硅碳负极放量在即 产业链降本成关键

硅碳负极应用逐步放量，图为搭载硅碳负极电池的手机产品。 叶玲珍/摄

硅碳负极应用逐步放量，图为硅碳负极相关原材料。 叶玲珍/摄

证券时报记者 叶玲珍

作为新一代负极材料的代表，硅碳负极以高能量密度表现，自2024年以来在手机电池领域快速渗透，并在动力电池场景逐步展开应用，部分头部厂商产品已呈现出供不应求状态。

多数受访人士认为，伴随着化学气相沉积法（CVD法）路线的普及，硅碳负极高膨胀率技术瓶颈有望突破，主流厂商产能将加速落地，2025年或将成为硅碳负极放量元年。

不过，与传统石墨负极相比，硅碳负极成本明显较高，产品一致性仍不稳定，规模化应用还有赖于产业链的持续完善。从各主流厂商的策略来看，深度绑定多孔碳、硅烷气等关键原材料，通过一体化布局，与产业链企业共同推进降本成为共识。

1 下游应用放量

近日，有媒体从供应链获悉，苹果iPhone 17系列或将搭载硅碳负极电池，电池容量将提升5000mAh及以上，再度点燃市场对硅碳负极的热情。

事实上，作为提升电池能量密度的利器，硅碳负极并非新鲜事物。2024年以来，多家主流手机厂商发布或升级采用硅碳负极技术的电池，并推动相关技术从旗舰机型向中低端机型渗透，硅碳负极正加速走进寻常百姓家。

2024年2月，小米发布采用硅碳负极的金沙江电池，首发搭载于小米14 Ultra，目前该电池为小米15系列标配，并应用于红米部分机型；2024年7月，荣耀发布第三代青海湖电池，目前已搭载荣耀Magic V3、荣耀Magic7等系列；2024年6月，一加发布采用硅碳负极技术的冰川电池，并率先应用于一加Ace 3 Pro，目前已在OPPO部分机型使用。除此之外，vivo、真我等厂商也相继推出蓝海电池、聚能电池，均使用了硅碳负极技术。

相比于手机电池，硅碳负极在动力电池领域的市场更具想象空间。

2024年5月，智己汽车搭载半固态电池的新车L6上市，负极选用新一代高比能复合硅碳材料；特斯拉较早提出将硅碳负极引入4680大圆柱电池，2024年9月，其第1亿颗4680电池正式下线，规模化生产和制造工艺优化方面均取得较大进展；今年2月，宝马对外展示第六代动力电池产品，首次使用大圆柱电芯，负极含硅量增加，目前已启动大圆柱试生产，将于2026年在国内量产，在“新世代”平台上车。

“相较传统石墨产品，硅碳负极的核心优势是比容量较高，可直接拉升电池能量密度，提升续航能力，解决里程焦虑。”鑫椤资讯行业研究员吴沛可告诉证券时报记者。

据悉，石墨的理论比容量372mAh/g，目前主流石墨负极比容量可做到355—360mAh/g，已接近天花板；而硅材料理论比容量达4200mAh/g，是石墨的10倍以上。

“除新能源汽车外，低空飞行器、人形机器人的新型应用场景对续航里程要求较高，且对电池成本敏感度较低，有望更快打开硅碳负极新的增量市场。”真锂研究首席分析师墨柯告诉证券时报记者，未来随着半固态、固态等高能量密度电池的量产进程加速，硅碳负极或将成为标配，市场需求将被大幅激活。

中国科学院院士欧阳明高也在今年2月召开的固态电池论坛上指出，当前全固态电池的技术路线，要聚焦以硫化物电解质为主体电解质，匹配高镍三元正极和硅碳负极的技术路线。

从各负极厂商的反馈来看，硅碳负极产品颇受下游市场欢迎，市场前景较为乐观。

贝特瑞已经开发至第五代硅碳负极材料产品，比容量达2000mAh/g以上。公司新一代硅基负极产品已于2024年成功导入国际头部客户供应链，实现了在国内外46系列大圆柱项目中的全面突破；璞泰来硅碳负极产品已小批量供应下游消费电子客户，中试产能供不应求；杉杉股份新一代硅碳产品在头部客户测试中保持领先，相关核心技术已获得美国、日本的专利授权。

