锂电负极高端产能需求旺盛硅碳材料成必争高地_技术

长期以来，作为新能源汽车动力电池用的一种重要材料，锂电池负极材料受到国家科技政策和产业政策的大力支持。随着新能源汽车在全球范围内的快速发展，对锂电池产业链的发展将起到更加明显的促进作用，锂电池负极材料将会迎来更为广阔的发展空间。

高端产能不足

数据显示，受新能源汽车动力电池终端市场增长拉动，2019年中国负极材料出货量达到26.5万吨，同比增长38%。截止到2019年底，国内负极材料企业产能达到57.98万吨，同比增长超31%。进入2020年以来，国内负极材料产品供给延续快速增长态势，产能扩增趋势明显。

9月22日，湖北宝乾年产5万吨负极材料项目正式开工，该项目投资总额6亿元，计划于2021年6月份投产。其中一期将建设两条1万吨/年的负极材料生产线，全部项目建设完成后，形成总体年产5万吨负极材料的生产能力。

在此之前的9月17日，翔丰华正式在深交所挂牌上市。翔丰华计划募集资金扣除发行费用之后将全部用于3万吨高端石墨负极材料生产基地项目建设。据了解，2019年底翔丰华产能为2万吨左右，2020年产能预计为3万吨左右。未来随着募投项目3万吨产能投产，翔丰华将形成6万吨以上产销规模。

除此之外，8月24日，杉杉股份调整募集资金转投建年产10万吨锂离子电池负极材料项目。7月9日，璞泰来拟募资45.92亿元投建年产5万吨锂电负极材料、年产5万吨锂离子电池负极材料石墨化等项目。7月2日，中科星城在贵州新增建设的1万吨/年负极材料石墨化加工产线试产；公司预计到2020年年底将形成4万-5万吨负极材料产能。6月16日，贝特瑞精选层挂牌申请成功通过；公司拟募集20亿元，用于惠州市贝特瑞年产4万吨锂电负极材料等项目。4月27日，福鞍集团旗下天全福鞍公司年产4万吨的锂电池负极材料生产线建成投产。

从目前的市场格局来看，国内负极材料行业集中度较高，比较有实力的有“三大五小”。三大分别指贝特瑞、璞泰来（江西紫宸）、杉杉股份；五小分别指凯金能源、正拓能源、深圳斯诺、中科星城、翔丰华。

其中，贝特瑞自2013年以来负极材料出货量已经连续7年位列全球第一。贝特瑞是中国第一家把天然石墨做成负极材料，也是第一家把天然石墨出口国外的材料企业。璞泰来2019年负极材料出货4.6万吨,同比增54%,在国内人造石墨市场的份额达22%。

值得注意的是，虽然国内负极材料产能扩张力度很大，但整体的产能利用率并不高，结构性过剩显现，高端产品产能仍然供不应求。分析人士指出，未来负极材料市场竞争格局将聚焦于各龙头之间的竞争，低端产能将被逐步出清，拥有核心技术和优势客户渠道的企业将会获得更多市场份额，市场集中度将进一步提升。

硅碳材料研发应用提速

在下游新能源汽车、储能等终端应用领域对锂电池的性能、安全性、稳定性等方面要求持续提升，以及降成本的背景下，负极材料企业需要持续研发新技术、新工艺、新产品，来满足下游锂离子电池对关键材料的快速迭代需求。

目前，天然石墨、人造石墨是主流的负极材料技术路线，硅基等新型负极材料的应用也日趋广泛。从技术上来讲，石墨负极体系向硅基负极体系升级是重要方向。硅碳负极材料的比容量可以达到天然石墨电极、人工石墨电极的数倍，其在锂电池中应用将大幅提升能量密度上限。

据电池中国网了解，目前国内不少材料企业都在积极布局硅碳负极材料，贝特瑞、杉杉股份、江西紫宸、深圳斯诺、中科电气、江西正拓、硅宝科技、创亚动力、大连丽昌等都在积极推进硅碳负极的产业化。

“贝特瑞负极材料的产品门类和品种是非常齐全的，既有天然石墨负极材料，也有后来居上的人造石墨负极材料，还有引领潮流走在（技术创新）最前列的硅系列的负极材料。”贝特瑞董事长贺雪琴在接受媒体采访时表示。作为国内最早量产硅基负极材料的企业之一，2019年贝特瑞硅基负极材料出货量居业内前列。

据悉，目前贝特瑞的硅碳负极材料已经突破至第三代产品，比容量从第一代的650mAh/g提升至第三代的1500mAh/g，并且正在开发更高容量的第四代硅碳负极材料产品。

而作为锂电负极材料行业的新进者，硅宝科技一开始就瞄准了行业高端的硅炭负极材料。硅宝科技表示，2019年公司完成中试并建成产能50吨/年的硅碳负极材料中试生产线，同时公司“高比容量锂离子电池硅/碳复合负极材料”通过四川省经济和信息化厅组织的成果鉴定，鉴定结论为国际先进水平。

