【國(guó)元研究】電新:硅碳:密度提升顯卓能,快充革新展新篇——2024年鋰電行業(yè)報(bào)告

【國(guó)元研究】電新:硅碳:密度提升顯卓能,快充革新展新篇——2024年鋰電行業(yè)報(bào)告
2024年11月28日 07:30 市場(chǎng)投研資訊

(來源:國(guó)元研究)

電新:硅碳:密度提升顯卓能,快充革新展新篇——2024年鋰電行業(yè)報(bào)告

4C快充技術(shù)與能量密度的提升是未來的發(fā)展趨勢(shì)

近年來,我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展,市場(chǎng)占有率快速提升;2023年我國(guó)新能源汽車銷量為949.5萬(wàn)輛,滲透率達(dá)到31.6%。隨著市場(chǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,追求長(zhǎng)續(xù)航和補(bǔ)能效率一直是消費(fèi)者關(guān)心的核心問題和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向。高壓快充技術(shù)作為提升充電效率的重要手段,能夠有效縮短充電時(shí)間;開發(fā)高能量密度電池可提供更長(zhǎng)的續(xù)航里程,緩解用戶里程焦慮;這些技術(shù)可大大提升用戶對(duì)新能源汽車的接受度和滿意度,成為行業(yè)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

快充和高比能兼?zhèn)?,新型硅碳技術(shù)取得新進(jìn)展

電池快充與高能量密度在材料選型和電池設(shè)計(jì)上存在差異,往往難以兼得,此消彼長(zhǎng);與石墨材料相比,硅碳材料的克容量(4200mAh/g)和充電電壓平臺(tái)(0.5V)較高,有助于提升電池的能量密度和快充性能,實(shí)現(xiàn)二者的兼顧。但是硅負(fù)極在充放電過程中膨脹劇烈、易破碎,導(dǎo)致產(chǎn)氣嚴(yán)重,循環(huán)衰減較快等問題,制約了其商業(yè)化發(fā)展;新型硅碳采用CVD工藝,通過多孔碳內(nèi)部的空隙來緩沖硅嵌鋰過程中的體積膨脹,可以保持電極界面的穩(wěn)定性,大幅提高硅負(fù)極的循環(huán)壽命,在技術(shù)上取得了質(zhì)的突破。

一級(jí)市場(chǎng)火爆,市場(chǎng)關(guān)注度高,規(guī)?;帕吭诩?/font>

新型硅碳技術(shù)自美國(guó)Group 14商業(yè)化以來,受到國(guó)內(nèi)市場(chǎng)廣泛關(guān)注;國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)加快新型硅碳技術(shù)的開發(fā),截止到23年底,已有數(shù)十家企業(yè)開始擴(kuò)產(chǎn)新型硅碳;風(fēng)險(xiǎn)資本紛紛跟進(jìn),投資新型硅碳賽道;以碳什科技為例,從2022年7月成立起,企業(yè)在8個(gè)月便完成了天使輪和天使+輪融資,僅天使輪融資金額便達(dá)到數(shù)千萬(wàn)元。隨著企業(yè)產(chǎn)能的快速落地,新型硅碳有望加速放量,商業(yè)化元年開啟。

快充:行業(yè)發(fā)展新趨勢(shì),產(chǎn)業(yè)布局節(jié)奏加快

1.1動(dòng)力電池技術(shù)快速更新迭代,快充成為新趨勢(shì)

