电动车产业链技术研究专题系列之二：硅基负极，高能量密度锂离子电池首选

石墨负极潜力挖掘完全电芯能量密度和负极材料的克容量成正相关关系。目前,高端石墨克容量已经达到360-365mAh/g,接近理论克容量372mAh/g。因此从负极材料角度看,电芯能量密度的提升需要开发出具有更高克容量的负极材料。

硅基负极材料最具商业化前景硅基负极材料中Si与Li+产生合金化反应,达最高克容量可达4200mAh/g,是的石墨的10倍多。且硅还具有较低的电化学嵌锂电位(约0.4Vvs.Li/Li+),不存在析锂问题、储量丰富等优点,是非常具有潜力的下一代高能量密度锂离子电池负极材料。

硅基负极材料产业化关键点:体积剧烈变化和不稳定的SEI膜在充放电过程中,硅锂合金的生成与分解伴随着巨大的体积变化,最大膨胀可达320%,而碳材料只有16%。剧烈的体积变化导致如下的挑战:硅颗粒破裂粉化、负极活性物质从电极片上脱落、因粉化和脱落引起固相电解质层((SEI膜)持续形成。目前,主要通过材料设计(硅的纳米化、对硅进行碳包覆、加入氧化亚硅等)和化电池体系优化(选用电解液添加剂FEC和VC等、负极材料粘接剂CMC-SBR和聚丙烯酸锂等、导电剂的优化)等来应对。

碳包覆氧化亚硅、纳米硅碳商业化程度高硅基负极材料制备方法多,且较石墨的制备工艺更复杂,产品尚未达到标准化。目前,碳包覆氧化亚硅、纳米硅碳是商业化程度最高的两种硅基负极材料。量产企业有国内的贝特瑞、天目先导、杉杉等,海外的日本信越化学、大阪钛业、日立化成、昭和电工和韩国大洲等。

硅基负极材料产业化时间短;国际上日企领先,国内贝特瑞领先日本日立、汤浅等企业从2015年开始陆续将硅基负极应用到消费电池和动力电池中,促进了硅基负极材料产业化应用。国内方面,根据高工锂电的调研,能够量产硅基负极材料的企业不超过3家,其中,贝特瑞国内领先,于2017年实现量产出货,现已成功进入松下-特斯拉供应链。

投资建议受益公司有负极材料龙头、硅基负极领域领先的贝特瑞,开启硅基负极产业化的杉杉股份,人造石墨龙头、推进硅基负极产业化的璞泰来。

风险提示:疫情对新能源汽车需求的影响,硅基负极产业化应用不及预期