硅基負極設(shè)備需求訂單明顯增多，硅基負極有望“大起量”
01 五月投產(chǎn)潮，百億項目落地
五月盛夏，硅碳負極材料產(chǎn)業(yè)迎來建設(shè)與投產(chǎn)的雙重?zé)岢薄?/div>
近日，湖北省宜昌市生態(tài)環(huán)境局發(fā)布宜昌聯(lián)創(chuàng)和洋科技產(chǎn)業(yè)有限公司（以下簡稱“宜昌聯(lián)創(chuàng)”）年產(chǎn)1萬噸硅碳負極新材料項目環(huán)境影響評價第一次公示。
今年1月，宜昌高新區(qū)與洛陽聯(lián)創(chuàng)鋰能科技有限公司（以下簡稱“聯(lián)創(chuàng)鋰能”）簽訂合作協(xié)議，總投資10億元、年產(chǎn)1萬噸新能源電池硅碳負極新材料項目落戶宜昌，項目由聯(lián)創(chuàng)鋰能子公司宜昌聯(lián)創(chuàng)負責(zé)建設(shè)。
據(jù)了解，該項目一期占地約50畝，擬建設(shè)年產(chǎn)2000噸硅碳負極材料及相關(guān)配套設(shè)施，全部建成達產(chǎn)后，預(yù)計可實現(xiàn)年銷售收入30億元。
資料顯示，聯(lián)創(chuàng)鋰能成立于2016年，該公司先后研究開發(fā)過高性能人造石墨負極材料，納米多孔硅碳負極材料，納米硅碳負極材料，硅氧基負極材料和沉積法硅碳負極材料，是國內(nèi)外少數(shù)能夠為客戶批量生產(chǎn)供應(yīng)沉積法硅碳負極和預(yù)鋰硅氧負極材料的企業(yè)。據(jù)透露，聯(lián)創(chuàng)鋰能2024年硅碳負極材料產(chǎn)品供貨已達到噸級。
硅基負極是一種新型的負極材料，目前主要包括硅碳和硅氧兩大主流技術(shù)路線。從技術(shù)上來說，傳統(tǒng)石墨負極的實際比容量已經(jīng)接近其理論值372mAh/g，很難再有提升空間。硅基負極理論比容量高達4200mAh/g，超過石墨負極的十倍，是目前已知比容量最高的鋰離子電池負極材料。
由于硅基負極新材料具有高能量密度、對環(huán)境友好等顯著特點，被業(yè)界認為是未來鋰電池領(lǐng)域重要的技術(shù)發(fā)展方向，特別是隨著固態(tài)電池技術(shù)的逐步成熟，其將被廣泛應(yīng)用于新能源汽車和儲能等領(lǐng)域。
截至目前，包括特斯拉、比亞迪、蔚來、上汽智己、廣汽埃安、奔馳、極氪等眾多車企，都已經(jīng)開始或即將搭載硅基負極動力電池。寧德時代、億緯鋰能、國軒高科等頭部電池廠商，也都已布局硅基負極動力電池；貝特瑞、杉杉股份、璞泰來等眾多材料廠商，也都在大力研發(fā)硅負極產(chǎn)品。
業(yè)內(nèi)機構(gòu)預(yù)測，到2025年全球硅基負極材料需求量有望達到20萬噸，其中消費電池滲透率有望達50%，對應(yīng)約7萬噸需求；圓柱和方形動力電池中的滲透率將分別達到35%和20%，對應(yīng)約13萬噸需求。
四川內(nèi)江內(nèi)江埃普諾項目總投資105億元，是內(nèi)江首個單個投資超百億元的制造業(yè)項目。該項目分兩期建設(shè)，一期已建成3條生產(chǎn)線，年產(chǎn)能6萬噸；全部建成后年產(chǎn)能將達12萬噸，預(yù)計年產(chǎn)值360億元。
埃普諾項目以微米硅為核心原材料，生產(chǎn)的產(chǎn)品具備“高能量密度、長循環(huán)壽命、綠色環(huán)保”的技術(shù)優(yōu)勢。其主廠房高度達32.8米，首期3條生產(chǎn)線集成1200臺（套）先進設(shè)備，管線總長數(shù)十公里，呈現(xiàn)出“科技范”與“工業(yè)味”兼具的智能化生產(chǎn)場景。
02 技術(shù)路線趨同，CVD法成主流
縱觀五月開工與投產(chǎn)的硅碳負極項目，化學(xué)氣相沉積法（CVD法） 成為新建項目的主流技術(shù)選擇。這種技術(shù)路線通過在多孔碳骨架中沉積硅納米顆粒，有效解決硅材料膨脹問題。
CVD法的核心工藝是：首先采用高分子材料制造出具有多孔結(jié)構(gòu)的碳顆粒，后向多孔碳顆粒的孔隙中輸送硅烷氣體，經(jīng)高溫?zé)峤馐箽怏w沉淀成硅納米顆粒。
這種技術(shù)生產(chǎn)的新型硅碳材料具有穩(wěn)定性好、體積變化小和導(dǎo)電性優(yōu)異等優(yōu)點。多孔碳材料具備比表面積高、微觀形貌可控、孔洞結(jié)構(gòu)豐富等特性，為鋰離子提供快速擴散通道。
內(nèi)蒙古硅源新能項目采用的就是典型的硅烷CVD法制備工藝，以多孔碳、甲硅烷、丙烯、乙炔為原料，通過碳原料燒結(jié)、純化，硅烷氣冷氫化、歧化反應(yīng)等工藝產(chǎn)出硅碳負極材料產(chǎn)品。
埃普諾項目雖未公開具體技術(shù)細節(jié)，但從其“高能量密度、長循環(huán)壽命”的產(chǎn)品特性描述判斷，同樣采用了行業(yè)領(lǐng)先的復(fù)合技術(shù)。
CVD法在業(yè)內(nèi)被稱為“迄今為止的最優(yōu)解”，在硅材料高能量密度與高膨脹率的矛盾中找到了平衡點。從近兩年硅基負極的擴產(chǎn)情況看，絕大多數(shù)采用的都是CVD法。
03 成本困境，產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同破局
盡管技術(shù)路線逐漸成熟，硅碳負極材料的高成本仍是制約產(chǎn)業(yè)化的主要瓶頸。目前CVD法硅碳負極的價格高達50萬元/噸，是傳統(tǒng)人造石墨（約2萬元/噸）的二十倍以上。
多孔碳成本占比約35%，硅烷占比約50%，成為材料降本的關(guān)鍵點。面對高成本壓力，頭部企業(yè)正通過產(chǎn)業(yè)鏈整合尋求突破：
多孔碳降本：蚌埠吉孚力新材料采用物理法活化椰殼基多孔碳，通過生物質(zhì)路線實現(xiàn)降本。道氏技術(shù)表示多孔碳主要來源于自制；璞泰來也在提升多孔碳自給率。
硅烷成本優(yōu)化：受光伏行業(yè)調(diào)整影響，硅烷價格已降至10萬元/噸以內(nèi)。但硅烷屬于易燃易爆?；?，運輸成本占硅烷氣體成本的30%。業(yè)內(nèi)正通過“靠近硅烷氣生產(chǎn)基地就近建廠，直接通過管道運輸”的方案降低運輸成本和風(fēng)險。
設(shè)備制約突破：CVD法需引入關(guān)鍵設(shè)備流化床，目前市面上的流化床多以20kg/爐小型化設(shè)備為主。雖然相關(guān)企業(yè)已開發(fā)出超過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、一致性問題仍待解決。
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