動(dòng)力電池技術(shù)快速更迭,快充成為未來發(fā)展趨勢(shì)。2015年-2020年,動(dòng)力電池行業(yè)處于初步發(fā)展期,為了提高新能源汽車的續(xù)航里程,在政策推動(dòng)下行業(yè)重點(diǎn)聚焦于提升電池的能量密度,因此正極主要采用三元材料并逐漸往高鎳化發(fā)展,封裝方式上以軟包、方鋁為主。2020年-2022年,隨著無模組技術(shù)(CTP、CTC)開始廣泛應(yīng)用,電池包的成組效率大幅度提升,磷酸鐵鋰電池的續(xù)航大幅度提升。與此同時(shí),新能源汽車安全事故頻發(fā),行業(yè)重點(diǎn)從單純追求能量密度轉(zhuǎn)向關(guān)注電池安全性與成本控制上,鐵鋰電池市占率大幅度提升,2023 年市場(chǎng)占有率達(dá)到65%以上。2022年以來,技術(shù)路線開始多元化發(fā)展以滿足用戶多元化需求,其中高壓快充成為行業(yè)確定性較高的發(fā)展方向之一。

快充速率與充電倍率密切相關(guān),800V高壓快充成為優(yōu)選。充電倍率等于充電電流除以電池額定容量,充電倍率越大,充電時(shí)間越短;選擇提高電流往往需要較粗的輸電導(dǎo)線,電流過高會(huì)導(dǎo)致充電槍、線纜及動(dòng)力電池核心部件等產(chǎn)生大量熱損失,損耗較大。因此,通過提高電池包整體電壓,減小單一電池容量成為行業(yè)發(fā)展快充技術(shù)的最優(yōu)解。將電壓平臺(tái)從400V提升到800V甚至更高的水平,實(shí)現(xiàn)高壓系統(tǒng)的擴(kuò)容,有利于進(jìn)行350kW以上的快充。800V高壓指整車電氣系統(tǒng)電壓范圍達(dá)到550-930V的系統(tǒng),與400V充電系統(tǒng)相比,其充電功率可達(dá)350-400kW,補(bǔ)能效率提升2倍以上,充電時(shí)間縮短至10min。

1.2行業(yè)進(jìn)展:800V快充車型批量上市,快充電池技術(shù)不斷迭代?

800V高壓系統(tǒng)已批量性上車,滲透率快速提升。目前800V高壓快充基本覆蓋B級(jí)及以上車型,2022年800V高壓快充車型在B級(jí)及以上車型市場(chǎng)滲透率在5%左右,2023年多家車企推出800V高壓快充車型,如比亞迪、理想、小鵬、蔚來、吉利、智己、阿維塔、廣汽、合創(chuàng)、極星、北汽等,全年800V高壓快充車型在B級(jí)及以上車型市場(chǎng)滲透率有望達(dá)到15%。根據(jù)GGII預(yù)測(cè),2024年隨著800V高壓平臺(tái)相關(guān)配套設(shè)施的建設(shè)完善,及車企推出更多800V高壓平臺(tái)車型,預(yù)計(jì)800V高壓平臺(tái)車型在B級(jí)及以上市場(chǎng)滲透率將超30%。

電池快充技術(shù)迭代加速,主流電池企打響快充競(jìng)速賽。電池企業(yè)紛紛布局,不斷推出新型快充電池。寧德時(shí)代推出神行超充電池,續(xù)航里程達(dá)700公里以上;孚能科技開發(fā)SPS動(dòng)力電池解決方案,僅充電10分鐘即可續(xù)航400km;中創(chuàng)新航提供“頂流”電池,其電芯能量密度達(dá)到300Wh/kg;巨灣技研研發(fā)XFC極速電池,能夠?qū)崿F(xiàn)極速充電。除此之外,蜂巢能源、億緯鋰能(維權(quán))、國(guó)軒高科、欣旺達(dá)也緊跟步伐,推出自身獨(dú)特電池快充方案??斐潆姵仡愋拓S富多樣,配套車型數(shù)量眾多,應(yīng)用面廣泛。

