2018年以來(lái)，已經(jīng)有包括力神電池在內(nèi)的多家企業(yè)在高鎳NCM811和NCA三元電池方面取得技術(shù)突破，這也拉動(dòng)著硅碳負(fù)極材料的應(yīng)用。而近日國(guó)軒高科發(fā)布與投資者交流互動(dòng)記錄，其制備的高鎳NCM811三元軟包樣品已于近期通過(guò)科技部的中期檢查，能量密度達(dá)302Wh／kg，負(fù)極采用硅碳材料。

50億元的大市場(chǎng)

實(shí)驗(yàn)研究表示，作為新型鋰離子電池負(fù)極材料，硅碳負(fù)極對(duì)于提升電池能量密度能發(fā)揮著比石墨負(fù)極更顯著的功效。硅碳負(fù)極材料的應(yīng)用，可以提升電池中活性物質(zhì)含量，從而大大提升單體電芯的容量。

國(guó)家工信部等四部委發(fā)布的《促進(jìn)汽車(chē)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)方案》中提出，到2020年我國(guó)新型鋰離子動(dòng)力電池單體比能量超300Wh/kg，到2025年單體比能量達(dá)500Wh/kg。傳統(tǒng)石墨材料很難達(dá)到這一要求，因而在高能量密度發(fā)展的路徑之上，動(dòng)力電池正極采用高鎳三元材料，而負(fù)極則需配合使用硅碳負(fù)極材料。

不難斷定，未來(lái)一段時(shí)間NCM811和NCA將成為動(dòng)力電池市場(chǎng)的主流。隨著硅碳負(fù)極制備工藝及電池廠商對(duì)于高鎳體系掌握的技術(shù)逐步成熟，硅碳負(fù)極未來(lái)將迎來(lái)較為廣闊的市場(chǎng)。數(shù)據(jù)顯示，2018年國(guó)內(nèi)硅碳復(fù)合材料用量達(dá)2000-3000噸，同比增長(zhǎng)一倍左右。據(jù)預(yù)測(cè)，2020年國(guó)內(nèi)硅碳負(fù)極材料市場(chǎng)空間將達(dá)50億元。

寧德時(shí)代/力神電池/國(guó)軒高科/比亞迪紛紛布局

從國(guó)際上看，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。特斯拉已將硅碳負(fù)極應(yīng)用于車(chē)用動(dòng)力電池，Model3采用的硅碳負(fù)極，在傳統(tǒng)石墨負(fù)極材料中加入10%的硅，讓電池容量增加到550mAh/g以上，單體能量密度達(dá)300wh/kg以上；日本松下目前已實(shí)現(xiàn)硅碳負(fù)極材料18650電池的量產(chǎn)；日本湯淺電池推出硅碳負(fù)極材料的鋰電池，應(yīng)用在三菱汽車(chē)上；日立麥克賽爾開(kāi)發(fā)出高電流容量硅負(fù)極鋰電池；日本三井金屬將硅負(fù)極鋰電池推向消費(fèi)電子和電動(dòng)汽車(chē)兩大領(lǐng)域。

從國(guó)內(nèi)情況來(lái)看，寧德時(shí)代、力神電池、國(guó)軒高科、比亞迪、比克動(dòng)力、萬(wàn)向A123、微宏動(dòng)力等電池企業(yè)正在加快硅碳負(fù)極體系的研發(fā)和試生產(chǎn)。材料企業(yè)方面，貝特瑞的碳硅負(fù)極，則打入了特斯拉的供應(yīng)鏈，為松下的動(dòng)力電池電芯配套部分負(fù)極材料；杉杉股份、江西紫宸等具備了小量試產(chǎn)能力；除此之外，斯諾實(shí)業(yè)、星城石墨、杉杉股份、江西正拓、創(chuàng)亞動(dòng)力、大連麗昌等也都在積極推進(jìn)硅碳負(fù)極的產(chǎn)業(yè)化。

據(jù)了解，早在2016年10月，由寧德時(shí)代與中科院物理研究所等單位聯(lián)合申報(bào)的“新一代鋰離子動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開(kāi)發(fā)”項(xiàng)目啟動(dòng)，研發(fā)以高鎳三元材料為正極、硅碳復(fù)合物為負(fù)極的鋰離子動(dòng)力電池。而在前不久，中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高介紹，寧德時(shí)代開(kāi)發(fā)的高鎳三元正極和硅碳負(fù)極電池的比能量已經(jīng)達(dá)到304Wh/kg，今年將投放市場(chǎng)。

2018年，在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“新能源汽車(chē)”重點(diǎn)專項(xiàng)支持下，力神電池項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在NCA正極材料前期研究基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出高比能量、長(zhǎng)循環(huán)壽命、良好安全性能的鋰離子動(dòng)力電池用高鎳系正極材料；通過(guò)納米制備、納米分散、包覆及預(yù)嵌鋰等多種技術(shù)，研制出容量高、首次效率高、循環(huán)穩(wěn)定性及倍率性能好的硅碳負(fù)極材料。并基于該體系開(kāi)發(fā)出的電芯單體比能量達(dá)303Wh/Kg。

除了在新能源汽車(chē)動(dòng)力電池領(lǐng)域，在儲(chǔ)能領(lǐng)域，硅碳負(fù)極材料也將擁有較好的應(yīng)用前景。同時(shí)，特種航天、船舶艦艇等領(lǐng)域也對(duì)鋰離子電池提出了更高能量密度和功率密度的要求，而納米硅碳材料也是現(xiàn)階段最具有開(kāi)發(fā)潛力的鋰離子電池負(fù)極材料，其應(yīng)用前景非常廣闊。

雖有障礙但前景廣闊

不過(guò)，業(yè)內(nèi)人士表示，硅碳負(fù)極材料現(xiàn)在的普及度已經(jīng)有了很大的提升，但是在應(yīng)用上還存在不少障礙。

首先，電池在批量生產(chǎn)的過(guò)程中還存在容量快速衰減、電池容易變形、循環(huán)次數(shù)達(dá)不到要求等問(wèn)題，真正好的硅碳負(fù)極產(chǎn)品和用得好的電池廠家并不是很多；其次，性價(jià)比不高，電池容量提升5%-10%的情況下，電池的成本要增加20%-30%甚至更高。高鎳三元+硅碳復(fù)合材料一直被認(rèn)為是黃金搭配，但是隔膜、電解液等都存在需要一對(duì)一匹配的問(wèn)題，且尋找匹配的電解液還存在一定的難度。

雖然硅碳負(fù)極材料的大規(guī)模應(yīng)用還有很長(zhǎng)的一段路要走，不過(guò)隨著高鎳NCM811和NCA三元電池的逐漸應(yīng)用，硅碳負(fù)極材料必將迎來(lái)需求量的大爆發(fā)。