硅基负极材料或成电池行业“明星”

2022-04-04 22:16  来源:消费日报  浏览:  

随着新能源车的普及,为适应更高能量密度的电池需求,硅基负极材料正步入产业视野。硅基负极被看作下一代锂电池负极材料,已经明显感受到需求跨过平台期。有业内人士预计,即将2022年迎来爆发,2023年开始放量。随着更多原材料企业的加入,硅基负极材料被列入了工信部重点新材料,将成为国家重点鼓励发展的新能源电池材料之一。

  多家企业入局

  被誉为“北交所明星股”、锂电负极材料龙头的贝特瑞,近日宣布,2022年新春开年首笔投资投向了硅基负极材料项目。最新公告显示,中国宝安子公司贝特瑞拟与深圳市光明区政府签署投资合作协议,拟在深圳市光明区内投资建设年产4万吨硅基负极材料项目,项目预计总投资50亿元。

  而随着硅基负极材料的“明星”效应不断释放,多家传统负极材料厂都已经开始入局硅基负极。据公告,璞泰来在江西和江苏溧阳均建设有硅基负极中试线,已经通过部分客户认证;翔丰华硅基负极已经具备产业化基本条件。动力电池厂商国轩高科也有5000吨/年硅基负极材料项目正在建设中。

  据了解,中国负极行业产量在已经占据全球约六成以上市场,贝特瑞、璞泰来、杉杉股份市场份额占比居前。业内人士表示,当前硅基负极主要应用在消费电子、电动工具等领域,而蕴藏更大增量空间的是动力电池领域,尤其即将到来的4680电池将成为改变市场的暖风。目前,4680电池已经处于大规模量产前夜。

  诸多难题破解

  公开资料显示,高比容量优势使得硅基材料被视为理想的下一代负极材料。硅的比容量高达4200mAh/g,是碳基材料的10倍以上,是目前已知比容量最高的负极材料。碳基材料是目前使用最为广泛的负极材料,其理论比容量为372mAh/g。

  然而,硅基负极材料也存在硅易体积膨胀、导电性差、首次充放电损耗大等问题。由于硅材料在充放电时体积膨胀可达120%—300%,导致硅颗粒分化及SEI膜的破裂增厚,将影响电池首充效率与寿命。

  针对此短板,科研人员发现,以碳辅硅,兼具容量与寿命。据此,业内提出的解决方案是,将硅碳复合材料与硅氧复合材料作为硅基负极的主要技术路线。具体说,就是在能量密度和稳定性之间寻找平衡,以实现材料性能的实际改善。

  当前的硅基负极产品是将硅和石墨掺杂起来复合使用,以硅颗粒提供储锂容量,碳材料缓冲体积变化,同时兼顾了较高的比容量与较长的使用寿命。而对于新能源车普遍采用的锂电池负极材料而言,一般分为碳系负极和非碳系负极,其中,硅碳负极材料相比于石墨负极材料的比容量大,能极大提高锂电池的能量密度,被认为当前性能最好的负极材料。

  然而,新的问题又出现了,虽然硅基材料缓解了纯硅材料的体积膨胀,但硅基负极的寿命与首次充电效率相较于碳基负极仍有差距。对此,业内提出了更新的解决方案,一是负极预锂化,即在电池工作前向电池内部补充锂离子,将有效提升首次充电效率与电池寿命;二是改进硅基复合材料,除硅碳(纳米硅)路线、硅氧路线外,通过加入碳纳米管、石墨烯等新型导电剂材料,也将提升硅基负极的寿命与循环性能。

  或迎市场爆发

  在业内看来,硅基负极材料即将迎来市场爆发。国内主要硅基负极材料生产企业包括中科电气、贝特瑞、江西正拓、深圳斯诺等,其中,贝特瑞具备先发优势,目前已经进入了松下-特斯拉的供应链,同时已量产供货给韩国的三星电池,并计划提升惠州工厂的产能,硅碳和硅氧各生产3000吨/年。

  与此同时,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。其中,杉杉股份的高容量硅合金负极材料已小批量生产,并对宁德时代供货。从产业来看,硅碳负极材料在国内的发展处于初期阶段,不少企业已布局生产线,进行小批量生产。据数据统计,2020年国内的硅碳负极材料出货量为0.9万吨,占总负极材料出货量的比例约2%。

  业内普遍认为,国内的硅碳负极材料产业化需要一个整合过程,一方面要求上游材料企业提高产品的性能,另一方面还要调配好与其它掺杂材料的比例,以及与电池企业研究锂电池封装工艺的提升。相信随着国内负极材料生产企业的快速布局,市场的渗透率逐步提升,规模级的产业化将会加快来临,硅碳负极材料的市场规模将会迎来春天。

  (中华工商时报)



(责任编辑:王惠绵)
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