電池快充技術(shù)瓶頸在負(fù)極,電流過大易導(dǎo)致析鋰等問題。鋰離子電池在充電時(shí),鋰離子從正極脫嵌并嵌入負(fù)極,但是快速充電時(shí)電流密度較大,鋰離子嵌入負(fù)極阻力較大,易產(chǎn)生極化,無法嵌入石墨層間的鋰離子只能在負(fù)極表面得電子,從而形成銀白色的金屬鋰單質(zhì),形成“析鋰”。析鋰導(dǎo)致鋰失去活性,加速電池的老化,循環(huán)壽命會(huì)大幅縮短,并有可能引發(fā)燃燒、爆炸等安全問題。

快充與高能量密度此消彼長(zhǎng)。能量密度決定著單位質(zhì)量/體積下可以儲(chǔ)存能量的大小,快充速率決定著單位時(shí)間電極橫截面脫嵌鋰離子的多寡。高能量密度通常意味著電池單體活性物質(zhì)載量比較高,電極比較厚,從而具有較長(zhǎng)的鋰離子傳輸路徑,然而快充需要活性材料高比表面積,低壓實(shí)密度和高導(dǎo)電性,這些設(shè)計(jì)會(huì)降低電池的能量密度;因此,在保證高能量密度和長(zhǎng)續(xù)航的前提下,如何提高快充能力是電池設(shè)計(jì)開發(fā)的關(guān)鍵。

硅碳:技術(shù)取得新突破,資本進(jìn)入產(chǎn)能快速擴(kuò)張

2.1人造石墨占據(jù)負(fù)極材料市場(chǎng)的主流地位

負(fù)極材料市場(chǎng)蓬勃發(fā)展,人造石墨仍占據(jù)主流地位。我國(guó)負(fù)極材料在全球產(chǎn)業(yè)鏈中占據(jù)主導(dǎo)地位,2023年我國(guó)負(fù)極材料出貨量達(dá)到171.1萬(wàn)噸,同比增長(zhǎng)19.4%,全球市場(chǎng)份額提升至94.1%;負(fù)極材料目前最主流的是天然石墨和人造石墨兩大類,與天然石墨比較,人造石墨在循環(huán)、倍率、高溫等方面性能更優(yōu)。根據(jù)EV tank統(tǒng)計(jì),2023年我國(guó)人造石墨負(fù)極材料仍占據(jù)市場(chǎng)主流地位,市場(chǎng)份額高達(dá)82.5%。硅基材料作為鋰電負(fù)極的新一代材料,目前市場(chǎng)份額占比較小僅為3.4%(以石墨和硅碳混摻后計(jì)算)。

二次造粒和碳包覆有助于提高石墨負(fù)極快充性能。造粒是在一定溫度和壓強(qiáng)下,將物料植入球磨機(jī)中進(jìn)行球磨并篩分,而二次造粒則是將小顆粒粘結(jié)成大顆粒;通過造粒制備的二次顆粒兼具大顆粒壓實(shí)密度高、容量大的優(yōu)點(diǎn),及小顆粒比表面積大鋰離子脫嵌通道多的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)提高二次顆粒的各向同性度,以兼顧能量密度和倍率性能。碳包覆是以瀝青等作為包覆原料與石墨顆粒混合經(jīng)炭化在石墨表面形成無定型碳包覆,構(gòu)筑出層狀排布的“核殼結(jié)構(gòu)”。無定形碳的碳層之間無序排列,結(jié)構(gòu)各向同性,碳層間距更大,鋰離子可以自由移動(dòng),并為鋰離子嵌入石墨層起到引導(dǎo)作用;而且無定形碳與電解液的相容性更好,可以有效防止大分子有機(jī)溶劑的共嵌入,抑制石墨層的剝落,降低快充對(duì)石墨材料的破壞。

2.2硅碳負(fù)極能量密度更高,快充性能更優(yōu)

硅碳材料理論克容量較高。與傳統(tǒng)石墨不同,硅(Si)負(fù)極材料是通過合金化的方式與金屬鋰結(jié)合,實(shí)現(xiàn)脫嵌鋰反應(yīng)。硅的理論比容量較高約 4200mAh/g,是石墨克容量的10倍;硅碳作為負(fù)極材料有望大幅提升電池的能量密度,受到了廣泛的關(guān)注。

