硅碳類材料的優(yōu)點和缺點,鋰電池負(fù)極材料企業(yè)盤點

2017年以來，在國家政策的推動下，新能源汽車的快速發(fā)展，國內(nèi)動力電池企業(yè)也大幅擴(kuò)產(chǎn)，鋰電負(fù)極材料的需求大增。國家工信部等三部委聯(lián)合出臺的《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》中要求，到2020年動力電池單體比能量達(dá)到300Wh/kg以上，力爭實現(xiàn)350Wh/kg。目前國內(nèi)單體電芯能量密度普遍在250Wh/kg以下，要在2020年實現(xiàn)300Wh/kg這一目標(biāo)是比較困難的，進(jìn)入2018年，許多企業(yè)已經(jīng)在高鎳正極方面取得了許多成果，但在負(fù)極方面行動較為緩慢。

負(fù)極材料分類

國內(nèi)現(xiàn)有負(fù)極產(chǎn)品主要為碳材料和非碳材料，其中碳材料又可以分為石墨類碳材料和無定型碳材料，石墨類碳材料應(yīng)用比較多的是天然石墨和人造石墨；而非碳材料方面主要包括錫基材料、硅基材料、氮化物、鈦基材料，其中硅基材料和鈦基材料在市場上有少量應(yīng)用。

圖表 鋰電池負(fù)極材料分類

硅碳類材料的優(yōu)點和缺點

石墨類負(fù)極作為主要的負(fù)極材料，應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，但是石墨類負(fù)極材料容量已做到360mAh/g，已經(jīng)接近372mAh/g的理論克容量，再想提升其空間已很難實現(xiàn)。而硅與碳化學(xué)性質(zhì)相近，硅在常溫下可與鋰合金化，生成Li15Si4相，理論比容量高達(dá)3572 mA·h/g，遠(yuǎn)高于商業(yè)化石墨理論比容量，在地殼元素中儲量非常豐富，成本低、環(huán)境友好，因而硅負(fù)極材料一直備受科研人員關(guān)注，是最具潛力的下一代鋰離子電池負(fù)極材料之一。

圖表 幾種負(fù)極材料性能對比

但是，由于硅在充放電過程中容易產(chǎn)生體積膨脹(~300%)，這限制了硅負(fù)極的商業(yè)化應(yīng)用。碳質(zhì)負(fù)極材料在充放電過程中體積變化較小，具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性能，而且碳質(zhì)負(fù)極材料本身是離子與電子的混合導(dǎo)體；另外，硅與碳化學(xué)性質(zhì)相近，二者能緊密結(jié)合，因此碳常用作與硅復(fù)合的首選基質(zhì)。在 Si/C復(fù)合體系中，Si顆粒作為活性物質(zhì)，提供儲鋰容量；C既能緩沖充放電過程中硅負(fù)極的體積變化，又能改善Si質(zhì)材料的導(dǎo)電性，還能避免Si顆粒在充放電循環(huán)中發(fā)生團(tuán)聚。因此Si/C復(fù)合材料綜合了二者的優(yōu)點，表現(xiàn)出高比容量和較長循環(huán)壽命，有望代替石墨成為新一代鋰離子電池負(fù)極材料。

硅碳材料主要結(jié)構(gòu)

包覆型：包覆結(jié)構(gòu)是在活性物質(zhì)硅表面包覆碳層，緩解硅的體積效應(yīng)，增強(qiáng)其導(dǎo)電性。根據(jù)包覆結(jié)構(gòu)和硅顆粒形貌，包覆結(jié)構(gòu)可分為核殼型、蛋黃-殼型以及多孔型；

嵌入型：嵌入型硅碳復(fù)合材料是將硅顆粒通過物理或者化學(xué)手段分散到碳載體中，硅顆粒與碳基體結(jié)合緊密，形成穩(wěn)定的兩相或者多相體系，依靠碳載體為電子和離子提供傳輸通道和支撐骨架，提供材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

主要負(fù)極材料廠商開始布局硅碳負(fù)極材料

硅碳負(fù)極優(yōu)異的電化學(xué)性能吸引了許多負(fù)極材料廠商投入到硅碳材料的研發(fā)和生產(chǎn)當(dāng)中，負(fù)極材料企業(yè)如貝特瑞、上海杉杉、斯諾和國軒高科等都公布了各自的硅碳負(fù)極產(chǎn)能規(guī)劃。但是由于硅碳材料成本較高和合成工藝較為復(fù)雜，目前只有貝特瑞等少量廠商能夠批量供貨，2017年出貨1000噸，已有部分國外客戶使用。其S1000型號硅碳負(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。

