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固态电池-硅基负极专家交流纪要

纪要研报中心  · 公众号  ·  · 2024-11-21 16:13

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概要 （文末有彩蛋）
1、华为硅基负极专利技术
华为近期发布了两项与 硅基负极 相关的专利，分别是硅碳复合材料及其制备方法和硅氧负极及其制备方法。这两项专利主要解决了硅负极的体积膨胀问题。硅氧专利通过高硅氧比材料的包覆技术来提高导电性和离子导电性，而硅碳专利则利用多孔碳作为骨架来缓解材料膨胀并提高循环性能。这些技术在当前市场中具有较高的技术壁垒和独创性，但成本较高。
华为的硅碳专利在多孔碳的选择上更加精细，孔径和孔隙的控制更为严格，以此来更好地控制膨胀。华为与法国的子晨公司合作，预计多孔碳材料由子晨提供。硅氧和硅碳各有优劣势，硅氧在长周期内的市场占有率可能低于硅碳，但不会被完全替代，因其在动力电池上的应用优势明显。
2、硅基负极市场应用与需求
硅负极在目前的负极材料中渗透率仍然很低，不超过5%。主要应用领域为动力和消费市场，储能领域暂时未应用。动力市场中硅氧负极占比约40%，消费市场中 硅碳负极 占比约60%。2024年国内硅负极需求量预计不超过1万吨，全球需求量也相对较小，主要供应商包括B公司、珊珊、天目仙岛等。
硅氧负极主要由日韩企业使用，如松下、LG、三星等。国内动力厂商主要使用硅碳负极，原因在于知识产权的限制。硅氧负极在日韩企业中有较高的市场需求，而国内企业由于知识产权问题，更多地转向硅碳负极的开发和应用。
3、硅基负极技术与成本
研磨法生产的硅碳负极成本约为10万，售价约为20万，毛利率约50%。克容量可达1500毫安时每克以上，循环寿命可达1000次。预锂化硅氧负极成本较高，售价约为30万，循环寿命可达1200至1300次。硅氧负极的预锂化技术提高了循环性能，但成本较高。
未来三年，硅氧和硅碳负极的成本有望降至10万以下。降本的关键在于工艺优化和规模化生产。当前市场规模效应尚未充分发挥，未来需要行业内企业共同努力以实现成本下降。
4、多孔碳材料与供应链
生物基多孔碳是当前主流材料，主要原料包括椰壳、核桃壳等。生物基多孔碳售价约8至10万，成本约5至6万。未来三年，若新技术突破，成本有望降至5万以下。煤基或沥青基材料可能成为未来降本的关键。
多孔碳供应商包括袁力、园林股份、百思格等。袁力在活性炭领域具有优势，与日本 可乐丽 竞争力相当。硬碳和活性炭在性能和应用上有差异，硬碳主要用于锂电和钠电，而活性炭用于超级电容器。
5、硅碳负极生产设备与工艺
CVD法硅碳负极的生产成本较高，小规模试验成本约为50万。生产一吨硅碳负极需要0.5至0.6吨多孔碳和0.6至0.7吨硅烷。设备投资占总投资的50%至60%，年产1万吨的设备投资需3至4亿元。
生产设备主要为 流化床 ，单次制备量约为10公斤，周期约为两天。生产过程中需控制良品率，目前良品率约为80%。原材料成本占总成本的一半，剩余为设备折旧和制造成本。
Q&A
Q：华为最近发布的硅碳和硅氧专利主要解决了什么问题？它们的技术原理是什么？
A：华为的这两个专利主要解决硅负极的体积膨胀问题。硅氧专利通过使用高硅氧比的材料作为核基体，并在其表面进行包覆，以提高材料的导电性能和离子导电性。该方法形成了核壳型复合物，降低材料体积膨胀效应，提高循环性。然而，这种方法成本较高，技术壁垒高，产品一致性难以控制。硅碳专利则利用多孔碳作为骨架，在其内部沉积非晶态硅，以缓解材料膨胀并提高循环性。这两种方案在技术难度上都较高。
Q：华为在硅碳负极的技术上与其他企业有何区别？
A：华为在硅碳负极技术上主要区别在于多孔碳的选择和孔径控制上更加精细。此外，其工艺选择也有差异，特别是在硅氧气体的复合型上有独特之处。
Q：华为的多孔碳材料是自己开发还是与供应商合作开发的？
A：华为的多孔碳材料是与江西紫宸合作开发的，紫宸提供多孔碳材料，并且他们也在开发硅负极材料。
Q：硅氧负极是否会被硅碳负极完全替代？
A：硅氧和硅碳各有优劣，尽管硅氧的市占率可能低于硅碳，但不会被完全替代。硅氧在某些领域，特别是动力电池上，仍有应用优势。此外，硅氧的成本较CVD法的硅碳低，具备存在的必要性。