硅碳負(fù)極電位平臺(tái)較高,有助于實(shí)現(xiàn)快充。快充時(shí)電流比較大容易產(chǎn)生極化,當(dāng)負(fù)極電位低于0V時(shí),就容易發(fā)生析鋰現(xiàn)象;石墨負(fù)極整體電位較低,充電末期電位接近0V,在大倍率快充時(shí),極易發(fā)生析鋰。根據(jù)硅負(fù)極的充放電曲線,其充放電平臺(tái)在0.3-0.5V左右,整體高于石墨負(fù)極材料。因此,在充電過程中鋰離子優(yōu)先嵌入硅,然后在石墨層間嵌入鋰,摻硅整體提高了負(fù)極的平均電位,從而降低了發(fā)生析鋰的概率,利于電池的快充。

硅碳材料易膨脹破碎,循環(huán)衰減較快。硅碳負(fù)極在充放電發(fā)生合金化的過程中會(huì)發(fā)生劇烈的膨脹與收縮;充電過程,硅負(fù)極嵌入金屬鋰后,體積膨脹;放電過程脫出鋰離子,體積收縮,從而易導(dǎo)致硅顆粒的破碎以及活性物質(zhì)在集流體表面脫落;此外,負(fù)極表面劇烈的變化,易引起表面SEI膜的破裂,導(dǎo)致消耗大量活性鋰離子,引起電池快速衰減。?

2.3新型硅碳技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯,未來前景可期?

工藝技術(shù)快速迭代,新型硅碳實(shí)現(xiàn)突破。硅負(fù)極材料膨脹劇烈,導(dǎo)電性較差,因此工藝上采用納米化和碳包覆的方式來改善其性能。第一代工藝是采用研磨法制備硅碳負(fù)極材料,該路線核心是通過硅顆粒之間的空隙來緩沖材料的綜合體積膨脹,為材料膨脹提供了體積變化以及應(yīng)力釋放的空間;但由于其粒徑較大,無法有效解決膨脹問題,循環(huán)性能一般。第二代采用的是硅氧路線,是目前主流工藝;硅氧或者預(yù)鋰化硅氧的路線主要是在材料的嵌脫鋰過程中通過化學(xué)反應(yīng)使硅氧材料中的單質(zhì)硅粒徑控制在5nm以下,顆粒間空隙更豐富,同時(shí)提供了更大的應(yīng)力緩沖空間,降低了材料的整體膨脹系數(shù)。然而硅氧首效較低,首次充放電加入鋰金屬、鎂金屬等作為預(yù)鋰劑,能讓預(yù)鋰化后的硅氧負(fù)極首效提升,但成本偏高;此外該工藝路線仍有一定程度的膨脹,存在產(chǎn)氣現(xiàn)象。CVD氣相沉積硅碳路線即新型硅碳,屬于新技術(shù)突破的工藝路線。CVD氣相沉積硅碳路線的核心是通過低成本生產(chǎn)的多孔碳骨架來儲(chǔ)硅,并通過多孔碳內(nèi)部的微孔來緩沖硅嵌鋰過程中的體積膨脹,從而改善其循環(huán)性能。

新型硅碳電化學(xué)性能優(yōu)異。與硅氧相比,硅碳材料采用的是硅顆粒作為活性材料,因此其首圈庫(kù)倫效率較高,其復(fù)合材料克容量可以做到1750mAh/g以上。其次,新型硅碳采用CVD方法將納米硅負(fù)載在多孔碳中,多孔碳的空腔保留足夠的空間利于硅負(fù)極的膨脹,電極材料與電解液的界面保持穩(wěn)定,無劇烈膨脹,循環(huán)性能優(yōu)異。

