證券時報記者 葉玲珍

作為新一代負極材料的代表，硅碳負極以高能量密度表現(xiàn)，自2024年以來在手機電池領域快速滲透，并在動力電池場景逐步展開應用，部分頭部廠商產(chǎn)品已呈現(xiàn)出供不應求狀態(tài)。

多數(shù)受訪人士認為，伴隨著化學氣相沉積法（CVD法）路線的普及，硅碳負極高膨脹率技術瓶頸有望突破，主流廠商產(chǎn)能將加速落地，2025年或?qū)⒊蔀楣杼钾摌O放量元年。

不過，與傳統(tǒng)石墨負極相比，硅碳負極成本明顯較高，產(chǎn)品一致性仍不穩(wěn)定，規(guī)?；瘧眠€有賴于產(chǎn)業(yè)鏈的持續(xù)完善。從各主流廠商的策略來看，深度綁定多孔碳、硅烷氣等關鍵原材料，通過一體化布局，與產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)共同推進降本成為共識。

1  下游應用放量

近日，有媒體從供應鏈獲悉，蘋果iPhone 17系列或?qū)⒋钶d硅碳負極電池，電池容量將提升5000mAh及以上，再度點燃市場對硅碳負極的熱情。

事實上，作為提升電池能量密度的利器，硅碳負極并非新鮮事物。2024年以來，多家主流手機廠商發(fā)布或升級采用硅碳負極技術的電池，并推動相關技術從旗艦機型向中低端機型滲透，硅碳負極正加速走進尋常百姓家。

2024年2月，小米發(fā)布采用硅碳負極的金沙江電池，首發(fā)搭載于小米14 Ultra，目前該電池為小米15系列標配，并應用于紅米部分機型；2024年7月，榮耀發(fā)布第三代青海湖電池，目前已搭載榮耀Magic V3、榮耀Magic7等系列；2024年6月，一加發(fā)布采用硅碳負極技術的冰川電池，并率先應用于一加Ace 3 Pro，目前已在OPPO部分機型使用。除此之外，vivo、真我等廠商也相繼推出藍海電池、聚能電池，均使用了硅碳負極技術。

相比于手機電池，硅碳負極在動力電池領域的市場更具想象空間。

2024年5月，智己汽車搭載半固態(tài)電池的新車L6上市，負極選用新一代高比能復合硅碳材料；特斯拉較早提出將硅碳負極引入4680大圓柱電池，2024年9月，其第1億顆4680電池正式下線，規(guī)?；a(chǎn)和制造工藝優(yōu)化方面均取得較大進展；今年2月，寶馬對外展示第六代動力電池產(chǎn)品，首次使用大圓柱電芯，負極含硅量增加，目前已啟動大圓柱試生產(chǎn)，將于2026年在國內(nèi)量產(chǎn)，在“新世代”平臺上車。

“相較傳統(tǒng)石墨產(chǎn)品，硅碳負極的核心優(yōu)勢是比容量較高，可直接拉升電池能量密度，提升續(xù)航能力，解決里程焦慮?！宾螜遒Y訊行業(yè)研究員吳沛可告訴證券時報記者。

據(jù)悉，石墨的理論比容量372mAh/g，目前主流石墨負極比容量可做到355—360mAh/g，已接近天花板；而硅材料理論比容量達4200mAh/g，是石墨的10倍以上。

“除新能源汽車外，低空飛行器、人形機器人的新型應用場景對續(xù)航里程要求較高，且對電池成本敏感度較低，有望更快打開硅碳負極新的增量市場。”真鋰研究首席分析師墨柯告訴證券時報記者，未來隨著半固態(tài)、固態(tài)等高能量密度電池的量產(chǎn)進程加速，硅碳負極或?qū)⒊蔀闃伺?，市場需求將被大幅激活?/p>

中國科學院院士歐陽明高也在今年2月召開的固態(tài)電池論壇上指出，當前全固態(tài)電池的技術路線，要聚焦以硫化物電解質(zhì)為主體電解質(zhì)，匹配高鎳三元正極和硅碳負極的技術路線。

從各負極廠商的反饋來看，硅碳負極產(chǎn)品頗受下游市場歡迎，市場前景較為樂觀。

貝特瑞已經(jīng)開發(fā)至第五代硅碳負極材料產(chǎn)品，比容量達2000mAh/g以上。公司新一代硅基負極產(chǎn)品已于2024年成功導入國際頭部客戶供應鏈，實現(xiàn)了在國內(nèi)外46系列大圓柱項目中的全面突破；璞泰來硅碳負極產(chǎn)品已小批量供應下游消費電子客戶，中試產(chǎn)能供不應求；杉杉股份新一代硅碳產(chǎn)品在頭部客戶測試中保持領先，相關核心技術已獲得美國、日本的專利授權。

