证券时报记者 毛可馨
为适应更高能量密度的电池需求，硅基负极走入产业视野。部分厂家已经开始布局硅基负极生产项目，率先出货并被市场接受的厂家能够享受到约50%的高毛利，但长期来看，大规模应用有赖于成本下降带来的性价比提升。
有业内人士预计，2023年硅基负极将开始放量，而今年已经明显感受到需求跨过平台期。硅基负极是4680电池的直接受益者，放量时间点也紧随这类电池的推广节奏。目前特斯拉自建产线已经小规模量产4680电池，松下、LG等海外厂商逐渐起量，国内厂商也紧随其后展开布局。
产业化脚步临近
硅基负极被看作下一代锂电池负极材料，蛰伏多年后即将迎来爆发。证券时报·e公司记者注意到，当前能够量产硅基负极的厂商数量不多，竞争格局相对集中，部分量产厂商已经开始新一轮扩产，还有数家公司处于中试、送样阶段。
贝特瑞是国内首家批量出货硅基负极的公司。贝特瑞总经理任建国告诉证券时报·e公司记者，公司目前拥有3000吨硅基负极产能，主要应用在电动工具及动力电池等领域，其中动力电池用量占比约六到七成。
贝特瑞扩产计划也是业内已披露的项目中规模最大的。据公告，贝特瑞近期与深圳光明区达成协议，拟投资50亿元建设年产4万吨硅基负极材料项目，首期1.5万吨将在2023年12月底前建成投产。
多家传统负极材料厂都已经开始布局硅基负极。据各家公司公告，杉杉股份已实现批量供货，主要应用在3C等领域，动力电池方面已经通过主流车企的多轮评测；璞泰来在江西和溧阳均建设有硅基负极中试线，已经通过部分客户认证；翔丰华硅基负极已经具备产业化基本条件。
此领域还吸引来一批跨界厂商，其中包括主营电解液材料的石大胜华。证券时报·e公司记者在东营厂区实地调研中了解到，石大胜华一期1000吨硅基负极已经进入试生产阶段，预计今年下半年批量出货。此外，公司还规划了2万吨级硅基负极产线，总投资额7.3亿元，预计将于2023年12月份建成投产。
主营有机硅材料的硅宝科技也布局了1万吨/年锂电池用硅碳负极材料，材料已通过数家电池厂商测评并实现小批量供货。此外，动力电池厂商国轩高科也有5000吨/年硅基负极材料项目正在建设中。
当前负极材料仍以石墨为主流，但近两年硅基负极需求量提升明显。据高工锂电数据，2020年中国硅碳负极出货量仅0.6万吨，占锂电池负极材料总体比例2%。预计2022年硅基负极材料需求量为2.2万吨，2019年至2022年复合增长率达80%。
中金公司在近期研报中明确判断称，2022年有望成为硅基负极产业化元年。预计2025年全球硅基负极需求量有望达到20万吨，其中消费电池渗透率有望达50%，对应约7万吨硅基负极需求；圆柱和方形动力电池中渗透率分别达到35%和20%，对应约13万吨硅基负极需求。
推广应用有待降本
在叩响市场大门之前，硅基负极既需要在性能方面持续优化，更需要不断降本以提升性价比优势。
容量是衡量负极材料性能的关键指标之一，容量越大越有助于提升电池能量密度。传统石墨负极经过数十年发展，比容量已经达到360~365mAh/g，十分接近理论比容量372mAh/g，提升空间有限。而硅基负极理论比容量高达4200mAh/g，这意味着其容量天花板超过石墨负极十倍。
另一方面，硅基负极也存在硅易体积膨胀、导电性差、首次充放电损耗大等问题。因此，材料的性能改善实际上是在能量密度和稳定性之间寻找平衡，现在的硅基负极产品是将硅和石墨掺杂起来复合使用。
目前量产产品的掺硅比例大多在10%以下，并有逐步提升的趋势。真锂研究创始人墨柯告诉证券时报·e公司记者，最佳掺硅比例需要根据不同领域情况而定，比如松下曾经不断提升硅的比例，大约在七八年前就已经提升到了10%，后来把比例下调了，是为了寻找一个综合效益的平衡点。
具体而言，硅基负极又分硅碳负极、硅氧碳负极等不同类型，硅碳负极首次充放电效率高，但膨胀较大，硅氧碳负极则与之相反。例如石大胜华产品类型为普通型和高首效型硅氧碳负极(SiOx-C)；贝特瑞覆盖两个品种，量产产品中硅碳负极比容量在650~1500mAh/g之间，硅氧碳负极则能达到1600mAh/g。
由于硅基负极产业化仍处初期阶段，优先落地量产的厂家能够享受到溢价效应。证券时报·e公司记者了解到，目前硅基负极市场价在20万~30万元/吨，相比5万元/吨的中端人造石墨价格高出4~6倍，毛利率达50%。
不过，现有价格下硅基负极缺乏性价比优势，这可能影响其在主流车型上的应用。按照中金研报的测算，高镍811软包电池使用450mAh/g的硅碳负极，全电池能量密度可以自280Wh/kg提升至295Wh/kg，提升幅度约5%，不及负极成本提升幅度。
市面上已经有少数车型开始应用硅基负极材料。特斯拉Model 3等车型在负极中掺入少量的硅。近期广汽埃安AION LX Plus车型上市，千里版搭载了海绵硅负极片电池技术，能实现1000公里续航。
