中國(guó)粉體網(wǎng)訊  硅基負(fù)極材料以其卓越的理論能量密度、相對(duì)較低的制備成本、出色的快速充放電性能以及卓越的安全性能而著稱。這一材料在上下游產(chǎn)業(yè)鏈的成熟度較高，原材料供應(yīng)廣泛，學(xué)術(shù)研究基礎(chǔ)深厚穩(wěn)健，因此一直被視為下一代電池材料中最有望率先實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的重要領(lǐng)域。

硅基負(fù)極市場(chǎng)及前景

得益于動(dòng)力電池、消費(fèi)電池市場(chǎng)需求的驅(qū)動(dòng)，以及緊平衡下硅基材料價(jià)格的上漲，硅基負(fù)極材料市場(chǎng)將呈現(xiàn)量?jī)r(jià)齊升的局面，我國(guó)硅基負(fù)極材料行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模進(jìn)入爆發(fā)式增長(zhǎng)。2019-2023年，行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模從3.71億元增長(zhǎng)至76.38億元，復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到83.12%。

隨著硅基負(fù)極逐漸接替石墨作為電池負(fù)極的重要材料，以及硅基負(fù)極材料在技術(shù)、成本方面的進(jìn)一步突破，硅基負(fù)極逐步走向產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展趨勢(shì)。近年來，硅基負(fù)極增速不斷提升，有望成為重要的負(fù)極材料之一。根據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，2019至2023年我國(guó)硅基負(fù)極出貨量分別為0.37/0.6/1.1/3.1/5.82萬噸。

隨著新能源汽車市場(chǎng)快速發(fā)展，基于對(duì)鋰電池的高能量密度、快充性能需求，鋰電池負(fù)極材料正在加速向硅基負(fù)極滲透。2019-2023年，硅基負(fù)極材料銷量從0.35萬噸增加到5.46萬噸。

目前，國(guó)內(nèi)硅基負(fù)極材料行業(yè)企業(yè)大致可以分為四大類：一是現(xiàn)有石墨類負(fù)極企業(yè)，如貝特瑞、璞泰來等；二是科研院校背景的企業(yè)，如天目先導(dǎo)、壹金新能源等；三是電池類企業(yè)，如寧德時(shí)代、國(guó)軒高科等；四是化工企業(yè)跨界或硅材料企業(yè)切入，如石大勝華等。

硅基負(fù)極行業(yè)主要參與者如貝特瑞、杉杉股份、璞泰來、天目先導(dǎo)、勝華新材和國(guó)軒高科等已完成中試，正在建設(shè)大規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)線；其中部分企業(yè)已對(duì)消費(fèi)電子、航空航天領(lǐng)域客戶實(shí)現(xiàn)批量供貨。同時(shí)，翔豐華、硅寶科技、杰瑞股份、中科電氣、新安股份均已布局硅基負(fù)極材料，因此硅基負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)仍處于加速發(fā)展中。

另外，近年來，多家主流車企逐漸推出搭載摻硅負(fù)極電池的車型，硅基負(fù)極應(yīng)用逐漸拓展至動(dòng)力電池領(lǐng)域。2023年以來多孔硅碳技術(shù)路線的出現(xiàn)讓硅碳負(fù)極材料的性能實(shí)現(xiàn)了群體性突破，有望開啟在動(dòng)力電池領(lǐng)域的規(guī)�；瘧�(yīng)用。與此同時(shí)，包括麒麟電池、大圓柱電池、快充電池、固態(tài)電池等動(dòng)力電池新技術(shù)持續(xù)迭代發(fā)展，尤其是“高鎳三元+硅基負(fù)極”為大圓柱電池最適配方案。電池新技術(shù)更適配硅基負(fù)極，隨著電池新技術(shù)在近年來陸續(xù)開啟應(yīng)用放量，也正在加速打開硅基負(fù)極的市場(chǎng)空間。

CVD法硅碳負(fù)極的產(chǎn)業(yè)化制備

氣相沉積（CVD）技術(shù)是一種通過使用多孔碳結(jié)構(gòu)來存儲(chǔ)硅的方法。采用多孔結(jié)構(gòu)的碳顆粒，然后將硅烷氣體引入這些碳顆粒的孔隙中。在高溫條件下，硅烷氣體通過熱解反應(yīng)在多孔碳的空隙中沉積形成硅納米顆粒。這種方法可以在分子級(jí)別上精確控制納米材料的制備，生成的硅碳復(fù)合材料分布均勻，結(jié)構(gòu)密實(shí)。利用多孔碳的內(nèi)部空間可以有效緩解材料的體積膨脹，從而具有較低的膨脹率和出色的循環(huán)性能，可以更好的發(fā)揮硅碳負(fù)極高容量的性能優(yōu)勢(shì)。目前，CVD法硅碳負(fù)極產(chǎn)業(yè)化制備的關(guān)鍵環(huán)節(jié)包含以下幾點(diǎn)：

