2018年中國硅碳負(fù)極材料行業(yè)市場現(xiàn)狀、發(fā)展驅(qū)動力、市場特點(diǎn)及面臨問題分析[圖]

    一、市場現(xiàn)狀

    硅碳負(fù)極材料誕生于上世紀(jì)90年代，當(dāng)時日本Moli和Sony兩大公司推出了以碳為負(fù)極的鋰離子電池，1996年陸續(xù)有文章關(guān)注微米或納米結(jié)構(gòu)的硅顆粒與碳相結(jié)合，并成功將其應(yīng)用與負(fù)極材料。直至2016年，韓國一家研究所通過化學(xué)氣相沉積(CVD)法，有效解決了硅體積膨脹的問題，大大推動了硅碳復(fù)合負(fù)極材料的大規(guī)模生產(chǎn)。

    1990-2000年是硅基負(fù)極初步發(fā)展的時期。Dahn等人首先探索了熱解含硅聚合物制備硅基負(fù)極的方法，研究的典型聚合物包括聚硅氧烷、環(huán)氧硅烷等。在20世紀(jì)90年代末期，納米級的硅與其他矩陣的復(fù)合物也被應(yīng)用來改進(jìn)硅基負(fù)極的性能。Wang等使用利用物理方法制備了硅/石墨的復(fù)合物，其容量從437mAh/g提升到1039mAh/g。

    Kumta等通過高能機(jī)械研磨制備了Si/TiN復(fù)合物，將Si分布在TiN的陣列來緩解體積變化?？偟膩碚f，這十年的硅基負(fù)極開始了緩慢的進(jìn)展，研究成果也極大的鼓舞世界范圍內(nèi)對鋰離子電池研究的興趣。進(jìn)入21世紀(jì)后，硅基負(fù)極的研究也更加的深入。在2000-2005年中，零維硅顆粒、硅合金、硅薄膜和復(fù)合活性/非活性的緩沖矩陣等方法也被開發(fā)出來。而到2006-2010年期間，研究重點(diǎn)又轉(zhuǎn)移到了一維的硅納米線、硅納米管和三維的硅納米結(jié)構(gòu)上并實(shí)現(xiàn)了容量的大幅提高。到2018年為止，硅基負(fù)極已經(jīng)有了爆炸式的發(fā)展，逐漸添加于工業(yè)產(chǎn)生的電極之中。小尺度硅納米顆粒、二維、三維的硅結(jié)構(gòu)均有了詳細(xì)的研究并建立了成熟的體系。

全球硅碳負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

    鋰電池硅碳負(fù)極材料的上游為石墨、石墨烯等碳材料單質(zhì)硅、納米硅顆粒等硅材料,中游為硅碳負(fù)極材料制造,下游為終端鋰電池的應(yīng)用。

鋰電池硅碳負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)鏈

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    智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國硅碳負(fù)極材料行業(yè)市場全景調(diào)查及投資價值預(yù)測報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示：硅碳負(fù)極材料在我國的發(fā)展尚處于初級階段，實(shí)際應(yīng)用還比較小眾，市場總體產(chǎn)量較小。2018年中國硅基負(fù)極材料產(chǎn)量達(dá)5440噸，同比增長2.3倍。隨著特斯拉中國工廠建成，加上國內(nèi)主流動力企業(yè)如比亞迪對于硅碳的進(jìn)一步重視，預(yù)計(jì)硅碳負(fù)極出貨量增速將保持高位。

    從國內(nèi)現(xiàn)有龍頭企業(yè)產(chǎn)能產(chǎn)量來看，貝特瑞在硅碳負(fù)極材料方面處于國內(nèi)領(lǐng)先地位，2013年就通過了三星公司的認(rèn)證，并開始量產(chǎn)供貨。貝特瑞患州工廠已經(jīng)具備1000噸/年的產(chǎn)能，另外1000噸/年產(chǎn)能的工廠正在建設(shè)，江西正拓也具備4000噸/年的產(chǎn)能。

2018年中國負(fù)極材料龍頭硅碳負(fù)極材料產(chǎn)能產(chǎn)量及規(guī)劃情況

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    從市場規(guī)模來看，2018年全球負(fù)極材料需求為17.72萬噸，我國2018年負(fù)極材料全球市占率為73.8%，結(jié)合目前硅碳負(fù)極材料滲透率3.78%來看，我國2018年硅碳負(fù)極材料市場需求規(guī)模達(dá)到4943噸。

