆發(fā),行業(yè)前景廣闊。
硅碳負(fù)極材料的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)
據(jù)業(yè)內(nèi)專(zhuān)家介紹,硅碳負(fù)極材料主要分為碳包覆的SiO材料和Si/C復(fù)合材料兩類(lèi),目前產(chǎn)業(yè)化程度較高的是SiO材料。
SiO負(fù)極材料的優(yōu)勢(shì)是可逆容量高,達(dá)1700-1800mAh/g,接近理論容量,且其循環(huán)性能和倍率性能相對(duì)于其他硅基負(fù)材料好,但是其首次庫(kù)倫效率低,只有71.4%,無(wú)法單獨(dú)使用,需要預(yù)鋰化處理,而且SiO工藝復(fù)雜,生產(chǎn)成本高。
Si/C復(fù)合負(fù)極材料的優(yōu)點(diǎn)是克容量高、首次充放電效率高、工藝相對(duì)于其他硅基負(fù)材料較為成熟。其缺點(diǎn)是大批量生產(chǎn)電化學(xué)性能優(yōu)異的產(chǎn)品難度較高、其電極膨脹率較高,循環(huán)性能和庫(kù)倫效率還有待提高。
由于我國(guó)工藝技術(shù)相對(duì)落后,生產(chǎn)成本居高不下,短期內(nèi)大規(guī);慨a(chǎn)還很難實(shí)現(xiàn)。
從成本上來(lái)說(shuō),硅碳負(fù)極材料成本為普通石墨類(lèi)負(fù)極材料的2-5倍,因?yàn)樯a(chǎn)規(guī)模小,難以形成規(guī);(yīng),納米級(jí)Si和SiO及硅碳負(fù)極加工成本都很高;從技術(shù)上來(lái)說(shuō),硅碳負(fù)極材料還存在電極膨脹、循環(huán)性能差、電解液中微量HF會(huì)隨Si腐蝕等問(wèn)題;從產(chǎn)業(yè)配套情況來(lái)看,高鎳三元材料品質(zhì)還有待提高,高壓三元電解液關(guān)鍵材料LiFSI國(guó)內(nèi)尚未完全量產(chǎn),陶瓷隔膜關(guān)鍵涂層材料PVDF還依靠進(jìn)口。
從特斯拉說(shuō)起,日韓的布局之路
盡管硅碳負(fù)極材料到大規(guī)模應(yīng)用還有一段路要走,不落人后的特斯拉已經(jīng)率先在Model3上進(jìn)行了嘗試,其采用的松下18650電池,通過(guò)在傳統(tǒng)石墨負(fù)極材料中加入10%的硅,讓電池容量增加到550mAh/g以上,能量密度達(dá)到了300wh/kg。硅碳負(fù)極材料18650電池已經(jīng)量產(chǎn),另外,松下2013 年量產(chǎn)的NCR18650C 型號(hào)電池也使用的是硅碳負(fù)極材料,容量可達(dá)4000mah。
通過(guò)在石墨材料加入硅來(lái)提升電池能量密度已是業(yè)界公認(rèn)的方向之一,日韓等大電芯廠商都在做硅碳負(fù)極電池的商業(yè)化。
2015年,日立集團(tuán)Maxell公司開(kāi)發(fā)出以硅碳材料為負(fù)極的新式鋰電池,并成功應(yīng)用到智能手機(jī)等商業(yè)化產(chǎn)品中。
2016年,韓國(guó)一家研究所通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)法,有效解決了硅體積膨脹的問(wèn)題,推動(dòng)碳-納米硅-石墨復(fù)合負(fù)極材料大規(guī)模生產(chǎn)。
除了松下外,日本GS湯淺推出的硅基負(fù)極材料鋰電池也已應(yīng)用于三菱汽車(chē),日本三井金屬將硅負(fù)極鋰電池推向消費(fèi)電子和電動(dòng)汽車(chē)兩大領(lǐng)域,日立麥克賽爾開(kāi)發(fā)出高電流容量硅負(fù)極鋰電池。
貝特瑞年產(chǎn)量破千噸,中國(guó)企業(yè)盤(pán)點(diǎn)
而在中國(guó),比亞迪、寧德時(shí)代、國(guó)軒高科、貝特瑞、杉杉股份、力神、比克、萬(wàn)向等都展開(kāi)了對(duì)硅碳負(fù)極材料的布局。
貝特瑞的硅碳負(fù)極材料2017年出貨1000噸,已有國(guó)外客戶使用。其S1000型號(hào)硅碳負(fù)極材料的比容量高達(dá)1050mAh/g,盡管離硅的理論比容量4200 mAh/g仍有較大差距,但已經(jīng)是人造石墨負(fù)極材料比容量的3倍,性能有大幅度地提高。
國(guó)軒高科在2016年11月發(fā)布的公告中表示,擬募資不超過(guò)36億元用于動(dòng)力電池相關(guān)項(xiàng)目建設(shè),其中包括5000噸硅基負(fù)極材料項(xiàng)目,公司表示已掌握硅基負(fù)極材料表面改性及材料預(yù)鋰化等關(guān)鍵技術(shù),硅碳負(fù)極產(chǎn)線預(yù)計(jì)將于2018年開(kāi)工建設(shè),有望于2019年投產(chǎn)。
比亞迪目標(biāo)是2018年電池比能量達(dá)到240Wh/kg,負(fù)極采用氧化亞硅或納米硅。
杉杉股份在2017年4月對(duì)外稱(chēng),目前其硅碳負(fù)極已經(jīng)具備每月噸級(jí)的出貨規(guī)模,預(yù)計(jì)2017年有望完成4000噸/年的生產(chǎn)規(guī)模。
緊隨其后,璞泰來(lái)也宣布,計(jì)劃投資50億元在江蘇溧陽(yáng)建隔膜、負(fù)極材料等項(xiàng)目,在該項(xiàng)目中,就包括與中科院物理所合作量產(chǎn)新型硅碳復(fù)合負(fù)極材料。
同樣,由天津力神牽頭承擔(dān)的國(guó)家項(xiàng)目“高比能量密度鋰離子動(dòng)力電池開(kāi)發(fā)與產(chǎn)業(yè)化技術(shù)攻關(guān)”開(kāi)發(fā)完成能量密度達(dá)260Wh/kg的動(dòng)力電池單體,在350次充放電循環(huán)后容量保持率達(dá)到83.28%。這其中,就應(yīng)用到了硅碳復(fù)合負(fù)極材料。
除此外,斯諾、星城石墨、湖州創(chuàng)亞等都在積極推進(jìn)硅基負(fù)極的產(chǎn)業(yè)化。
原標(biāo)題:比亞迪/國(guó)軒/貝特瑞均已布局 硅碳負(fù)極已成未來(lái)趨勢(shì)!