圖表 各大負(fù)極企業(yè)布局

電池廠布局硅碳系列電池

硅碳材料早先是在日韓企業(yè)中應(yīng)用較多，松下和三星的產(chǎn)品都有成熟應(yīng)用，特斯拉通過在傳統(tǒng)石墨負(fù)極材料中加入10%以上的硅碳，讓電池容量增加到550mAh/g以上。國內(nèi)方面，由于硅碳是一種新型的負(fù)極材料，與其配套的正極材料和電解液等技術(shù)水平有限，真正實現(xiàn)硅碳類電池量產(chǎn)的企業(yè)還非常少。國內(nèi)包括國軒高科、寧德時代、比克電池、比亞迪、天津力神等都已經(jīng)開始布局相關(guān)產(chǎn)品，但是真正量產(chǎn)應(yīng)用的主要在18650產(chǎn)品上面。

圖表 主要電池廠硅碳類電池布局

硅碳價格高昂

由于硅碳現(xiàn)有產(chǎn)能較小，供應(yīng)量較低，現(xiàn)有市場價格非常高。2017年底，部分廠商產(chǎn)能不斷釋放，價格開始下降，但是也基本上維持在400元/kg左右，與傳統(tǒng)的人造石墨和天然石墨70元/kg以內(nèi)的價格高出非常多，這一原因也導(dǎo)致了硅碳負(fù)極短期內(nèi)很難大量應(yīng)用。以18650為例，單顆電芯負(fù)極材料接近10g，其中摻雜大概1g的硅碳材料，能夠使得整體的能量密度得到很大的提升，單顆電芯所需硅碳成本維持在0.4元/顆，按電量來計算則為0.04元/wh，用量為0.1g/wh（資料來源：OFweek產(chǎn)業(yè)研究院）。根據(jù)OFweek產(chǎn)業(yè)研究院《2018-2022年中國鋰電池負(fù)極材料行業(yè)市場研究及預(yù)測報告》：隨著硅碳應(yīng)用技術(shù)的不斷成熟和電池對于能量密度要求的不斷提高，單顆電芯內(nèi)的硅碳含量將會不斷增加，但將會在成本和能量密度之間尋求一個平衡。

圖表 幾種鋰電池負(fù)極材料的價格（單位：元/kg）

資料來源：OFweek產(chǎn)業(yè)研究院

硅碳材料市場短期內(nèi)不會大規(guī)模爆發(fā)

雖然各大負(fù)極材料廠商紛紛公布了硅碳的產(chǎn)能規(guī)劃，但是OFweek產(chǎn)業(yè)研究院認(rèn)為，短期內(nèi)，硅碳負(fù)極市場將難以大規(guī)模爆發(fā)。供應(yīng)端方面，由于硅碳負(fù)極的價格非常高，對于生產(chǎn)環(huán)境的要求也非常高，短期內(nèi)產(chǎn)能很難得到釋放。應(yīng)用端方面，與硅碳負(fù)極相匹配的電解液和正極材料體系還不成熟，硅碳負(fù)極的大規(guī)模應(yīng)用也比較困難，目前為止只有少部分圓柱廠商的18650產(chǎn)品得到了量產(chǎn)應(yīng)用。預(yù)計到2020年后，隨著國內(nèi)方型鋰電池逐漸開始使用硅碳負(fù)極，硅碳負(fù)極的市場需求才會快速增長。

圖表 2017-2021年中國硅碳負(fù)極市場需求預(yù)測（單位：噸）（不含出口）

資料來源：OFweek產(chǎn)業(yè)研究院

鋰電池負(fù)極材料企業(yè)盤點

據(jù)相關(guān)統(tǒng)計資料顯示，2017年國內(nèi)負(fù)極材料產(chǎn)量約14.7萬噸，同比增長23%。隨著新能源汽車推廣應(yīng)用、以及電網(wǎng)儲能需求推動，電池負(fù)極材料產(chǎn)量也隨之逐年提升。在國際市場中，中國和日本以絕對產(chǎn)量優(yōu)勢占領(lǐng)全球負(fù)極材料市場，中國的石墨資源與日本的生產(chǎn)技術(shù)造就了明顯的寡頭壟斷格局。