新型硅碳理論成本較低。新型硅碳主要是由硅烷氣、多孔碳制備而成,在其成本構(gòu)成中,硅烷氣體成本占比高達(dá)50%,多孔硅碳前軀體占比約35%;從質(zhì)量對(duì)比來看,新型硅碳中硅和碳的質(zhì)量占比約為1:1,生產(chǎn)1噸硅碳負(fù)極母料需要0.6噸以上硅烷。硅烷目前價(jià)格較高,預(yù)計(jì)未來可能降低至10萬(wàn)/噸甚至更低,顯示出巨大的降本潛力;另一方面,多孔碳當(dāng)前價(jià)格約為20萬(wàn)/噸,預(yù)計(jì)未來可能降至8~10萬(wàn)/噸。

因此在制備成本方面,新型硅碳理論制備成本有望控制在20萬(wàn)/噸以內(nèi)。由于新型硅碳材料的克容量是石墨的5倍,再加上多孔硅碳規(guī)模上量以及技術(shù)的進(jìn)步,在成本上有望于石墨負(fù)極材料相媲美。

硅碳負(fù)極用途廣泛,滿足不同應(yīng)用需求。硅碳負(fù)極憑借其高能量密度與快充的性能優(yōu)勢(shì),在手機(jī)、電動(dòng)工具以及新能源汽車都具有潛在的應(yīng)用前景。隨著手機(jī)智能化的進(jìn)一步提升,對(duì)電池高能量密度、長(zhǎng)續(xù)航提出了更高的要求;2024年2月,小米發(fā)布的14Ultra 手機(jī),利用硅碳負(fù)極材料將電池的能量密度提升至779Wh/L,其中最高硅含量6%,使電池體積降低了8%,續(xù)航能力提升了17%;在新能源汽車領(lǐng)域,硅碳負(fù)極材料目前已經(jīng)得到了初步的應(yīng)用,隨著新型硅碳技術(shù)的成熟,有望加速滲透。

新型硅碳市場(chǎng)空間巨大,前景可期。傳統(tǒng)的硅氧負(fù)極材料由于庫(kù)倫效率較低,膨脹劇烈,需要采用與石墨摻混(硅比例小于10%)的方式來保障負(fù)極的整體性能;新型硅碳首效較高,體積膨脹小,循環(huán)性能穩(wěn)定,可以大比例摻混的方式(20%,30%以上)來提高電池的能量密度,有望大幅提高硅基材料在負(fù)極中的滲透空間。硅碳負(fù)極在電池的首效、容量、循環(huán)、膨脹等均領(lǐng)先于傳統(tǒng)硅碳和硅氧材料,是硅基負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)化的重大技術(shù)革新,未來發(fā)展空間巨大;根據(jù)高工鋰電數(shù)據(jù)顯示,23年我國(guó)硅基復(fù)合材料出貨1.9萬(wàn)噸,預(yù)計(jì)2030年出貨量將超30萬(wàn)噸,年復(fù)合增長(zhǎng)率超50%。

2.4新型硅碳起源于海外,國(guó)內(nèi)企業(yè)快速跟進(jìn)

美國(guó)G14率先在新型硅碳取得突破,產(chǎn)品性能優(yōu)異。Group14公司率先采用氣相沉積CVD法制備出性能優(yōu)異的新型硅碳復(fù)合材料。2021年4月,Group14旗艦產(chǎn)品“硅碳復(fù)合負(fù)極材料SCC55TM”在全球首家同類BAM工廠(電池活性材料工廠)開始商業(yè)化生產(chǎn),SCC55TM在內(nèi)阻、循環(huán)、首效等方面性能大幅度提升。公司獲得了包括保時(shí)捷、ATL、光石、BASF、微軟等公司的投資,并分別在華盛頓、韓國(guó)擴(kuò)建產(chǎn)能,以滿足未來的市場(chǎng)需求。

