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

    一、市場現(xiàn)狀

    硅碳負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)合負極材料的大規(guī)模生產(chǎn)。

    1990-2000年是硅基負極初步發(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)用來改進硅基負極的性能。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。總的來說，這十年的硅基負極開始了緩慢的進展，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。進入21世紀(jì)后，硅基負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)上并實現(xiàn)了容量的大幅提高。到2018年為止，硅基負極已經(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)均有了詳細的研究并建立了成熟的體系。

全球硅碳負極材料產(chǎn)業(yè)化進程

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

    鋰電池硅碳負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,中游為硅碳負極材料制造,下游為終端鋰電池的應(yīng)用。

鋰電池硅碳負極材料產(chǎn)業(yè)鏈

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    智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國硅碳負極材料行業(yè)市場全景調(diào)查及投資價值預(yù)測報告》數(shù)據(jù)顯示：硅碳負極材料在我國的發(fā)展尚處于初級階段，實際應(yīng)用還比較小眾，市場總體產(chǎn)量較小。2018年中國硅基負極材料產(chǎn)量達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一步重視，預(yù)計硅碳負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年中國負極材料龍頭硅碳負極材料產(chǎn)能產(chǎn)量及規(guī)劃情況

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

2016-2018年我國負極材料需求規(guī)模測算

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    未來隨著硅碳負極材料成本的進一步降低，預(yù)測2020年硅碳負極材料滲透率將達到15%。2018-2020年硅碳負極材料滲透率年均增長5.61個百分點。未來隨著硅碳負極逐漸替代石墨作為電池負極的重要材料以及硅碳負極材料技術(shù)及成本方面的進一步突破，預(yù)計2021-2025年硅碳負極材料滲透率年均增長率將在4-5個百分點之間。

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

2019-2025年全球負極材料和硅碳負極材料需求量預(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，消費者對新能源的消費意向不斷增強，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，達到237萬輛的水平。截至2018年底，全球新能源汽車?yán)塾嬩N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)硅碳負極材料市場主要驅(qū)動力

    1.技術(shù)的成熟

    內(nèi)硅基負極技術(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,高克容量負極材料的導(dǎo)入加速,目前主流硅基負極克容量可達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極材料的應(yīng)用

    三、國內(nèi)硅碳負極材料市場特點

    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)跨界進入

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

    四、硅碳負極材料面臨問題

    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擴散速率，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。