2  技術瓶頸獲突破

需要關注的是，雖然硅具備超高比能量，但有一個致命弱點：在充放電過程中會發(fā)生較大的體積膨脹，膨脹率達300%以上，極易破壞電極結構，導致活性物質(zhì)與集流體之間的接觸變差，同時易引起SEI膜破裂而消耗大量鋰離子，折損電池循環(huán)壽命。

“高膨脹率是影響硅碳負極產(chǎn)業(yè)化進程的一大瓶頸，也是業(yè)界著力解決的核心問題?！蹦卤硎?，理論上來說，負極含硅量越多，電池能量密度越高，但在實際制備過程中，受制于高膨脹率，目前硅碳負極的摻硅比例普遍不高，對能量密度的拉動作用有限。

“現(xiàn)階段硅碳負極的摻硅比例通常在5%—10%，個別產(chǎn)品能做到20%，但基本為實驗室產(chǎn)品，尚未在實際應用中普及?！比A東地區(qū)一位負極材料廠商告訴證券時報記者。

據(jù)悉，將硅基材料納米化，并使其與碳材料復合，是業(yè)內(nèi)解決硅膨脹問題的主要路徑。

從工藝迭代來看，傳統(tǒng)路線為“球磨法”，即通過物理研磨的方式將硅、碳材料細化后再進行燒結，實現(xiàn)二者均勻混合。該工藝操作簡單，但無法將硅磨至極小粒徑，且容易混入雜質(zhì)，導致硅顆粒團聚，降低電池循環(huán)性能。近年來，行業(yè)引入了以CVD法為代表的新一代制備工藝，采用多孔碳骨架儲硅，通過高溫熱解讓硅烷氣沉淀成硅納米顆粒，并均勻分散在多孔碳的孔隙里，在極大緩沖硅膨脹的同時，為鋰離子提供快速通道，提升快充性能。

“CVD法制備的新硅碳就像一個多面手，在硅材料高能量密度與高膨脹率的矛盾中找到了迄今為止的最優(yōu)解，邁出了硅碳負極產(chǎn)業(yè)化的關鍵步伐?！眳桥婵杀硎?，現(xiàn)階段CVD法硅碳產(chǎn)品已普遍得到下游市場的正向反饋，而從近兩年硅基負極的擴產(chǎn)情況來看，絕大多數(shù)采用的都是CVD法。

國內(nèi)負極“新勢力”天目先導、蘭溪致德專注于CVD法，目前已具備百噸級產(chǎn)能；傳統(tǒng)廠商貝特瑞、璞泰來也在積極布局相關領域，并取得了不錯進展。其中貝特瑞新型氣相沉積法硅碳產(chǎn)品領域已獲得全球多家主流動力客戶的認可，預計2025年實現(xiàn)批量供應；璞泰來CVD硅碳負極產(chǎn)品在消費類客戶中導入順利，出貨量持續(xù)增長，2025年公司在安徽蕪湖的首批硅碳負極產(chǎn)能有望建成投產(chǎn)。

海外市場方面，美國硅負極材料商Group14作為CVD法的先行者，近一年來更是斬獲訂單不斷。2024年6月， Group14宣布與歐洲、亞洲和北美的三家頂尖電動汽車及兩家消費電子電池制造商簽署了五項長期供貨協(xié)議，累計最低銷售金額超3億美元；2024年7月，又被德國電池廠CustomCells鎖單，合同價值預計超3億美元；2024年9月，公司宣布與SK Inc.在韓國尚州的合資工廠開始出貨SCC55?硅碳復合材料，在商業(yè)化方面更進一步。

“當然，硅碳負極工藝仍在不斷迭代中，CVD法未必是終極解決方案，不排除后續(xù)會有新的技術路線出現(xiàn)?！鼻笆鲐摌O材料廠商表示。

3  降本仍需時日

材料性能提升雖解決了硅碳負極的“可用”問題，但相較傳統(tǒng)石墨產(chǎn)品，硅碳負極當前價格高企，讓諸多下游客戶望而卻步。

“目前人造石墨平均價格僅為每噸2萬多元，而CVD法硅碳負極的價格卻高達50萬元/噸，是傳統(tǒng)石墨的二十倍?！眳桥婵杀硎?，雖說市場普及初期，下游一般會接受有一定的技術溢價，但面對如此懸殊的價格差距，客戶對硅碳負極的性價比還是存疑的，小批量使用還可以承受，想要大規(guī)模推廣還需產(chǎn)業(yè)鏈持續(xù)降本。

