Z链资深研究员｜肖文邦
编辑｜LZ
全球头号新能源汽车公司特斯拉【1】2020年9月发布4680电池【2】，能量密度 300Wh/kg，电池容量较2170电池提高5.48倍。2022年，特斯拉宣布在1月份已生产出第100万块4680电池，同时一季度德州工厂将交付首批搭载4680电池的Model Y。
特斯拉4680电池采用的负极便是硅基负极。
一、为什么放弃石墨负极？
石墨负极材料目前实际比容量360-365mAh/g，已接近理论比容量372 mAh/g
锂离子电池四大关键原材料分别是正极材料、负极材料、隔膜与电解液。
正极材料突破较早，已从早期钴酸锂、锰酸锂材料升级为磷酸铁锂材料和三元材料，而负极材料升级缓慢，一直以石墨为主，2020年石墨类负极材料出货量占负极材料97%市场份额。
存在的问题是，石墨负极材料目前实际比容量360-365mAh/g，已接近理论比容量372 mAh/g，因此改善石墨材料性能对锂离子电池性能提升作用不大。
二、为什么是硅基负极？
单质硅负极理论比容量4200mAh/g，是石墨负极材料理论比容量372 mAh/g的11.29倍，硅氧化、纳米化、复合化、多孔化、合金化、预锂化等改性技术
被认为具有前途的下一代负极材料是硅基负极，硅基负极制备方法较石墨负极材料更复杂，各厂商尚未形成标准制备方法。
单质硅负极理论比容量4200mAh/g，是石墨负极材料理论比容量372 mAh/g的11.29倍，但纯硅负极在充放电过程容易体积膨胀且导电性不佳。目前有硅氧化、纳米化、复合化、多孔化、合金化、预锂化等改性技术，硅氧化、复合化两种技术产业化进程较快。
氧化硅技术路线多用氧化亚硅，采用氧化硅掺杂，掺杂含量约5%，氧化亚硅负极理论比容量2600mAh/g且循环稳定性较好，各大负极材料厂商对氧化亚硅负极均有所布局。日本信越化学，韩国大洲，中国杉杉股份及贝特瑞均可量产硅氧负极。
复合化技术路线多采用硅碳复合材料，是目前产业化进展最快、也是最为常用改性方法。硅材料比容量高，碳材料稳定性好、体积变化小、导电性优异，二者结合形成的硅碳负极可有效提升锂离子电池负极比容量，也可改善电极导电性能。
目前商业化硅碳负极中掺硅量一般不超过10%，比容量400-700mAh/g。2021年4月广汽集团首发的海绵硅负极片电池技术，特斯拉2021年11月收购SiILion公司，其持有的硅负极专利均为硅与碳材料复合形成的复合结构。
软包电池采用正极材料NCM811和搭配比容量450/550/800 mAh/g硅碳负极材料，较搭配360mAh/g石墨负极提升全电池能量密度280Wh/kg至295/310/330 Wh/kg。
目前硅碳负极商业化应用集中在对成本敏感度相对不高的消费电子、电动工具领域，在动力电池领域渗透率相对较低。据GGII统计，2020年中国硅碳负极出货量0.6万吨，占锂电池负极材料比例2%。
特斯拉4680电池、宁德时代【3】265kWh/kg NCM三元电池、国轩高科【4】210Wh/kg LFP电芯、广汽集团【5】海绵硅电池包均使用了硅碳负极技术。
三、参与公司与进程？
贝特瑞硅基负极已突破至第三代产品，正研发第四代
贝特瑞【6】是中国最早量产硅基负极材料的企业，硅基负极以硅氧负极材料、硅基负极材料为主，还包括少量软碳、硬碳等新型负极材料。
目前拥有3000吨/年硅基负极材料产能，产品已供应核心客户，可用于生产动力电池与消费电池。它的硅基负极材料已突破至第三代产品，提升比容量650mAh/g至1500mAh/g，更高比容量的第四代硅碳产品正在开发。
贝特瑞2021年营业总收入105.96亿元，同比增长138.02%；净利润14.21亿元，同比增长187.46%；扣非净利润预计11亿元，同比增长232.19%。
杉杉股份路线是氧化亚硅，出货量千吨级别，动力电池通过多办评测
