硅碳負(fù)極放量在即，產(chǎn)業(yè)鏈降本成關(guān)鍵。

作為新一代負(fù)極材料的代表，硅碳負(fù)極以高能量密度表現(xiàn)，自2024年以來(lái)在手機(jī)電池領(lǐng)域快速滲透，并在動(dòng)力電池場(chǎng)景逐步展開(kāi)應(yīng)用，部分頭部廠商產(chǎn)品已呈現(xiàn)出供不應(yīng)求狀態(tài)。

多數(shù)受訪人士認(rèn)為，伴隨著化學(xué)氣相沉積法（CVD法）路線的普及，硅碳負(fù)極高膨脹率技術(shù)瓶頸有望突破，主流廠商產(chǎn)能將加速落地，2025年或?qū)⒊蔀楣杼钾?fù)極放量元年。

不過(guò)，與傳統(tǒng)石墨負(fù)極相比，硅碳負(fù)極成本明顯較高，產(chǎn)品一致性仍不穩(wěn)定，規(guī)?；瘧?yīng)用還有賴于產(chǎn)業(yè)鏈的持續(xù)完善。從各主流廠商的策略來(lái)看，深度綁定多孔碳、硅烷氣等關(guān)鍵原材料，通過(guò)一體化布局，與產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)共同推進(jìn)降本成為共識(shí)。

下游應(yīng)用放量

近日，有媒體從供應(yīng)鏈獲悉，蘋(píng)果iPhone 17系列或?qū)⒋钶d硅碳負(fù)極電池，電池容量將提升5000mAh及以上，再度點(diǎn)燃市場(chǎng)對(duì)硅碳負(fù)極的熱情。

事實(shí)上，作為提升電池能量密度的利器，硅碳負(fù)極并非新鮮事物。2024年以來(lái)，多家主流手機(jī)廠商發(fā)布或升級(jí)采用硅碳負(fù)極技術(shù)的電池，并推動(dòng)相關(guān)技術(shù)從旗艦機(jī)型向中低端機(jī)型滲透，硅碳負(fù)極正加速走進(jìn)尋常百姓家。

2024年2月，小米發(fā)布采用硅碳負(fù)極的金沙江電池，首發(fā)搭載于小米14 Ultra，目前該電池為小米15系列標(biāo)配，并應(yīng)用于紅米部分機(jī)型；2024年7月，榮耀發(fā)布第三代青海湖電池，目前已搭載榮耀Magic V3、榮耀Magic7等系列；2024年6月，一加發(fā)布采用硅碳負(fù)極技術(shù)的冰川電池，并率先應(yīng)用于一加Ace 3 Pro，目前已在OPPO部分機(jī)型使用。除此之外，vivo、真我等廠商也相繼推出藍(lán)海電池、聚能電池，均使用了硅碳負(fù)極技術(shù)。

相比于手機(jī)電池，硅碳負(fù)極在動(dòng)力電池領(lǐng)域的市場(chǎng)更具想象空間。

2024年5月，智己汽車(chē)搭載半固態(tài)電池的新車(chē)L6上市，負(fù)極選用新一代高比能復(fù)合硅碳材料；特斯拉較早提出將硅碳負(fù)極引入4680大圓柱電池，2024年9月，其第1億顆4680電池正式下線，規(guī)?；a(chǎn)和制造工藝優(yōu)化方面均取得較大進(jìn)展；今年2月，寶馬對(duì)外展示第六代動(dòng)力電池產(chǎn)品，首次使用大圓柱電芯，負(fù)極含硅量增加，目前已啟動(dòng)大圓柱試生產(chǎn)，將于2026年在國(guó)內(nèi)量產(chǎn)，在“新世代”平臺(tái)上車(chē)。

“相較傳統(tǒng)石墨產(chǎn)品，硅碳負(fù)極的核心優(yōu)勢(shì)是比容量較高，可直接拉升電池能量密度，提升續(xù)航能力，解決里程焦慮?！宾螜遒Y訊行業(yè)研究員吳沛可告訴證券時(shí)報(bào)記者。

據(jù)悉，石墨的理論比容量372mAh/g，目前主流石墨負(fù)極比容量可做到355—360mAh/g，已接近天花板；而硅材料理論比容量達(dá)4200mAh/g，是石墨的10倍以上。