2 技术瓶颈获突破

需要关注的是，虽然硅具备超高比能量，但有一个致命弱点：在充放电过程中会发生较大的体积膨胀，膨胀率达300%以上，极易破坏电极结构，导致活性物质与集流体之间的接触变差，同时易引起SEI膜破裂而消耗大量锂离子，折损电池循环寿命。

“高膨胀率是影响硅碳负极产业化进程的一大瓶颈，也是业界着力解决的核心问题。”墨柯表示，理论上来说，负极含硅量越多，电池能量密度越高，但在实际制备过程中，受制于高膨胀率，目前硅碳负极的掺硅比例普遍不高，对能量密度的拉动作用有限。

“现阶段硅碳负极的掺硅比例通常在5%—10%，个别产品能做到20%，但基本为实验室产品，尚未在实际应用中普及。”华东地区一位负极材料厂商告诉证券时报记者。

据悉，将硅基材料纳米化，并使其与碳材料复合，是业内解决硅膨胀问题的主要路径。

从工艺迭代来看，传统路线为“球磨法”，即通过物理研磨的方式将硅、碳材料细化后再进行烧结，实现二者均匀混合。该工艺操作简单，但无法将硅磨至极小粒径，且容易混入杂质，导致硅颗粒团聚，降低电池循环性能。近年来，行业引入了以CVD法为代表的新一代制备工艺，采用多孔碳骨架储硅，通过高温热解让硅烷气沉淀成硅纳米颗粒，并均匀分散在多孔碳的孔隙里，在极大缓冲硅膨胀的同时，为锂离子提供快速通道，提升快充性能。

“CVD法制备的新硅碳就像一个多面手，在硅材料高能量密度与高膨胀率的矛盾中找到了迄今为止的最优解，迈出了硅碳负极产业化的关键步伐。”吴沛可表示，现阶段CVD法硅碳产品已普遍得到下游市场的正向反馈，而从近两年硅基负极的扩产情况来看，绝大多数采用的都是CVD法。

国内负极“新势力”天目先导、兰溪致德专注于CVD法，目前已具备百吨级产能；传统厂商贝特瑞、璞泰来也在积极布局相关领域，并取得了不错进展。其中贝特瑞新型气相沉积法硅碳产品领域已获得全球多家主流动力客户的认可，预计2025年实现批量供应；璞泰来CVD硅碳负极产品在消费类客户中导入顺利，出货量持续增长，2025年公司在安徽芜湖的首批硅碳负极产能有望建成投产。

海外市场方面，美国硅负极材料商Group14作为CVD法的先行者，近一年来更是斩获订单不断。2024年6月， Group14宣布与欧洲、亚洲和北美的三家顶尖电动汽车及两家消费电子电池制造商签署了五项长期供货协议，累计最低销售金额超3亿美元；2024年7月，又被德国电池厂CustomCells锁单，合同价值预计超3亿美元；2024年9月，公司宣布与SK Inc.在韩国尚州的合资工厂开始出货SCC55™硅碳复合材料，在商业化方面更进一步。

“当然，硅碳负极工艺仍在不断迭代中，CVD法未必是终极解决方案，不排除后续会有新的技术路线出现。”前述负极材料厂商表示。

3 降本仍需时日

材料性能提升虽解决了硅碳负极的“可用”问题，但相较传统石墨产品，硅碳负极当前价格高企，让诸多下游客户望而却步。

“目前人造石墨平均价格仅为每吨2万多元，而CVD法硅碳负极的价格却高达50万元/吨，是传统石墨的二十倍。”吴沛可表示，虽说市场普及初期，下游一般会接受有一定的技术溢价，但面对如此悬殊的价格差距，客户对硅碳负极的性价比还是存疑的，小批量使用还可以承受，想要大规模推广还需产业链持续降本。