Q：硅氧和硅碳负极在电池端的应用情况如何？2024年国内和全球的需求量有多大？
A：目前硅负极在所有负极材料中的渗透率低于5%，主要应用在动力和消费领域，储能领域暂未应用。动力领域硅氧负极占比约40%，消费领域硅碳负极占比约60%。2024年国内需求量预计不超过1万吨，全球需求量也很少，批量供货企业较少。
Q：哪些电池厂商在使用硅氧负极？
A：硅氧负极主要由日韩企业使用，如日本的松下与B公司合作开发硅氧负极，出货量较大。此外，LG、三星和SK也对硅氧负极有需求。
Q：为什么国内硅基负极材料主要以硅碳为主，而不是硅氧？
A：国内主要以硅碳负极为主，主要是因为知识产权的限制。日本在硅氧方面有知识产权优势，提前布局，因此在硅氧领域占据了先发优势。而国内企业为了避免潜在的专利使用费和罚款问题，选择了硅碳负极路线。
Q：2024年国内硅基负极材料的需求中，硅氧和硅碳的占比是什么情况？
A：预计2024年国内硅基负极材料需求中，硅碳负极将占据80%到90%以上的比例。
Q：目前硅氧负极的生产技术主要采用哪种方法？
A：目前硅氧负极主要采用传统的研磨法生产。虽然研磨法存在一些劣势，但经过持续的技术迭代，已经能够很好地满足消费领域的需求，并在某些动力应用上使用。
Q：研磨法生产的硅碳负极的成本和售价大概是多少？
A：研磨法生产的硅碳负极成品售价大约为二十多万元，而成本大约为十多万元。
Q：研磨法生产的硅碳负极的毛利率是多少？
A：研磨法生产的硅碳负极毛利率约为50%。
Q：研磨法生产的硅碳负极的克容量和循环次数是多少？
A：硅碳负极的克容量可以轻松达到1500毫安时每克以上。经过 纳米硅 掺混的改进，循环次数可以达到1000次左右。
Q：预锂化后的硅氧负极的成本和售价是多少？
A：预锂化后的硅氧负极成本大约为三四十万元，售价则在五六十万元左右。
Q：预锂化的硅氧负极相比研磨法硅碳负极有什么性能优势？
A：预锂化的硅氧负极通过缩小首次效应损失，提高了循环性能。预锂化后首次效率可以达到80%到90%，满足部分客户需求，并具有成本优势。
Q：不做预锂化而做预美化的硅氧负极的成本和售价是多少？
A：不做预锂化而做预美化的硅氧负极成本约为二十多万元，售价在26到27万元之间，不会超过30万元。
Q：玉美化的硅氧循环次数能达到多少？
A：普通型的硅氧负极相比普通硅碳负极可以高出约300次循环，达到800到900次。经过玉美化处理后，循环次数可以超过1000次，达到1200到1300次，虚拟化处理后循环性能更佳。
Q：华为的硅氧负极专利中是否包含预镁化或玉理化技术？
A：华为的专利中并未提及预镁化或玉理化技术。其主要通过低硅氧比的基体包覆技术来约束膨胀，提高循环性能。
Q：玉美化和玉理化的硅氧是否具备大规模量产的基础？
A：目前可以大规模量产的是普通的硅碳负极和硅氧负极，如研磨法的硅碳负极。CVD法的产品尚未成熟到可以大规模量产的阶段。
Q：研磨法硅碳负极和硅氧负极的成本空间还有多大？
A：尽管可以量产，但市场规模效应尚未完全发挥，导致成本偏高。与传统石墨负极相比，成本仍然较高。未来降本需通过工艺优化和扩大产能规模，需行业内多企业共同努力以形成竞争，降低成本。
Q：未来三到五年硅氧负极和硅碳负极的成本预期如何？
A：预计未来三年内，传统硅碳负极和硅氧负极的成本可降至10万元以下，可能性很高。届时售价也将下降，混合型产品的销售价格可能与纯石墨负极相差不大。
Q：研磨法的硅碳负极的质量比例是1比1吗？
A：1比1的比例是可行的，这样克容量会很高，可能达到1800以上，甚至2000。一般情况下，比例为4比6，克容量可控制在1500左右。
Q：薄膜炭系硅碳负极量产的核心瓶颈是什么？
A：薄膜炭系硅碳负极量产的核心瓶颈主要有两个方面。首先是多孔碳的技术，尤其是对于采用CVD法的企业来说，形成完整的工艺配套需要较长的验证周期，这是一个基础难点。其次是沉积工艺的可控性，尤其是如何实现一次性控制，误差要做到很小，这直接影响产品品质的稳定性和后续降本的可行性。
Q：生产一吨硅碳负极需要多少多孔碳和硅烷？
A：生产一吨CVD法硅碳负极需要0.5到0.6吨的多孔碳和0.6到0.7吨的硅烷。
Q：目前多孔碳的主流材料是什么？