“除新能源汽車(chē)外，低空飛行器、人形機(jī)器人的新型應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)續(xù)航里程要求較高，且對(duì)電池成本敏感度較低，有望更快打開(kāi)硅碳負(fù)極新的增量市場(chǎng)?！闭驿囇芯渴紫治鰩熌赂嬖V證券時(shí)報(bào)記者，未來(lái)隨著半固態(tài)、固態(tài)等高能量密度電池的量產(chǎn)進(jìn)程加速，硅碳負(fù)極或?qū)⒊蔀闃?biāo)配，市場(chǎng)需求將被大幅激活。

中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高也在今年2月召開(kāi)的固態(tài)電池論壇上指出，當(dāng)前全固態(tài)電池的技術(shù)路線，要聚焦以硫化物電解質(zhì)為主體電解質(zhì)，匹配高鎳三元正極和硅碳負(fù)極的技術(shù)路線。

從各負(fù)極廠商的反饋來(lái)看，硅碳負(fù)極產(chǎn)品頗受下游市場(chǎng)歡迎，市場(chǎng)前景較為樂(lè)觀。

貝特瑞已經(jīng)開(kāi)發(fā)至第五代硅碳負(fù)極材料產(chǎn)品，比容量達(dá)2000mAh/g以上。公司新一代硅基負(fù)極產(chǎn)品已于2024年成功導(dǎo)入國(guó)際頭部客戶供應(yīng)鏈，實(shí)現(xiàn)了在國(guó)內(nèi)外46系列大圓柱項(xiàng)目中的全面突破；璞泰來(lái)硅碳負(fù)極產(chǎn)品已小批量供應(yīng)下游消費(fèi)電子客戶，中試產(chǎn)能供不應(yīng)求；杉杉股份新一代硅碳產(chǎn)品在頭部客戶測(cè)試中保持領(lǐng)先，相關(guān)核心技術(shù)已獲得美國(guó)、日本的專(zhuān)利授權(quán)。

技術(shù)瓶頸獲突破

需要關(guān)注的是，雖然硅具備超高比能量，但有一個(gè)致命弱點(diǎn)：在充放電過(guò)程中會(huì)發(fā)生較大的體積膨脹，膨脹率達(dá)300%以上，極易破壞電極結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致活性物質(zhì)與集流體之間的接觸變差，同時(shí)易引起SEI膜破裂而消耗大量鋰離子，折損電池循環(huán)壽命。

“高膨脹率是影響硅碳負(fù)極產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的一大瓶頸，也是業(yè)界著力解決的核心問(wèn)題。”墨柯表示，理論上來(lái)說(shuō)，負(fù)極含硅量越多，電池能量密度越高，但在實(shí)際制備過(guò)程中，受制于高膨脹率，目前硅碳負(fù)極的摻硅比例普遍不高，對(duì)能量密度的拉動(dòng)作用有限。

“現(xiàn)階段硅碳負(fù)極的摻硅比例通常在5%—10%，個(gè)別產(chǎn)品能做到20%，但基本為實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品，尚未在實(shí)際應(yīng)用中普及?！比A東地區(qū)一位負(fù)極材料廠商告訴證券時(shí)報(bào)記者。

據(jù)悉，將硅基材料納米化，并使其與碳材料復(fù)合，是業(yè)內(nèi)解決硅膨脹問(wèn)題的主要路徑。

從工藝迭代來(lái)看，傳統(tǒng)路線為“球磨法”，即通過(guò)物理研磨的方式將硅、碳材料細(xì)化后再進(jìn)行燒結(jié)，實(shí)現(xiàn)二者均勻混合。該工藝操作簡(jiǎn)單，但無(wú)法將硅磨至極小粒徑，且容易混入雜質(zhì)，導(dǎo)致硅顆粒團(tuán)聚，降低電池循環(huán)性能。近年來(lái)，行業(yè)引入了以CVD法為代表的新一代制備工藝，采用多孔碳骨架儲(chǔ)硅，通過(guò)高溫?zé)峤庾尮柰闅獬恋沓晒杓{米顆粒，并均勻分散在多孔碳的孔隙里，在極大緩沖硅膨脹的同時(shí)，為鋰離子提供快速通道，提升快充性能。

“CVD法制備的新硅碳就像一個(gè)多面手，在硅材料高能量密度與高膨脹率的矛盾中找到了迄今為止的最優(yōu)解，邁出了硅碳負(fù)極產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵步伐?！眳桥婵杀硎?，現(xiàn)階段CVD法硅碳產(chǎn)品已普遍得到下游市場(chǎng)的正向反饋，而從近兩年硅基負(fù)極的擴(kuò)產(chǎn)情況來(lái)看，絕大多數(shù)采用的都是CVD法。