多数业内人士认为，直接比较硅碳负极和人造石墨的价格或有失公允，按照单位克容量价格测算更为合理。据天风证券研报，目前CVD法硅碳纯品克容量约1800mAh/g，是人造石墨的5~6倍，预计硅碳负极较中端负极的价格平衡点在11万元/吨~15万元/吨，较高端动力负极价格平衡点在15万元/吨~17万元/吨，降本空间还很大。

拆解来看，在当前主流的CVD法下，硅碳负极核心原材料为多孔碳、硅烷，生产一吨硅碳负极大约需要0.5吨多孔碳及0.7吨硅烷。

“多孔碳价格一直居高不下，占成本大头。目前多孔碳的原料较为多元，并没有标准的制备方法，价格差异很大，生物质的多孔碳价格在十几万元/吨左右，树脂多孔碳贵的能卖到50万元/吨。”前述负极材料厂商告诉证券时报记者，从实际应用的情况来看，树脂多孔碳孔径分布均匀且一致性较好，越来越受到市场青睐，但价格昂贵，后续降本还需依靠产能扩大及工艺优化。

另一项原材料硅烷，此前主要应用于光伏及面板行业，受光伏行业调整影响，价格自去年以来已经大幅下滑，目前每吨已降至10万元以内。然而，硅烷属于易燃易爆危化品，运输过程中需要采取严格的防爆、防泄漏措施，长距离运输成本较高。

“靠近硅烷气生产基地就近建厂，直接通过管道运输，是比较经济便捷的方案。”吴沛可告诉证券时报记者。

除原料端外，生产设备也在一定程度上限制了硅碳负极的规模化生产。

据悉，CVD法需引入关键设备流化床，通过将硅颗粒流体化并使其沉积至多孔碳中，实现高效包覆。“目前市面上的流化床多以20kg/炉小型化设备为主，虽相关企业已开发出超过100kg/炉的大型设备，但大装置可能导致硅烷沉积不均匀，良率、一致性、安全性问题仍待解决。”吴沛可表示。

从负极材料厂的策略来看，与上游原材料绑定，进行一体化布局成为共识。

“事实上，市面上能把多孔碳做好的企业并不多。”前述负极材料厂商表示，多孔碳属于非标产品，具有一定的定制化属性，一般由上下游共同参与研发、设计才能定型，且需要在应用阶段不断调整，出于产品性能考虑，目前硅碳负极厂商提升多孔碳自给率是一大趋势。

道氏技术表示多孔碳主要来源于自制；璞泰来目前使用的多孔碳虽以外部采购为主，但公司已具备多孔碳制备相关的工艺技术储备，也已建成了一条中试线；索理德与协鑫科技在徐州设立合资公司，进行多孔硅碳产品的合作开发和商业化。2024年12月，索理德在永州的硅碳负极多孔碳项目投产，一期产能千吨级。

在硅烷方面，上下游绑定的现象更为明显。早在2022年，天目先导就与硅烷科技达成战略协议，后者将为天目先导位于河南省许昌市襄城县的新一代高端硅基负极材料基地，长期稳定供应硅烷；2023年，Group14收购德国硅烷气生产商Schmid Silicon，并在2024年9月宣布获得美国能源部的2亿美元赠款，用于在华盛顿州建造一家硅烷厂；2024年初，硅碳负极“新玩家”物科金硅与天宏瑞科就硅烷气直供相关事项签署合作协议；同年，美国硅基负极材料商Sila Nanotechnologies Inc（简称“Sila”）与硅烷气供应商REC Silicon签署长年协议，后者将定期从其位于华盛顿州摩西湖的工厂向Sila提供高品质硅烷气体。