2016-2018年我國負(fù)極材料需求規(guī)模測算

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    未來隨著硅碳負(fù)極材料成本的進(jìn)一步降低，預(yù)測2020年硅碳負(fù)極材料滲透率將達(dá)到15%。2018-2020年硅碳負(fù)極材料滲透率年均增長5.61個百分點(diǎn)。未來隨著硅碳負(fù)極逐漸替代石墨作為電池負(fù)極的重要材料以及硅碳負(fù)極材料技術(shù)及成本方面的進(jìn)一步突破，預(yù)計(jì)2021-2025年硅碳負(fù)極材料滲透率年均增長率將在4-5個百分點(diǎn)之間。

    預(yù)計(jì)2025年硅碳負(fù)極材料滲透率將達(dá)到36%左右，預(yù)計(jì)2023-2025年隨著負(fù)極材料下游需求領(lǐng)域發(fā)展的放緩，預(yù)計(jì)2025年全球負(fù)極材料需求將達(dá)到87萬噸左右。則2025年全球硅碳負(fù)極材料需求量將達(dá)到31萬噸左右。

2019-2025年全球負(fù)極材料和硅碳負(fù)極材料需求量預(yù)測（單位：萬噸）

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    隨著新能源汽車品牌的不斷增多，新能源車型結(jié)構(gòu)的不斷豐富，消費(fèi)者對新能源的消費(fèi)意向不斷增強(qiáng)，世界新能源汽車銷量也與日俱增。2018年，全球新能源汽車銷量突破200萬輛，達(dá)到237萬輛的水平。截至2018年底，全球新能源汽車?yán)塾?jì)銷售突破550萬輛。2019-2025年，全球新能源乘用車銷量還將不斷增長，銷量將由2019年的221萬輛增長到2025年的1200萬輛，年均復(fù)合增長率將達(dá)到32.6%。

2017-2025年全球能源乘用車銷量預(yù)測

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    二、國內(nèi)硅碳負(fù)極材料市場主要驅(qū)動力

    1.技術(shù)的成熟

    內(nèi)硅基負(fù)極技術(shù)不斷成熟,產(chǎn)品穩(wěn)定性得到下游電池企業(yè)驗(yàn)證,在比克、卓能等圓柱電池企業(yè)中批量化應(yīng)用

    2.終端對高能量密度的要求

    終端產(chǎn)品對電池高能量密度、長續(xù)航里程的需求越來越髙,高克容量負(fù)極材料的導(dǎo)入加速,目前主流硅基負(fù)極克容量可達(dá)420-450mAh/g

    3.高鎳三元正極材料逐漸批量應(yīng)用

    配套的高容量正極材料（高鎳三元正極材料在圓柱18650、21700）逐漸批量生產(chǎn)，一定程度帶動硅碳負(fù)極材料的應(yīng)用

    三、國內(nèi)硅碳負(fù)極材料市場特點(diǎn)

    1.市場集中度高：多數(shù)企業(yè)處在研發(fā)階段，部分納米硅制造企業(yè)及電池企業(yè)跨界進(jìn)入

    2.型號較少：穩(wěn)定量產(chǎn)的硅碳負(fù)極型號較少，更高容量的硅基負(fù)極還無法量產(chǎn)

    3.應(yīng)用范圍有限：主要用于圓柱數(shù)碼，少量用于手軟包數(shù)碼機(jī)圓柱動力

    四、硅碳負(fù)極材料面臨問題

    1、首次放電效率偏低。雖然鋰的嵌入產(chǎn)生的體積膨脹是均勻的，但提及的變化會產(chǎn)生一定的不可逆容量，造成首次充放電效率偏低。

    2、導(dǎo)電性能較差。硅是典型的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)材料，為了提高鋰離子再硅電極材料中的室溫?cái)U(kuò)散速率，就需要提升硅材料的導(dǎo)電性能。

    3、循環(huán)性能較差。由于體積效應(yīng)的問題，用單質(zhì)硅材料做電極導(dǎo)致循環(huán)性能較差。