据硅宝科技董事长王有治透露，目前公司已送样多家电池厂商进行共同开发，将根据与厂商的合作进度放量生产。未来，硅宝科技将持续加大对硅炭负极材料的研发投入。

据了解，宁德时代、比亚迪、国轩高科、力神电池、微宏动力等电池生产企业正在加快硅碳负极体系的研发和试生产。数据显示，2018年国内硅碳复合材料用量已达2000-3000吨，同比增长一倍左右。据预测，2020年国内硅碳负极材料市场空间将达50亿元。

在全球锂电池业受益汽车电动化发展迅猛，带动锂电负极材料需求高速增长的背景下，硅碳负极未来市场空间十分巨大。

硅以大量的硅酸盐矿和石英矿存在于自然界中。如果说碳是组成生物界的主要元素，那么，硅就是构成地球上矿物界的主要元素。

硅在地壳中的丰度为27.7%，在所有的元素中居第二位，地壳中含量最多的元素氧和硅结合形成的二氧化硅SiO2，占地壳总质量的87%。

我们脚下的泥土、石头和沙子，我们使用的砖、瓦、水泥、玻璃和陶瓷等等，这些我们在日常生活中经常遇到的物质，都是硅的化合物。硅，真是遍布世界，俯拾即是的元素。

单晶硅和多晶硅的区别是，当熔融的单质硅凝固时,硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则形成单晶硅。如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则形成多晶硅。

硅有晶态和无定形两种同素异形体。晶态硅又分为单晶硅和多晶硅，它们均具有金刚石晶格，晶体硬而脆，具有金属光泽，能导电，但导电率不及金属，且随温度升高而增加，具有半导体性质。晶态硅的熔点1410C,沸点2355C,密无定形硅是一种黑灰色的粉末。

硅的化学性质

硅在常温下不活泼，其主要的化学性质如下：

(1)与非金属作用

常温下Si只能与F2反应，在F2中瞬间燃烧，生成SiF4.

Si+F2 === Si+F4

加热时，能与其它卤素反应生成卤化硅，与氧反应生成SiO2:

Si+2F2 SiF4 (X=Cl,Br,I)

Si+O2 SiO2 (SiO2的微观结构)

在高温下，硅与碳、氮、硫等非金属单质化合，分别生成碳化硅SiC、氮化硅Si3N4和硫化硅SiS2等.

Si+C SiC

3Si+2N2 Si3N4

Si+2S SiS2

(2)与酸作用

Si在含氧酸中被钝化，但与氢氟酸及其混合酸反应，生成SiF4或H2SiF6:

Si+4HF SiF4↑+2H2↑

3Si+4HNO3+18HF === 3H2SiF6+4NO↑+8H2O

(3)与碱作用

无定形硅能与碱猛烈反应生成可溶性硅酸盐，并放出氢气：

Si+2NaOH+H2O === Na2SiO3+2H2↑

(4)与金属作用

硅还能与钙、镁、铜、铁、铂、铋等化合，生成相应的金属硅化物。

硅的用途

①高纯的单晶硅是重要的半导体材料。在单晶硅中掺入微量的第IIIA族元素，形成p型硅半导体；掺入微量的第VA族元素，形成n型和p型半导体结合在一起，就可做成太阳能电池，将辐射能转变为电能。在开发能源方面是一种很有前途的材料。

②金属陶瓷、宇宙航行的重要材料。将陶瓷和金属混合烧结，制成金属陶瓷复合材料，它耐高温，富韧性，可以切割，既继承了金属和陶瓷的各自的优点，又弥补了两者的先天缺陷。可应用于军事武器的制造

第一架航天飞机“哥伦比亚号”能抵挡住高速穿行稠密大气时磨擦产生的高温，全靠它那三万一千块硅瓦拼砌成的外壳。

③光导纤维通信，最新的现代通信手段。用纯二氧化硅拉制出高透明度的玻璃纤维，激光在玻璃纤维的通路里，无数次的全反射向前传输，代替了笨重的电缆。光纤通信容量高，一根头发丝那么细的玻璃纤维，可以同时传输256路电话，它还不受电、磁干扰，不怕窃听，具有高度的保密性。光纤通信将会使 21世纪人类的生活发生革命性巨变。

聚氧硅材料的应用1

④性能优异的硅有机化合物。例如有机硅塑料是极好的防水涂布材料。在地下铁道四壁喷涂有机硅，可以一劳永逸地解决渗水问题。在古文物、雕塑的外表，涂一层薄薄的有机硅塑料，可以防止青苔滋生，抵挡风吹雨淋和风化。天安门广场上的人民英雄纪念碑，便是经过有机硅塑料处理表面的，因此永远洁白、清新。

硅橡胶具有良好的绝缘改组，长期不龟裂、不老化，没有毒性，还可以作为医用高分子材料。

硅油，是一种很好的润滑剂，由于它的粘度受温度变化的影响小，流动性好，蒸气压低，在高温或寒冷的环境中都能使用。硅元素进入有机世界，将它优异的无机性质揉进有机物里，使有机硅化合物别具一格，开辟了新的领域。硅以大量的硅酸盐矿和石英矿存在于自然界中。如果说碳是组成生物界的主要元素，那么，硅就是构成地球上矿物界的主要元素。