據(jù)分析鋰電池電池總成本中，負(fù)極材料約占5~15%左右。由于上游原材料價格上漲，而且部分石墨企業(yè)因環(huán)保問題被關(guān)停，導(dǎo)致近年負(fù)極材料價格呈現(xiàn)暴漲趨勢。

國內(nèi)主要負(fù)極材料廠家產(chǎn)量統(tǒng)計(噸)

資料來源：中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)

國內(nèi)主要負(fù)極材料廠家產(chǎn)能統(tǒng)計(噸)

資料來源：中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)

負(fù)極材料企業(yè)相對集中，前三甲龍頭企業(yè)市場占有率超60%。但迫于價格壓力以及擴(kuò)增的產(chǎn)量需求，原有負(fù)極材料企業(yè)正擴(kuò)建產(chǎn)能，也有一些新企業(yè)加入負(fù)極材料生產(chǎn)制造行列，企業(yè)之間的差距正在逐步縮小。

依據(jù)已公開的新聞資料，整理負(fù)極材料主要廠商及產(chǎn)能如下：

中碳

6月9日，有消息稱中碳的負(fù)極材料去年出貨量僅200多噸，今年5月起預(yù)計每月出貨量100～200噸，初期由大陸石墨加工廠代工，待屏南石墨化新廠投產(chǎn)后，屆時碳材料營收比重可望由7％提高到10％。投資法人分析，一直被看好的負(fù)極材料因為毛利率至少50％以上，成為驅(qū)動中碳毛利的重要角色。

此外，中碳前5月營收已達(dá)33.66億，預(yù)計今年上半年營收估計將遠(yuǎn)超過40億元，中碳副總經(jīng)理黃書誠指出，上半年營收、獲利優(yōu)于去年，主要是油價上漲、越南河靜2號高爐點火及負(fù)極材料（熟球）銷售提升。

璞泰來

5月15日，璞泰來公告稱，公司擬在內(nèi)蒙古卓資縣設(shè)立全資子公司內(nèi)蒙古紫宸科技有限公司，注冊資本人民幣2億元，經(jīng)營范圍為鋰離子電池負(fù)極材料、新型石墨（碳復(fù)合負(fù)極材料、硅負(fù)極、硅碳石墨體系的復(fù)合材料）的技術(shù)開發(fā)、生產(chǎn)和銷售等。

公司表示，本次在內(nèi)蒙古設(shè)立負(fù)極材料子公司，協(xié)同內(nèi)蒙興豐石墨化加工能力，完善公司產(chǎn)能和業(yè)務(wù)的戰(zhàn)略布局。

派思股份

5月11日，派思股份披露重大資產(chǎn)重組預(yù)案，擬9.5億元收購正拓能源100%的股權(quán)，并募集配套資金總額不超過5.69億元。本次交易完成后，正拓能源將成為上市公司全資子公司，上市公司主營業(yè)務(wù)有天然氣產(chǎn)業(yè)鏈基礎(chǔ)上將新增鋰電池負(fù)極材料業(yè)務(wù)，拓寬上市公司在新能源領(lǐng)域的業(yè)務(wù)布局。

中科電氣

4月23日，中科電氣發(fā)布了一季度報，顯示2018年Q1營收1.06億元，同比增長87.68%。同時，表示將擬對公司全資子公司貴州格瑞特新材料有限公司（以下稱：格瑞特）增加投資，金額不超過2億元，用于其年產(chǎn)1萬噸鋰離子電池石墨負(fù)極材料項目建設(shè)。

5月4日下午，董秘黃雄軍在2017年度業(yè)績網(wǎng)上說明會上表示，近兩三年內(nèi)，公司將在負(fù)極材料領(lǐng)域計劃新增1萬噸鋰離子電池負(fù)極材料產(chǎn)能，同時，石墨化1萬噸產(chǎn)能達(dá)產(chǎn)。

鷹翔碳素

4月18日上午，內(nèi)蒙古鷹翔碳素有限公司年產(chǎn)2萬噸超高功率石墨電極及1萬噸負(fù)極材料生產(chǎn)線項目正式開工建設(shè)。該項目擬用地面積150畝，總投資3億元，其中固定資產(chǎn)投資2．5億元，主要建設(shè)超高功率電極生產(chǎn)線一套和1萬噸負(fù)極材料加工線。項目建設(shè)期限為2018年4月至2020年4月，建成后可年完成銷售8．6億元，吸納就業(yè)300人。