國(guó)內(nèi)一級(jí)資本紛紛涌入,新型硅碳企業(yè)百花齊放。硅碳負(fù)極企業(yè)在一級(jí)市場(chǎng)融資備受矚目,吸引了眾多資本的積極投入,不僅為硅碳負(fù)極企業(yè)提供了充足的資金支持,也進(jìn)一步加速了新型硅碳技術(shù)研發(fā)和市場(chǎng)拓展的步伐。以碳什科技為例,從2022年7月成立起,企業(yè)在8個(gè)月便完成了天使輪和天使+輪融資,僅天使輪融資金額便達(dá)到數(shù)千萬(wàn)元。

硅碳材料行業(yè)產(chǎn)能大幅擴(kuò)張。新型硅烷材料布局者眾多,有傳統(tǒng)的負(fù)極材料領(lǐng)軍企業(yè)如貝特瑞,杉杉股份(維權(quán)),璞泰來;也有新進(jìn)入硅碳負(fù)極產(chǎn)業(yè)的公司如致德新能源,天目先導(dǎo)等。行業(yè)硅碳產(chǎn)能加速擴(kuò)張,規(guī)模化量產(chǎn)工藝主要以硅氧為主,隨著新型硅碳技術(shù)的突破,行業(yè)擴(kuò)產(chǎn)向新型硅碳方向轉(zhuǎn)變;據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),截至目前硅碳和硅氧合計(jì)投產(chǎn)產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到5.3萬(wàn)噸左右,在建以及規(guī)劃產(chǎn)能已超過50萬(wàn)噸。

產(chǎn)業(yè)鏈:設(shè)備是產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵,上游材料受益明顯

新型硅碳作為電池環(huán)節(jié)的中游材料,需要采用和石墨相復(fù)合的方式來制備鋰電負(fù)極材料。上游端,新型硅碳是由硅烷氣和多孔碳制備而成,合成設(shè)備主要是流化床;下游應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)閯?dòng)力電池、手機(jī)電池和電動(dòng)工具等領(lǐng)域。

3.1 設(shè)備端:流化床產(chǎn)品均一性好,行業(yè)發(fā)展的主要方向

流化床顆粒固化設(shè)備,均一性好。流化床設(shè)備是一種通過氣體或液體流體化固體顆粒的工藝設(shè)備。在硅碳負(fù)極的制備過程中,通過調(diào)整流體的流動(dòng)速度和溫度,使硅顆粒在床層中均勻分布,進(jìn)而將硅沉積到多孔碳中,實(shí)現(xiàn)對(duì)硅顆粒的碳包覆。在包覆過程中,通過加熱和反應(yīng)氣體的作用,使硅和碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成穩(wěn)定的硅碳復(fù)合材料。流化床設(shè)備的優(yōu)點(diǎn):一是高效包覆,通過流化床設(shè)備,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)硅顆粒的高效包覆,確保硅碳復(fù)合材料的均勻性和穩(wěn)定性。二是形態(tài)和尺寸控制,在制備過程中,可以通過調(diào)整流化床設(shè)備的工藝參數(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)硅顆粒形態(tài)和尺寸的控制,滿足不同應(yīng)用需求。

規(guī)?;y度較大,是行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵所在。硅烷吸附與裂解需要高壓與高溫環(huán)境以及后端的氣固分離,因此對(duì)流化床設(shè)備則要求極高的密閉性和高氣壓以實(shí)現(xiàn)小顆粒的氣態(tài)包覆,操作難度高。當(dāng)前業(yè)內(nèi)流化床沉積設(shè)備仍以20kg/爐小型化設(shè)備為主,已開發(fā)出超過100kg/爐的設(shè)備,并采用多臺(tái)20kg/爐設(shè)備聯(lián)用以提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品一致性,但相關(guān)設(shè)備的驗(yàn)證、改進(jìn)及工藝優(yōu)化仍需時(shí)間。