“这款海绵硅负极片电池采用三元正极，搭配氧化亚硅负极材料，克容量和掺硅比例都高于市面上现有车型的水平。一般而言，硅基负极最适合在圆柱电池上使用，但我们率先实现了将其应用在方形电池上，因为我们在电池材料体系上做了提升，并且整包设计上导入了弹匣电池的设计思路。”广汽埃安技术中心高级经理李进告诉证券时报·e公司记者。
不过，整体来看，当前应用硅基负极的电池掺硅比例较低，还未完全发挥出硅基负极的优势。有熟悉负极材料的人士对证券时报·e公司记者表示，硅基负极短期内难以给厂商带来直观的营利贡献，复合掺杂的方案下增量空间也比较有限，还需要等待工艺技术的突破。
“相比于消费领域，动力电池企业对成本更加敏感，最近又需要面对各种原材料的涨价压力，硅基负极目前的价格可能难以接受，但等将来技术成熟后，会有更多公司参与竞争，价格相应会有所下降。”一位锂电行业分析师告诉证券时报·e公司记者。
在高毛利下，材料厂商实质上也有相当的空间向下游让利。石大胜华在可行性报告中测算，硅基负极成品销售价格预计为7.3万元/吨，这与市场上高端人造石墨的价格已经相近。任建国也认为，最终硅基负极性价比能够达到与高端人造石墨相一致的水准。
“硅基负极具备可观的降本空间，因为人造石墨生产能耗比较高，且石墨化环节成本占50%，而硅基负极可以避免这道工序。”李进表示。
值得一提的是，硅基负极的应用还将伴随一批配套材料的成熟。为了克服膨胀，改善导电性、首次充放电效率等性能，采用硅基负极的电池需要配合以导电剂、粘结剂、补锂剂等产品。部分厂商规划了配套产品的项目，石大胜华近期公告称，将投资9.35亿元建设2万吨/年正极补锂剂项目；投资3.18亿元建设1万吨/年新型导电剂项目。硅宝科技也在硅基负极项目中同时规划了4万吨/年专用粘合剂生产基地。
4680暖风吹来
当前硅基负极主要应用在消费电子、电动工具等领域，而蕴藏更大增量空间的是动力电池领域，尤其即将到来的4680电池将成为改变市场的暖风。
特斯拉在2020年首次发布4680圆柱电池，其命名来源于直径46mm、高80mm的尺寸。这款电池正极采用高镍三元材料，搭配硅基负极，并具有无极耳和干电极设计，使其相对于上一代的2170电池续航里程提升16%、功率输出提升6倍、能量提升5倍，且成本也将下降14%。特斯拉CEO马斯克曾直言，这款电池将使2.5万美元的电动车成为可能。
目前4680电池已经处于大规模量产前夜。特斯拉2月19日宣布弗里蒙特工厂1月份已生产100万块4680电池，预计将在2022年第一季度率先用于Model Y车型。按照每辆车配备1000块电池估算，100万块电池可满足1000辆Model Y的生产。
除了自建产线之外，特斯拉还与供应商合作。松下和LG新能源均计划在2023年量产4680电池，松下位于日本和歌山县的工厂正在引进2条产线，LG新能源也开始建设一条试点生产线。
国内也有多家厂商开始布局。亿纬锂能具备4680的技术储备，并在2021年11月公告称，将在荆门投建20GWh乘用车用大圆柱电池生产线，有市场猜测其客户是特斯拉或宝马。此外，比克电池也在进行全极耳大圆柱电池的应用开发，预计2022年推出量产标品。
另外有行业信息称，宁德时代规划了8条4680电池产线，共12GWh。“宁德时代现在主要面临的还是性价比的问题，应用硅基负极的成本过高，如果能量密度能达到550Wh/kg的电池量产，就意味着硅基负极的应用成熟了。”一位硅基负极研发人士告诉证券时报·e公司记者。
需要注意的是，国内一些4680电池与特斯拉的工艺技术并不完全等同。“如果只是尺寸变化，那4680电池很快就能做出来，前些年就有一些18650电池厂尝试做过一些无极耳产品出货，但如果像特斯拉那样融入很多新技术，那就很不容易了。”墨柯表示。
硅基负极厂商已经开始瞄准动力电池目标客户。石大胜华表示，公司与国内头部锂电池企业前期技术对接工作持续进行中，超过5家企业的研发人员表示愿意与公司开展技术共同开发合作。
上述硅基负极研发人士预计，特斯拉4680量产后一年左右，国内厂商能够跟进。硅基负极在动力电池领域放量的时间点大约在2023年，届时可能出现产能缺口，“今年以来已经有头部电池厂开始和负极厂商频繁互动，了解材料性能提升的进度。”
今年下游需求渐暖是多家厂商的共同感受。任建国也表示，前些年整个市场规模处在一个平台期阶段，今年开始有增量爬坡的迹象。国内暂时没有看到成熟的4680产线，而海外已经开始逐渐起量，贝特瑞的硅基负极目前主要供应海外大客户。
更长远来看，硅基负极的应用未必局限在4680电池。上述锂电行业分析师表示，在圆柱、方形和软包三种电池路线中，圆柱电池的一致性是最强的，所以可以用一些比较激进的材料，而软包电池安全系数最低，因此一定要用最稳妥的材料。如果技术改进能够有效控制硅基负极的膨胀系数，那么其实方形和软包电池都能用起来。
在车端应用方面，李进表示，广汽埃安正在尝试将硅基负极用在更多车型上，业内其他公司也有这方面的规划。短期内硅基负极仍会局限在中高端车型，但伴随材料降本，有望应用在更多主流车型。
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