鉅大LARGE | 點擊量:2767次 | 2019年08月23日
淺析硅碳負(fù)極材料的革新與未來潛力
近期,特斯拉發(fā)布公司2017年一季報,靚麗的銷量數(shù)據(jù),證實了美股投資者對于特斯來的看好是有依可據(jù)。自2013年以來,特斯拉在刮起新能源汽車之風(fēng)潮,全球的新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛,投資熱情的極度高漲。特別是到國內(nèi),投資人和消費者對新能源汽車產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品,關(guān)注度大幅提升。
特斯拉的放量生產(chǎn),對于前段供應(yīng)鏈產(chǎn)生直接的拉動。國內(nèi)數(shù)家企業(yè)憑借良好的產(chǎn)品質(zhì)量和領(lǐng)先市場的企業(yè)能力,已經(jīng)或者有潛在機會進入特斯來供應(yīng)鏈,頭戴“特斯拉概念”的標(biāo)的,其實也是經(jīng)過重重篩選被“特斯拉標(biāo)準(zhǔn)”丈量過的,這樣的標(biāo)的值得關(guān)注!
但另一方面,特斯拉市值能夠超越福特,產(chǎn)品口碑和市場預(yù)期能夠超越通用雪佛蘭Bolt、日產(chǎn)leaf,我們相信不單單是因為用了麥格納的懸架、法雷奧的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)或者旭硝子的車窗玻璃。值得更多關(guān)注和期待的,是特斯拉對新技術(shù)的應(yīng)用,為我們所帶來前所未有的,新的體驗!
特斯拉作為一款風(fēng)靡全球的純電動汽車生產(chǎn)商,其對于動力電池和關(guān)鍵材料的開發(fā)及應(yīng)用,也一直備受市場關(guān)注。在特斯拉Model3上市的同步,也有媒體披露特斯拉采用了電池新材料,“特斯拉采用的松下18650電池此次在傳統(tǒng)石墨負(fù)極材料中加入了10%的硅,其能量密度至少在550mAh/g以上”。也就是特斯拉,已經(jīng)開始使用硅碳負(fù)極!
硅碳負(fù)極是什么,值得我們重點研究一下!另外,先入為主的說明一下受益標(biāo)的:重點推薦杉杉股份,其他關(guān)注國軒高科、中國寶安(貝特瑞)、中科電氣(星城石墨)等。
1.為什么要用硅碳負(fù)極
眾所周知,不斷的提高電池能量密度,是鋰電產(chǎn)業(yè)技術(shù)研革所孜孜不倦的方向。在當(dāng)前的鋰電材料體系中,負(fù)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(shè)計過程中,基本上已經(jīng)非常充分發(fā)揮了其可實現(xiàn)的能量密度,所當(dāng)前的石墨負(fù)極材料在提升電池能量密度方面已經(jīng)遇到明顯的瓶頸。
與石墨負(fù)極材料相比,硅基負(fù)極材料的能量密度優(yōu)勢明顯。石墨的理論能量密度是372mAh/g,而硅負(fù)極的理論能量密度超其10倍,高達4200mAh/g。所以硅碳負(fù)極的應(yīng)用,可以提升電池中活性物質(zhì)含量,所以能大大提升單體電芯的容量,這也是硅碳負(fù)極材料越來越多被鋰電領(lǐng)域所關(guān)注的重要原因。
2.什么是硅碳負(fù)極
由于硅是半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)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(dǎo)電性能,目前產(chǎn)業(yè)中所選擇的就是成熟的碳材料。利用不同形態(tài)的碳材料來復(fù)合硅進行改性處理,使其構(gòu)成均勻的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),形成導(dǎo)電性好、附著性好、化學(xué)穩(wěn)定性高的硅碳負(fù)極材料。
3.硅碳負(fù)極為什么還沒實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用
硅碳負(fù)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(fù)極的膨脹收縮會導(dǎo)致負(fù)極材料的粉末化,從而嚴(yán)重影響電池使用壽命;2)、硅為半導(dǎo)體,導(dǎo)電性比石墨差很多,導(dǎo)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(yīng)也是使電池循環(huán)壽命變差。所以硅碳負(fù)極的開發(fā)和應(yīng)用需要較高的技術(shù)壁壘。
4.硅碳負(fù)極的開發(fā)和應(yīng)用,海外已初步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化
日本松下2012年發(fā)布的最新NCR18650C型號電池,容量高達4000mah,并于2013年實現(xiàn)量產(chǎn)。當(dāng)前國內(nèi)主流的18650圓柱電池容量主要在2800mah以內(nèi)(大部分為2600mah及以下,國內(nèi)只有部分企業(yè)實現(xiàn)2800mah的18650電池的量產(chǎn)),但是松下之所以能夠做到4000mah,主要是其在負(fù)極中使用了硅的混合材料。據(jù)松下介紹,該NCR18650C型號電池可以在循環(huán)500次以后,依然保持80%以上的電池儲電能力。
特斯拉加速硅碳負(fù)極在車用動力電池領(lǐng)域的規(guī)?;瘧?yīng)用。在特斯拉向市場發(fā)布最新車型Model3的同時,行業(yè)媒體也同期披露,特斯拉將在Model3中采用了電池新材料,“特斯拉采用的松下18650電池此次在傳統(tǒng)石墨負(fù)極材料中加入了10%的硅,其能量密度至少在550mAh/g以上”。