回轉(zhuǎn)窯易于規(guī)模放大,產(chǎn)品品質(zhì)仍需進(jìn)一步優(yōu)化。回轉(zhuǎn)窯是一種用于煅燒的設(shè)備,通過傾斜和旋轉(zhuǎn),確保物料均勻加熱。在制備硅碳負(fù)極材料的過程中,將多孔碳基底材料放入回轉(zhuǎn)窯,通入惰性氣體并加熱至450-900℃,引入硅源氣體進(jìn)行氣相沉積形成硅層,繼續(xù)升溫至800-950℃,通入碳源氣體進(jìn)行第二次沉積,形成碳層。通過交替沉積硅碳層,制備出硅碳復(fù)合材料?;剞D(zhuǎn)窯設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定,單機(jī)產(chǎn)能大、產(chǎn)品容易放大,燃料適應(yīng)性好,并且近兩年技術(shù)大幅創(chuàng)新,能耗逐步下降。但是回轉(zhuǎn)窯作為沉積設(shè)備容易導(dǎo)致沉積或者包覆不均勻,硅烷利用率低,最終復(fù)合后的硅碳性能較差,需要進(jìn)一步的優(yōu)化改善。

3.2 多孔碳:骨架支撐作用,材料特點(diǎn)直接影響負(fù)極性能

多孔碳微納米孔,儲(chǔ)硅抑制膨脹。多孔碳材料是以碳為主體的一類具備高度發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)的新型材料,其性能優(yōu)異具有比表面積大、機(jī)械性能強(qiáng)、化學(xué)穩(wěn)定性高、物理性質(zhì)優(yōu)良的特點(diǎn)。根據(jù)孔徑大小,多孔碳材料通常分為微孔型(<2 nm)、介孔型 (2~50 nm)、大孔型 (>50 nm)、分級(jí)多孔型。在硅碳負(fù)極中起到導(dǎo)電、存儲(chǔ)硅顆粒,抑制硅膨脹保持SEI膜穩(wěn)定的作用。

原材料來源豐富,制備方法多樣。多孔碳的原材料主要是有木質(zhì)素和樹脂基兩種:木質(zhì)素基來源豐富且可再生,成本低,性價(jià)比較優(yōu);樹脂基合成的多孔碳孔徑分布均勻,有利于硅烷均勻沉積且膨脹率較低,循環(huán)性能提升明顯。多孔碳的制備方法多樣,包括活化法、模板法、溶膠-凝膠法、溶劑熱法、化學(xué)氣相沉積法(CVD)、超聲噴霧熱分解法等。

元力股份:生物質(zhì)活性炭龍頭,有望受益于新型硅碳的放量。公司是全球最大的木質(zhì)活性炭生產(chǎn)企業(yè),產(chǎn)品矩陣豐富。在活性炭方面,公司深耕木質(zhì)活性炭領(lǐng)域二十余年,持續(xù)朝著全品類的方向發(fā)展,主營(yíng)活性炭產(chǎn)品包括粉末活性炭、柱狀活性炭、破碎活性炭、超級(jí)活性炭等。此外,公司積極布局儲(chǔ)能領(lǐng)域碳基新材料;在硬碳材料方面,利用地處閩北臨近全國(guó)最大種植面積毛竹林的區(qū)域優(yōu)勢(shì),提高硬碳原材料供應(yīng)穩(wěn)定性,成本優(yōu)勢(shì)明顯;多孔碳方面,公司給下游送樣測(cè)試順利,未來隨著新型硅碳的規(guī)?;帕浚径嗫滋紭I(yè)務(wù)有望受益。

3.3 硅烷氣:小眾市場(chǎng),新型硅碳大幅擴(kuò)容

硅烷氣小細(xì)分品種,應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。硅烷氣,也稱為硅烷(化學(xué)式SiH4),是一種無色、可燃、有毒的氣體,主要由硅和氫組成。硅烷在光伏、顯示面板、半導(dǎo)體、集成電路、復(fù)合材料等新能源和新材料行業(yè)有著廣泛應(yīng)用。硅烷氣市場(chǎng)規(guī)模較小,2022年硅烷氣行業(yè)需求約7301.88噸,硅烷科技及興洋科技分別出貨1820、1749.4噸,市占率分別為24.9%、24%。