①多孔碳骨架的制備：合適的碳源配方?jīng)Q定了碳骨架納米孔隙分布的致密、均勻性及碳結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、與電解液反應(yīng)生成 SEI 膜的成膜特性，進(jìn)而決定了CVD法硅碳材料的性能基礎(chǔ)；通過對(duì)原料及工藝過程的精準(zhǔn)控制，調(diào)節(jié)多孔碳基體的孔徑尺寸和孔道結(jié)構(gòu)，以及對(duì)多孔碳基體進(jìn)行摻雜調(diào)節(jié)多孔碳的體相結(jié)構(gòu)及化學(xué)狀態(tài)，獲得高強(qiáng)度、合適孔容和孔分布、高電子離子電導(dǎo)率的多孔碳基體。

②硅烷沉積是CVD法硅碳材料產(chǎn)業(yè)化工藝放大的難點(diǎn)：以 G14使用的流化床工藝為例，微米級(jí)碳骨架被放入流化床內(nèi)，并從流化床底部通入硅烷氣，硅烷氣在流化床內(nèi)部保持一定的流速，使顆粒狀的碳骨架懸浮在床內(nèi)，反應(yīng)完成后從流化床頂部排出。其產(chǎn)業(yè)化難點(diǎn)在于當(dāng)流化床放大后，在更大的反應(yīng)器中更難控制內(nèi)部的流速、流量以及流態(tài)，導(dǎo)致硅烷氣無法與碳骨架充分接觸、反應(yīng)，也難以避免碳骨架團(tuán)聚和沉積速度過快，使得硅烷沉積的不均勻。因此，大規(guī)模且能連續(xù)化生產(chǎn)的設(shè)備仍然是制約該材料產(chǎn)業(yè)化的難點(diǎn)。

③硅烷特氣供需緊平衡狀態(tài)，降本空間大：硅烷特氣純度高且能實(shí)現(xiàn)精細(xì)控制，可以保證CVD沉積的均勻性和密度，從而提供材料的電化學(xué)性能。硅烷作為一種高度易燃易爆氣體，對(duì)企業(yè)也提出了非常高的安全生產(chǎn)要求。

2024年10月29-31日在上�？鐕�(guó)采購會(huì)展中心，由北京粉體技術(shù)協(xié)會(huì)與柏德英思展覽(上海)有限公司聯(lián)合主辦2024硅基負(fù)極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)研討會(huì)暨第三屆先進(jìn)負(fù)極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇。屆時(shí)來自中南大學(xué)的周向陽教授將作題為《硅基負(fù)極的未來發(fā)展方向思考》的報(bào)告。報(bào)告將從硅基負(fù)極前景簡(jiǎn)述入手，剖析硅負(fù)極產(chǎn)業(yè)化與應(yīng)用中的關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)問題，對(duì)現(xiàn)行硅負(fù)極產(chǎn)業(yè)化技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹；報(bào)告將重點(diǎn)對(duì)CVD法硅碳負(fù)極的產(chǎn)業(yè)化制備要點(diǎn)進(jìn)行闡述，從安全、成本、性能提升等多維度對(duì)CVD法是否會(huì)成為硅碳負(fù)極制備唯一方法進(jìn)行分析；最后，報(bào)告將介紹一種基于低成本晶硅原料制備的具有缺陷（堆積層錯(cuò)、納米孿晶和莫爾晶）持續(xù)釘扎強(qiáng)化納米晶粒的高機(jī)械性能純硅負(fù)極，并從機(jī)理上肯定了強(qiáng)化晶態(tài)硅的優(yōu)勢(shì)。該報(bào)告對(duì)高性價(jià)比硅基負(fù)極的開發(fā)有較大的指導(dǎo)意義。

專家簡(jiǎn)介：

周向陽，中南大學(xué)二級(jí)教授，博士生導(dǎo)師，美國(guó)ISE、TMS與ACS會(huì)員，中國(guó)無機(jī)鹽工業(yè)協(xié)會(huì)專家委員會(huì)委員以及無機(jī)鹽學(xué)科學(xué)術(shù)帶頭人，《化學(xué)工程與技術(shù)》等雜志編委。近年來一直圍繞鋰/鈉離子電池材料低成本制備、廢舊電池回收以及碳酸鋰提取等方面開展研究。發(fā)表高水平論文100余篇，獲國(guó)家授權(quán)發(fā)明專利100余項(xiàng)，其中18項(xiàng)實(shí)現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化；獲省部級(jí)科技發(fā)明/科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)2項(xiàng)，省部級(jí)技術(shù)進(jìn)步/發(fā)明二等獎(jiǎng)4項(xiàng)。

參考來源：

粉體網(wǎng)、千乘資本、普華資本、鑫欏資訊、東方富海

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/蘇簡(jiǎn)）

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