多數(shù)業(yè)內(nèi)人士認為，直接比較硅碳負極和人造石墨的價格或有失公允，按照單位克容量價格測算更為合理。據(jù)天風證券研報，目前CVD法硅碳純品克容量約1800mAh/g，是人造石墨的5~6倍，預計硅碳負極較中端負極的價格平衡點在11萬元/噸~15萬元/噸，較高端動力負極價格平衡點在15萬元/噸~17萬元/噸，降本空間還很大。

拆解來看，在當前主流的CVD法下，硅碳負極核心原材料為多孔碳、硅烷，生產(chǎn)一噸硅碳負極大約需要0.5噸多孔碳及0.7噸硅烷。

“多孔碳價格一直居高不下，占成本大頭。目前多孔碳的原料較為多元，并沒有標準的制備方法，價格差異很大，生物質(zhì)的多孔碳價格在十幾萬元/噸左右，樹脂多孔碳貴的能賣到50萬元/噸?！鼻笆鲐摌O材料廠商告訴證券時報記者，從實際應用的情況來看，樹脂多孔碳孔徑分布均勻且一致性較好，越來越受到市場青睞，但價格昂貴，后續(xù)降本還需依靠產(chǎn)能擴大及工藝優(yōu)化。

另一項原材料硅烷，此前主要應用于光伏及面板行業(yè)，受光伏行業(yè)調(diào)整影響，價格自去年以來已經(jīng)大幅下滑，目前每噸已降至10萬元以內(nèi)。然而，硅烷屬于易燃易爆危化品，運輸過程中需要采取嚴格的防爆、防泄漏措施，長距離運輸成本較高。

“靠近硅烷氣生產(chǎn)基地就近建廠，直接通過管道運輸，是比較經(jīng)濟便捷的方案。”吳沛可告訴證券時報記者。

除原料端外，生產(chǎn)設備也在一定程度上限制了硅碳負極的規(guī)?；a(chǎn)。

據(jù)悉，CVD法需引入關鍵設備流化床，通過將硅顆粒流體化并使其沉積至多孔碳中，實現(xiàn)高效包覆?！澳壳笆忻嫔系牧骰捕嘁?0kg/爐小型化設備為主，雖相關企業(yè)已開發(fā)出超過100kg/爐的大型設備，但大裝置可能導致硅烷沉積不均勻，良率、一致性、安全性問題仍待解決?！眳桥婵杀硎?。

從負極材料廠的策略來看，與上游原材料綁定，進行一體化布局成為共識。

“事實上，市面上能把多孔碳做好的企業(yè)并不多。”前述負極材料廠商表示，多孔碳屬于非標產(chǎn)品，具有一定的定制化屬性，一般由上下游共同參與研發(fā)、設計才能定型，且需要在應用階段不斷調(diào)整，出于產(chǎn)品性能考慮，目前硅碳負極廠商提升多孔碳自給率是一大趨勢。

道氏技術表示多孔碳主要來源于自制；璞泰來目前使用的多孔碳雖以外部采購為主，但公司已具備多孔碳制備相關的工藝技術儲備，也已建成了一條中試線；索理德與協(xié)鑫科技在徐州設立合資公司，進行多孔硅碳產(chǎn)品的合作開發(fā)和商業(yè)化。2024年12月，索理德在永州的硅碳負極多孔碳項目投產(chǎn)，一期產(chǎn)能千噸級。

在硅烷方面，上下游綁定的現(xiàn)象更為明顯。早在2022年，天目先導就與硅烷科技達成戰(zhàn)略協(xié)議，后者將為天目先導位于河南省許昌市襄城縣的新一代高端硅基負極材料基地，長期穩(wěn)定供應硅烷；2023年，Group14收購德國硅烷氣生產(chǎn)商Schmid Silicon，并在2024年9月宣布獲得美國能源部的2億美元贈款，用于在華盛頓州建造一家硅烷廠；2024年初，硅碳負極“新玩家”物科金硅與天宏瑞科就硅烷氣直供相關事項簽署合作協(xié)議；同年，美國硅基負極材料商Sila Nanotechnologies Inc（簡稱“Sila”）與硅烷氣供應商REC Silicon簽署長年協(xié)議，后者將定期從其位于華盛頓州摩西湖的工廠向Sila提供高品質(zhì)硅烷氣體。