A：目前多孔碳的主流材料是生物基材料，而树脂基材料则作为辅助技术。虽然树脂基多孔碳在品质和性能上表现良好，但其成本高于生物基材料。
Q：生物基多孔碳的上游材料有哪些？
A：生物基多孔碳的上游材料包括椰壳、核桃壳、淀粉、秸秆、竹子等。这些材料中，椰壳是目前工艺较为成熟的一种。
Q：生物基多孔碳材料的供应是否充足？
A：生物基多孔碳材料的供应存在问题，特别是在硅碳负极需求量增加后。不同区域的椰壳品质存在差异，这需要工艺的灵活调整。为应对未来可能的供应不足，我们正在开发煤基和沥青基等新工艺。
Q：煤基和沥青基多孔碳的工艺成熟度如何？
A：煤基和沥青基多孔碳的工艺尚不成熟，产品性能未达到目前的指标要求。
Q：生物基多孔碳的价格和成本是多少？
A：生物基多孔碳用于CVD法时，售价大约在8到10万元每吨，这个价格仍然偏高。
Q：生物基多孔碳的价格与去年同期相比有下降吗？
A：生物基多孔碳的价格与去年同期相比有所下降，大约降了一万多元。
Q：生物制剂多孔碳的生产成本是多少？
A：生物制剂多孔碳的生产成本大概在每吨五到六万左右。
Q：哪些厂家在生物基多孔碳的生产上表现较好？
A：在生物基多孔碳的生产上，表现较好的厂家包括袁力、园林股份、百思格等。此外，一些老牌的负极厂商如B公司、杉杉大台、小风华等也具备相关技术能力。
Q：为什么多孔碳技术在锂电池中未得到广泛应用？
A：多孔碳技术在锂电池中的应用受到限制，主要是因为其成本高于传统石墨负极，影响性价比。然而，随着钠离子电池技术的发展和CVD技术的推广，多孔碳技术逐渐受到关注。
Q：袁力在多孔碳生产中的优势是什么？
A：袁力在多孔碳生产中以活性炭为主，其技术可以与日本的可乐丽竞争，是国内的头部企业。与老牌负极厂商相比，袁力在活性炭技术上具有优势，但在硬碳方面，老牌厂商的技术能力更强。
Q：硬碳和活性炭在性能和成本上有什么区别？
A：硬碳主要用于锂电和钠电，具有较大的孔径，有利于锂离子的扩散，适合高倍率性能。而活性炭主要用于超级电容器，追求高快充性能，表面积大。两者在应用侧重和测试方法上有所不同。
Q：多孔碳材料的未来成本预期如何？
A：目前硬碳的成本在8到10万之间。未来三年内，如果新技术如化石燃料剂得到突破，成本有望降至5万以下，甚至可能降至3万左右。
Q：国内硅烷的生产能力和价格如何？
A：国内多家企业如硅宝科技等可以大规模生产硅烷，当前价格在15到20万之间。
Q：硅烷气的长期降本空间如何？
A：随着规模化生产和上下游联动，硅烷气的价格有望降至10万以下。
Q：CVD法生产硅碳负极的设备和成本情况如何？
A：目前使用流化床进行小批量生产，具体成本和售价信息未提供。
Q：生产一吨硅碳的成本是多少？
A：目前生产一吨硅碳的成本较高，小试阶段的成本大约在五十多万至六十万之间。主要成本来自于多孔碳和硅烷的价格及用量，约占小二十万。此外，原材料成本高，加上工艺和良品率的影响，导致成本上升。当前小试阶段良品率约为80%多一点，量产后可能会出现更多问题，进一步影响良品率和成本。
Q：年产1万吨的CVD法硅碳产能的设备投资额是多少？
A：年产1万吨的CVD法硅碳产能的设备投资额预估占总投资的50%到60%。总投资额估计在三到四亿元之间。
Q：流化床设备的价格是多少？
A：小型流化床设备的价格大约在五六十万一台，单次制备量约为10公斤，整个工艺周期大约需要两天。
Q：硅碳负极中使用的导电剂单壁碳管的作用是什么？
A：单壁碳管在硅碳负极中主要用于提升导电性能，并缓解硅负极在循环过程中的结构坍塌和膨胀问题。它通过形成稳定的导电网络，增强颗粒之间的连接强度，从而改善循环性能。
Q：在硅碳负极中，碳管的添加量是多少？
A：碳管的添加量通常在0.2%到0.7%之间，具体根据需求而定。
Q：硅碳负极中使用的粘接剂有哪些，PAA的作用是什么？
A：硅碳负极中常用的粘接剂是PAA（聚丙烯酸类），相较于传统的CMC加SBR体系，PAA因其含有较多的羧基官能团，粘接效果更好。通常PAA与CMC混合使用，以达到更好的效果。
Q：硅碳负极中粘接剂的使用比例是多少，其中PAA占比多少？
A：粘接剂的总使用量约占负极质量的2%到5%。其中，PAA占粘接剂总量的70%以上，其余为CMC等其他成分。



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