國(guó)內(nèi)負(fù)極“新勢(shì)力”天目先導(dǎo)、蘭溪致德專(zhuān)注于CVD法，目前已具備百噸級(jí)產(chǎn)能；傳統(tǒng)廠商貝特瑞、璞泰來(lái)也在積極布局相關(guān)領(lǐng)域，并取得了不錯(cuò)進(jìn)展。其中貝特瑞新型氣相沉積法硅碳產(chǎn)品領(lǐng)域已獲得全球多家主流動(dòng)力客戶的認(rèn)可，預(yù)計(jì)2025年實(shí)現(xiàn)批量供應(yīng)；璞泰來(lái)CVD硅碳負(fù)極產(chǎn)品在消費(fèi)類(lèi)客戶中導(dǎo)入順利，出貨量持續(xù)增長(zhǎng)，2025年公司在安徽蕪湖的首批硅碳負(fù)極產(chǎn)能有望建成投產(chǎn)。

海外市場(chǎng)方面，美國(guó)硅負(fù)極材料商Group14作為CVD法的先行者，近一年來(lái)更是斬獲訂單不斷。2024年6月， Group14宣布與歐洲、亞洲和北美的三家頂尖電動(dòng)汽車(chē)及兩家消費(fèi)電子電池制造商簽署了五項(xiàng)長(zhǎng)期供貨協(xié)議，累計(jì)最低銷(xiāo)售金額超3億美元；2024年7月，又被德國(guó)電池廠CustomCells鎖單，合同價(jià)值預(yù)計(jì)超3億美元；2024年9月，公司宣布與SK Inc.在韓國(guó)尚州的合資工廠開(kāi)始出貨SCC55?硅碳復(fù)合材料，在商業(yè)化方面更進(jìn)一步。

“當(dāng)然，硅碳負(fù)極工藝仍在不斷迭代中，CVD法未必是終極解決方案，不排除后續(xù)會(huì)有新的技術(shù)路線出現(xiàn)。”前述負(fù)極材料廠商表示。

降本仍需時(shí)日

材料性能提升雖解決了硅碳負(fù)極的“可用”問(wèn)題，但相較傳統(tǒng)石墨產(chǎn)品，硅碳負(fù)極當(dāng)前價(jià)格高企，讓諸多下游客戶望而卻步。

“目前人造石墨平均價(jià)格僅為每噸2萬(wàn)多元，而CVD法硅碳負(fù)極的價(jià)格卻高達(dá)50萬(wàn)元/噸，是傳統(tǒng)石墨的二十倍?！眳桥婵杀硎荆m說(shuō)市場(chǎng)普及初期，下游一般會(huì)接受有一定的技術(shù)溢價(jià)，但面對(duì)如此懸殊的價(jià)格差距，客戶對(duì)硅碳負(fù)極的性價(jià)比還是存疑的，小批量使用還可以承受，想要大規(guī)模推廣還需產(chǎn)業(yè)鏈持續(xù)降本。

多數(shù)業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，直接比較硅碳負(fù)極和人造石墨的價(jià)格或有失公允，按照單位克容量?jī)r(jià)格測(cè)算更為合理。據(jù)天風(fēng)證券研報(bào)，目前CVD法硅碳純品克容量約1800mAh/g，是人造石墨的5~6倍，預(yù)計(jì)硅碳負(fù)極較中端負(fù)極的價(jià)格平衡點(diǎn)在11萬(wàn)元/噸~15萬(wàn)元/噸，較高端動(dòng)力負(fù)極價(jià)格平衡點(diǎn)在15萬(wàn)元/噸~17萬(wàn)元/噸，降本空間還很大。

拆解來(lái)看，在當(dāng)前主流的CVD法下，硅碳負(fù)極核心原材料為多孔碳、硅烷，生產(chǎn)一噸硅碳負(fù)極大約需要0.5噸多孔碳及0.7噸硅烷。