5.硅碳負(fù)極的開發(fā)和應(yīng)用-國內(nèi)也已經(jīng)開始早期的探索
貝特瑞憑借在負(fù)極材料領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)先地位,其硅碳負(fù)極的研發(fā)和生產(chǎn)一直處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。公司硅碳負(fù)極材料在2013年通過三星認(rèn)證之后,2014年~2016年產(chǎn)量處于攀升階段,其產(chǎn)品市場認(rèn)可度也在逐步提升。
如前文所述,硅碳負(fù)極由于需要對電池負(fù)極材料、碳材料等有深入的研究,而國內(nèi)負(fù)極材料市場集中度非常高,所以行業(yè)中存在的產(chǎn)業(yè)化壁壘、技術(shù)壁壘等,使得國內(nèi)具備硅碳負(fù)極生產(chǎn)能力、應(yīng)用能力的企業(yè)屈指可數(shù)。當(dāng)然,目前已有部分企業(yè)涉足到硅碳負(fù)極相關(guān)的研發(fā)。
此外,非上市企業(yè)中,江西紫宸、湖北創(chuàng)亞等負(fù)極材料生產(chǎn)企業(yè)硅碳負(fù)極的研發(fā)和生產(chǎn)在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位;電池企業(yè)方面,ATL/CATL、天津力神、萬向A123、微宏動力等企業(yè)也已經(jīng)就硅碳負(fù)極應(yīng)用進行了數(shù)年的研發(fā)。
6.硅碳負(fù)極市場空間預(yù)測
目前,行業(yè)中硅碳負(fù)極尚未形成廣泛推廣的成熟方案,主流的電池生產(chǎn)企業(yè)對于硅碳負(fù)極的使用,也主要是以摻雜到石墨負(fù)極材料中使用,各個企業(yè)摻雜的比例也存在一定差異。參考當(dāng)前硅碳負(fù)極材料市場售價水平,我們按照負(fù)極材料中摻雜10%左右的硅碳負(fù)極,預(yù)測未來3~5年隨著滲透率提升,硅碳負(fù)極可擁有的市場空間大約為50億左右。但需要強調(diào)的是,該市場有較高的技術(shù)門檻,所以行業(yè)集中度將非常高。
7.硅碳負(fù)極相關(guān)受益標(biāo)的
杉杉股份(600884)
杉杉股份負(fù)極材料子公司上海杉杉科技,是國內(nèi)規(guī)模最大技術(shù)最強的人造石墨生產(chǎn)商,同時在全球也處于領(lǐng)先地位。2016年實現(xiàn)超過2萬噸的負(fù)極材料銷售規(guī)模,其中人造石墨材料近一半應(yīng)用于動力電池領(lǐng)域。眾所周知,當(dāng)前動力鋰電池對快速充放電性能的要求,使得人造石墨在動力電池領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用,這對于杉杉股份銷量規(guī)模的攀升和技術(shù)迭代有非常直接的推動作用。
根據(jù)杉杉股份官方媒體介紹,杉杉股份硅碳負(fù)極研發(fā)始于2009年,目前已經(jīng)具備每月噸級的出貨規(guī)模。參照公司建設(shè)規(guī)劃,公司2017年有望完成4000噸/年的硅碳負(fù)極生產(chǎn)規(guī)模。
當(dāng)前杉杉股份負(fù)極材料業(yè)務(wù)在上市公司利潤占比已超過20%,且具有世界級競爭力,所以隨著公司負(fù)極材料業(yè)務(wù)的發(fā)展,將為杉杉股份帶來顯著的邊際貢獻。
國軒高科(002074)
國軒高科作為國內(nèi)具有強大影響力的從事于鋰電動力電池制造的上市公司,公司一直持之以恒的加強對技術(shù)的投入。自上市以來,國軒高科的研發(fā)人員配置和投資金額繼續(xù)保持快速增長態(tài)勢。國家對于動力電池包能量密度要求,使國軒高科加快了pack輕量、高容量三元動力電池開發(fā)和應(yīng)用等的研發(fā)。持續(xù)不斷的技術(shù)進步是國軒高科保持市場競爭力的核心驅(qū)動力。
與此同時,國軒高科近期啟動了上市以來首次融資方案,36億的總?cè)谫Y規(guī)模中,將投入5億元用于高鎳三元材料和硅碳負(fù)極的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。新技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用落地,對于企業(yè)經(jīng)營效率和競爭力提升,將會產(chǎn)生顯著效用。
貝特瑞(835185,中國寶安控股子公司)
據(jù)公開信息,深圳貝特瑞在2014年通過了三星的硅碳負(fù)極材料認(rèn)證,早已具備產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)能力,技術(shù)處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。
此外,貝特瑞作為國內(nèi)最大的負(fù)極材料生產(chǎn)企業(yè),現(xiàn)階段負(fù)極材料的產(chǎn)能達到4萬噸/年,產(chǎn)品包括天然石墨、人造石墨、中間相碳微球、碳酸鋰等負(fù)極產(chǎn)品。在公司強化石墨材料市場影響力的同時,布局磷酸鐵鋰、多元復(fù)合三元材料已經(jīng)NCA正極材料等,公司憑借優(yōu)異的產(chǎn)品品質(zhì)和高效的客戶服務(wù)成為三星、松下、LG、天津力神、比亞迪等鋰電池行業(yè)內(nèi)高端客戶的供應(yīng)商。
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