科達(dá)潔能

4月12日，關(guān)于漳州巨銘石墨材料有限公司（以下稱：漳州巨銘）年產(chǎn)4000噸石墨烯/納米硅碳復(fù)合電池負(fù)極材料生產(chǎn)項目，公司產(chǎn)品已供應(yīng)給寧德時代的傳聞，科達(dá)潔能在互動易平臺表示，公司納米硅碳項目正在中試；子公司漳州巨銘的石墨化代加工產(chǎn)品已進(jìn)入寧德時代供應(yīng)鏈體系，目前正在推進(jìn)其他產(chǎn)品進(jìn)入該體系。

杉杉科技

4月10日，杉杉科技的10萬噸鋰電池負(fù)極材料項目在包頭開工，總投資38億元，占地面積約980畝，項目分兩期建設(shè)，預(yù)計于2019年底全部建成投產(chǎn)。該項目從原材料加工、生料加工、石墨化、碳化到成品加工，集五大工序為一體的負(fù)極材料生產(chǎn)線，可提供就業(yè)崗位吸納就業(yè)2000人，項目經(jīng)濟(jì)效益和社會效益明顯。近日，杉杉股份在互動平臺表示，其硅碳負(fù)極材料已開始小批量供貨，主要供給CATL。

貝特瑞

03月22日，中國寶安對在山西的3萬人造石墨負(fù)極材料項目的相關(guān)問題，在互動平臺表示山西貝特瑞已啟動1萬噸石墨化及配套項目的建設(shè)，后續(xù)項目建設(shè)視市場情況而定。同時，對寧德時代發(fā)布的快充磷酸鐵鋰電池的石墨負(fù)極和快充三元鋰電池石墨負(fù)極需經(jīng)特殊工藝處理修飾（負(fù)極石墨表面，采用了“快離子環(huán)”技術(shù)）與貝特瑞的關(guān)系，中國寶安進(jìn)行了否認(rèn)。

東旭光電

之前，東旭光電斥資35億元的全球首個單層石墨烯產(chǎn)業(yè)基地泰州項目總投資16.5億元，分兩期建設(shè)，項目進(jìn)展順利。一期建設(shè)年產(chǎn)年產(chǎn)0.2GWH的石墨烯基鋰離子電芯和pack生產(chǎn)線一條；二期建設(shè)年產(chǎn)0.8GWH的石墨烯基鋰離子電芯和pack生產(chǎn)線一條。

今年三月，東旭光電聯(lián)合新能源產(chǎn)業(yè)園區(qū)共同設(shè)立了1億元的石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展引導(dǎo)基金，立足于挖掘整合東旭光電已有的產(chǎn)業(yè)資源和技術(shù)力量，開啟新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈布局。

錦美碳材

今年2月，公司宣布在安徽宣城開發(fā)區(qū)內(nèi)投資建設(shè)新能源材料項目，投資規(guī)模預(yù)計15億元人民幣。項目分三期建設(shè)，計劃今年7月份動工。錦美碳材去年負(fù)極材料產(chǎn)能4720噸，今年布局三萬噸鋰離子電池負(fù)極材料，燃料電池材料以及5G手機(jī)玻璃外殼熱彎模具和電力機(jī)車受電弓系統(tǒng)等科技項目，投資項目全部完成后，總產(chǎn)值預(yù)計可以達(dá)到30-40億人民幣。

英唐智控

1月12日，英唐智控披露了《簽訂＜關(guān)于在保山市騰沖邊境經(jīng)濟(jì)合作區(qū)建設(shè)年產(chǎn)4千噸新能源電池正、負(fù)極材料項目的合作協(xié)議＞的公告》。同時，英唐智控在互動平臺上表示，將一直在新能源汽車及充電樁等行業(yè)中積極開拓市場。

察右后旗

內(nèi)蒙古蒙集新碳材有限公司為察右后旗2017年秋季開工項目，總投資28000萬元，建設(shè)內(nèi)容為擴(kuò)建三條年產(chǎn)15000噸鋰電池負(fù)極材料生產(chǎn)線，預(yù)計2018年12月底建成投產(chǎn)，屆時將新增產(chǎn)值1.44億元。目前已完成3號車間廠房及車間內(nèi)10臺石墨化爐的通電試生產(chǎn)；4號車間廠房的建設(shè)已完成，目前正在進(jìn)行石墨化爐和變壓器的安裝。