硅烷氣應(yīng)用于新型硅碳領(lǐng)域,前景廣闊。隨著新型硅碳技術(shù)的突破,以及未來在動(dòng)力電池市場(chǎng)的放量,有望帶動(dòng)硅烷氣體市場(chǎng)規(guī)模的增長(zhǎng);根據(jù)GGII的預(yù)測(cè),2030年硅碳負(fù)極出貨量有望達(dá)到30萬(wàn)噸,假設(shè)有60%的比例采用的是新型硅碳,按照一噸新型硅碳需要0.6噸的硅烷氣制備,則對(duì)硅烷氣的需求量大約為10.8萬(wàn)噸,市場(chǎng)空間大幅擴(kuò)容。

硅烷科技:深耕硅烷氣領(lǐng)域,公司營(yíng)收穩(wěn)步增長(zhǎng)。公司下游市場(chǎng)覆蓋廣泛,涉及半導(dǎo)體、顯示面板、光伏、尼龍化工等多個(gè)行業(yè),目前已積累TCL華星、隆基股份、惠科電子、京東方、愛旭股份、華特氣體等一批市場(chǎng)領(lǐng)先的重要客戶。近年來,公司電子級(jí)硅烷氣業(yè)務(wù)發(fā)展迅速,公司營(yíng)收快速增長(zhǎng),從2020年的5.11億元增長(zhǎng)到2023年11.21億元。2021年以來光伏行業(yè)的快速發(fā)展帶動(dòng)電子級(jí)硅烷氣供不應(yīng)求,產(chǎn)品價(jià)格大幅上漲,公司盈利能力大增,2023年達(dá)到3.08億元;隨著行業(yè)擴(kuò)產(chǎn)產(chǎn)能的釋放,供需緩解,產(chǎn)品價(jià)格下滑,24年前三季度公司歸母凈利0.88億元,同比減少了59.8%。

深度綁定天目先導(dǎo)“新一代納米硅碳負(fù)極材料項(xiàng)目”。公司與溧陽(yáng)天目先導(dǎo)電池材料科技有限公司簽訂了《戰(zhàn)略合作協(xié)議》,擬為天目先導(dǎo)或其項(xiàng)目公司長(zhǎng)期穩(wěn)定地提供硅烷供應(yīng)。天目先導(dǎo)是新型硅碳領(lǐng)軍企業(yè),目前規(guī)劃產(chǎn)能6萬(wàn)噸/年,其中一期產(chǎn)能1萬(wàn)噸/年,建設(shè)期為2023年至2024年。一期項(xiàng)目建成達(dá)產(chǎn)后,將產(chǎn)生6000噸/年以上的硅烷氣采購(gòu)需求,項(xiàng)目全部建成達(dá)產(chǎn)后的遠(yuǎn)期硅烷氣需求量將超過3.6萬(wàn)噸/年。整體來看,此項(xiàng)目的合作有望給公司帶來長(zhǎng)期穩(wěn)定的訂單需求,拓展公司硅烷氣業(yè)務(wù),實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈條協(xié)作和互利共贏。

本報(bào)告摘自國(guó)元證券2024年11月26日已發(fā)布的《硅碳:密度提升顯卓能,快充革新展新篇——2024年鋰電行業(yè)報(bào)告》查看原文,具體報(bào)告及分析內(nèi)容請(qǐng)?jiān)斠妶?bào)告。若因?qū)?bào)告的摘編等產(chǎn)生歧義,應(yīng)以報(bào)告發(fā)布當(dāng)日的完整內(nèi)容為準(zhǔn)。

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