“多孔碳價(jià)格一直居高不下，占成本大頭。目前多孔碳的原料較為多元，并沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的制備方法，價(jià)格差異很大，生物質(zhì)的多孔碳價(jià)格在十幾萬(wàn)元/噸左右，樹(shù)脂多孔碳貴的能賣(mài)到50萬(wàn)元/噸?！鼻笆鲐?fù)極材料廠商告訴證券時(shí)報(bào)記者，從實(shí)際應(yīng)用的情況來(lái)看，樹(shù)脂多孔碳孔徑分布均勻且一致性較好，越來(lái)越受到市場(chǎng)青睞，但價(jià)格昂貴，后續(xù)降本還需依靠產(chǎn)能擴(kuò)大及工藝優(yōu)化。

另一項(xiàng)原材料硅烷，此前主要應(yīng)用于光伏及面板行業(yè)，受光伏行業(yè)調(diào)整影響，價(jià)格自去年以來(lái)已經(jīng)大幅下滑，目前每噸已降至10萬(wàn)元以內(nèi)。然而，硅烷屬于易燃易爆?；罚\(yùn)輸過(guò)程中需要采取嚴(yán)格的防爆、防泄漏措施，長(zhǎng)距離運(yùn)輸成本較高。

“靠近硅烷氣生產(chǎn)基地就近建廠，直接通過(guò)管道運(yùn)輸，是比較經(jīng)濟(jì)便捷的方案?！眳桥婵筛嬖V證券時(shí)報(bào)記者。

除原料端外，生產(chǎn)設(shè)備也在一定程度上限制了硅碳負(fù)極的規(guī)模化生產(chǎn)。

據(jù)悉，CVD法需引入關(guān)鍵設(shè)備流化床，通過(guò)將硅顆粒流體化并使其沉積至多孔碳中，實(shí)現(xiàn)高效包覆?！澳壳笆忻嫔系牧骰捕嘁?0kg/爐小型化設(shè)備為主，雖相關(guān)企業(yè)已開(kāi)發(fā)出超過(guò)100kg/爐的大型設(shè)備，但大裝置可能導(dǎo)致硅烷沉積不均勻，良率、一致性、安全性問(wèn)題仍待解決?！眳桥婵杀硎?。

從負(fù)極材料廠的策略來(lái)看，與上游原材料綁定，進(jìn)行一體化布局成為共識(shí)。

“事實(shí)上，市面上能把多孔碳做好的企業(yè)并不多?！鼻笆鲐?fù)極材料廠商表示，多孔碳屬于非標(biāo)產(chǎn)品，具有一定的定制化屬性，一般由上下游共同參與研發(fā)、設(shè)計(jì)才能定型，且需要在應(yīng)用階段不斷調(diào)整，出于產(chǎn)品性能考慮，目前硅碳負(fù)極廠商提升多孔碳自給率是一大趨勢(shì)。

道氏技術(shù)表示多孔碳主要來(lái)源于自制；璞泰來(lái)目前使用的多孔碳雖以外部采購(gòu)為主，但公司已具備多孔碳制備相關(guān)的工藝技術(shù)儲(chǔ)備，也已建成了一條中試線；索理德與協(xié)鑫科技在徐州設(shè)立合資公司，進(jìn)行多孔硅碳產(chǎn)品的合作開(kāi)發(fā)和商業(yè)化。2024年12月，索理德在永州的硅碳負(fù)極多孔碳項(xiàng)目投產(chǎn)，一期產(chǎn)能千噸級(jí)。

在硅烷方面，上下游綁定的現(xiàn)象更為明顯。早在2022年，天目先導(dǎo)就與硅烷科技達(dá)成戰(zhàn)略協(xié)議，后者將為天目先導(dǎo)位于河南省許昌市襄城縣的新一代高端硅基負(fù)極材料基地，長(zhǎng)期穩(wěn)定供應(yīng)硅烷；2023年，Group14收購(gòu)德國(guó)硅烷氣生產(chǎn)商Schmid Silicon，并在2024年9月宣布獲得美國(guó)能源部的2億美元贈(zèng)款，用于在華盛頓州建造一家硅烷廠；2024年初，硅碳負(fù)極“新玩家”物科金硅與天宏瑞科就硅烷氣直供相關(guān)事項(xiàng)簽署合作協(xié)議；同年，美國(guó)硅基負(fù)極材料商Sila Nanotechnologies Inc（簡(jiǎn)稱“Sila”）與硅烷氣供應(yīng)商REC Silicon簽署長(zhǎng)年協(xié)議，后者將定期從其位于華盛頓州摩西湖的工廠向Sila提供高品質(zhì)硅烷氣體。