杉杉股份【7】主营锂离子电池正极材料、负极材料和电解液、LCD偏光片，其研制的硅基负极以氧化亚硅为主，2021年硅氧负极出货量千吨级别，已在消费类市场批量应用，在动力电池应用领域通过多轮评测。
掌握硅基负极材料前驱体批量化合成核心技术，制成材料已通过下游核心客户测试；预锂化硅材料嵌入均匀性技术瓶颈已突破，目前处于海外主流客户测试第一梯队。另外，公司也在推进纳米硅研发。
杉杉股份2021年业绩预增公告，预计净利润31亿元至33.9亿元，同比增长2146%至2356%。
璞泰来与中科院合作完成第二代，建成溧阳中试线
璞泰来【8】主营负极材料及石墨化加工、隔膜及涂覆加工。
与中科院物理所合作量产硅基负极材料，硅碳试验车间2019 年投入使用，已完成第二代产品研发，产品已送样下游客户进行测试和认证。另外，在溧阳已建成硅负极材料中试线。
璞泰来拥有 CVD 包覆、硅氧合成、纳米硅研磨、喷雾造粒等核心设备，支持对氧化亚硅、纳米硅碳产品研究开发。
2020年营业收入52.81亿元，净利润6.68亿元；2021上半年收入39.23亿元，同比上升107.82%；净利润7.75亿元，同比上升293.93%；扣非净利润7.16亿元，同比上升308.4%。
石大胜华规划2万吨产能，产品包括普通型 SiOx-C负极及高首效型SiOx-C负极
石大胜华【9】是电解液溶剂及锂盐六氟磷酸锂供应商。
硅基负极材料产品包括普通型 SiOx-C负极以及高首效型SiOx-C负极，已送样下游客户测试。
2021年11月，石大胜华1000吨/年硅基负极材料生产设施已安装完毕并通过竣工验收，进入试生产阶段，12月子公司胜华新能源规划2万吨/年硅基负极产能，建设期24个月，预计2023年12月份建成投产。
石大胜华2021年预计净利润11.7亿元到 12.5亿元，，同比增加350.36%到381.15%，扣非净利润11.64亿元到12.44万元，同比增加360.42%到392.06%。
硅宝科技建成50吨中试生产线，在建设1万吨产线，30个月内投产
硅宝科技【10】主营有机硅新材料。2015年进入锂电池包市场，2016年与中国科学院共同开发硅基负极材料，2019年建成50 吨/年硅碳负极中试生产线，项目通过四川省经济和信息化厅成果鉴定，鉴定结论为国际先进水平。
2021年11月，建设1万吨/年锂电池用硅基负极材料产线，预计一期工程30个月内投产，二期工程于一期建成后12个月内投产。
硅宝科技2021年预告净利润2.52亿元至2.92亿元，同比增长25%至45%；扣非净利润2.34亿元至2.74亿元，同比增长26%至48%
翔丰华处于中试阶段，已具备产业化条件
翔丰华【11】是锂电负极材料供应商。硅碳负极材料产品处于中试阶段，已具备产业化条件。
翔丰华2021年收入11.18亿元，同比上升168.78%；净利润9983.94万元，同比上升119.65%；扣非净利润1.03亿元，同比上升206.95%。
注解与参考：
【1】特斯拉：美股纳斯达克上市公司，代码：TSLA
【2】4680电池 ：特斯拉发布的新型圆柱形锂离子动力电池，直径46mm，高度80mm
【3】宁德时代：深圳证券交易所创业板上市公司，代码：SZ300750
【4】国轩高科：深圳证券交易所中小板上市公司，代码：SZ002074
【5】广汽集团：上海证券交易所主板上市公司，代码：SH601238
【6】贝特瑞：全国中小企业股份转让系统挂牌公司，代码：835185
【7】杉杉股份：上海证券交易所主板上市公司，代码：SH600884
【8】璞泰来：上海证券交易所主板上市公司，代码：SH603659
【9】石大胜华：上海证券交易所主板上市公司，代码：SH603026
【10】硅宝科技：深圳证券交易所创业板上市公司，代码：SZ300019
【11】翔丰华：深圳证券交易所创业板上市公司，代码：SZ300890
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