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硅碳負極作為新型鋰離子電池負極材料，對于提升電池能量密度能發揮比當前石墨負極更顯著功效。但是由于其在應用方面存在較高壁壘，所以尚處于產業化前期。當前松下已經實現含硅碳負極材料的18650電池的量產，同時特斯拉已經將硅碳負極應用于車用動力電池，硅碳負極材料應用前景越來越光明

提升電池能量密度是永恒話題。對于當前成熟的石墨負極材料，其能量密度潛力基本已被充分發揮。與石墨負極材料相比，硅基負極材料的能量密度優勢明顯。石墨的理論能量密度是372 mAh/g，而硅負極的理論能量密度超其10倍，高達4200mAh/g。所以硅碳負極的應用，可以提升電池中活性物質含量，從而大大提升單體電芯的容量。

硅碳負極產業應用具有較高技術門檻。硅碳負極材料是一種使用起來非常困難的材料：1、在充放電過程中會引起硅體積膨脹100%~300%，而石墨材料只有10%左右，所以硅碳負極的膨脹收縮會導致負極材料的粉末化，從而嚴重影響電池使用壽命；2、硅為半導體，導電性比石墨差很多，導致鋰離子脫嵌過程中不可逆程度大，從而降低了其首次庫倫效率，其直接效應也是使電池循環壽命變差。所以硅碳負極的應用需要較高的技術壁壘。

海外已經初步實現硅碳負極產業化。日本松下2012年發布的NCR18650C型號電池，容量高達4000mah，并于2013年實現量產，如此高容量電芯，松下就是使用了硅碳負極材料。另外，特斯拉加速硅碳負極在車用動力電池領域的規模化應用。

國內硅碳負極產業化尚處于初期，但技術進步非常明顯。貝特瑞憑借在負極材料領域技術領先地位，其硅碳負極的研發和生產一直處于國內領先水平。公司硅碳負極材料在2013年通過三星認證之后，2014年~2016年產量處于攀升階段，其產品市場認可度也在逐步提升。另外，杉杉股份早在2009年開始研發硅碳負極，當前也實現月產噸級規模，下游客戶包括國內外主流電池生產企業，技術水平領先行業。

預計2020年硅碳負極材料市場空間50億左右，同時市場集中度將非常高。目前，行業中硅碳負極尚未形成廣泛推廣的成熟方案，主流的電池生產企業對于硅碳負極的使用，主要以摻雜形式，且各個企業摻雜比例也存在差異。參考當前硅碳負極材料市場售價水平，我們按照負極材料中摻雜10%左右的硅碳負極，預測未來3~5年隨著滲透率提升，硅碳負極可擁有的市場空間大約為50億左右。

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一、硅碳負極正在走向產業化應用

1. 為什么需要硅碳負極

眾所周知，不斷的提高電池能量密度，是鋰電產業技術研革所孜孜不倦的方向。在當前的鋰電材料體系中，負極材料多為采用石墨材料（以人造石墨和天然石墨為主），在電池理論設計過程中，基本上已經非常充分發揮了其可實現的能量密度，所當前的石墨負極材料在提升電池能量密度方面已經遇到明顯的瓶頸。

與石墨負極材料相比，硅基負極材料的能量密度優勢明顯。石墨的理論能量密度是372 mAh/g，而硅負極的理論能量密度超其10倍，高達4200mAh/g。所以硅碳負極的應用，可以提升電池中活性物質含量，所以能大大提升單體電芯的容量，這也是硅碳負極材料越來越多被鋰電領域所關注的重要原因。

2. 什么是硅碳負極

由于硅是半導體結構材料，為了提供鋰離子在硅電極材料中的擴散速度，就需要提高硅材料的導電性能，目前產業中所選擇的就是成熟的碳材料。利用不同形態的碳材料來復合硅進行改性處理，使其構成均勻的導電網絡結構，形成導電性好、附著性好、化學穩定性高的硅碳負極材料。

但是硅碳負極材料是一種使用起來非常困難的材料，其主要有以下兩方面：1、在充放電過程中會引起硅體積膨脹100%~300%，而石墨材料只有10%左右，所以硅碳負極的膨脹收縮會導致負極材料的粉末化，從而嚴重影響電池使用壽命；2、硅為半導體，導電性比石墨差很多，導致鋰離子脫嵌過程中不可逆程度大，從而降低了其首次庫倫效率，也就是說會過多電解液和Li+源，其直接效應也是使電池循環壽命變差。

硅碳負極的開發和應用具備較高的技術壁壘。如前文所述，硅碳負極雖然在能量密度方面具有比石墨材料更明顯的優勢，但是其缺陷也非常顯著。所以對于硅碳負極的開發和應用，需要較高的技術要求。當然，對于硅碳負極材料學術性研究已經開展多年，科研人員也提出多種解決方案，目前產業化過程中相對來說比較成熟的，是將硅碳負極納米化、惰性緩沖以及適度的以及表面包覆，其中表面包覆，一般會通過以球形人造或者天然石墨為基底，在石墨表面釘扎一層Si納米顆粒，再在其外表包覆一層無定形碳或石墨烯。

3. 硅碳負極的市場空間測算

由于硅碳負極材料的應用開發尚處于初期階段，所以全球只有少數的電池生產企業將硅碳負極應用于商業化產品，目前硅碳負極在整個鋰電負極材料市場中，占比尚處于非常低的水平。

目前，行業中硅碳負極尚未形成廣泛推廣的成熟方案，主流的電池生產企業對于硅碳負極的使用，也主要是以摻雜到石墨負極材料中使用，各個企業摻雜的比例也存在一定差異。參考當前硅碳負極材料市場售價水平，我們按照負極材料中摻雜10%左右的硅碳負極，預測未來3~5年隨著滲透率提升，硅碳負極可擁有的市場空間大約為50億左右。但需要強調的是，該市場有較高的技術門檻，所以行業集中度將非常高。

二、硅碳負極產業化應用的進程

相比于石墨負極材料，硅碳負極材料在產業中應用案例還是比較小眾。目前，國內大多數材料企業在硅基負極材料領域的應用還處于初級階段，正在探索商業化之路。而一些日韓企業則已開始將硅負極材料應用于汽車動力電池中，并實現商品化。例如，據行業媒體報道，日本GS湯淺公司已推出采用硅基負極材料的鋰電池，并成功應用在了三菱汽車上;日立麥克賽爾則宣布已開發出可實現高電流容量硅負極鋰電池。

1. 海外已經實現硅碳負極的產業化應用

據深圳貝特瑞網站新聞，公司研發生產的早在2014年通過三星公司認證并具備產業化應用要求。與此同時，我們通過與行業交流，三星、松下等日韓電池生產企業，也已將硅碳負極作為負極添加材料，產業化應用于最新的圓柱形電池。海外在硅碳負極應用的探索，也為我國鋰電技術進步方向提供重要參考。

日本松下2012年發布的最新NCR18650C型號電池，容量高達4000mah，并于2013年實現量產。當前國內主流的18650圓柱電池容量主要在2800mah以內（大部分為2600mah及以下，國內只有部分企業實現2800mah的18650電池的量產），但是松下之所以能夠做到4000mah，主要是其在負極中使用了硅的混合材料。據松下介紹，該NCR18650C型號電池可以在循環500次以后，依然保持80%以上的電池儲電能力。