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　淺析硅碳負極材料的未來潛力

1.為什么要用硅碳負極

　　眾所周知，不斷的提高電池能量密度，是鋰電產業技術研革所孜孜不倦的方向。在當前的鋰電材料體系中，負極材料多為采用石墨材料（以人造石墨和天然石墨為主），在電池理論設計過程中，基本上已經非常充分發揮了其可實現的能量密度，所當前的石墨負極材料在提升電池能量密度方面已經遇到明顯的瓶頸。

　　與石墨負極材料相比，硅基負極材料的能量密度優勢明顯。石墨的理論能量密度是372 mAh/g，而硅負極的理論能量密度超其10倍，高達4200mAh/g。所以硅碳負極的應用，可以提升電池中活性物質含量，所以能大大提升單體電芯的容量，這也是硅碳負極材料越來越多被鋰電領域所關注的重要原因。

　　2.什么是硅碳負極

　　由于硅是半導體結構材料，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電性能，目前產業中所選擇的就是成熟的碳材料。利用不同形態的碳材料來復合硅進行改性處理，使其構成均勻的導電網絡結構，形成導電性好、附著性好、化學穩定性高的硅碳負極材料。

　　3.硅碳負極為什么還沒實現產業化應用

　　硅碳負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，所以硅碳負極的膨脹收縮會導致負極材料的粉末化，從而嚴重影響電池使用壽命；2）、硅為半導體，導電性比石墨差很多，導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，其直接效應也是使電池循環壽命變差。所以硅碳負極的開發和應用需要較高的技術壁壘。

　　4.硅碳負極的開發和應用，海外已初步實現產業化

　　日本松下2012年發布的最新NCR18650C型號電池，容量高達4000mah，并于2013年實現量產。當前國內主流的18650圓柱電池容量主要在2800mah以內（大部分為2600mah及以下，國內只有部分企業實現2800mah的18650電池的量產），但是松下之所以能夠做到4000mah，主要是其在負極中使用了硅的混合材料。據松下介紹，該NCR18650C型號電池可以在循環500次以后，依然保持80%以上的電池儲電能力。

　　特斯拉加速硅碳負極在車用動力電池領域的規模化應用。在特斯拉向市場發布最新車型Model 3的同時，行業媒體也同期披露，特斯拉將在Model 3中采用了電池新材料，“特斯拉采用的松下18650電池此次在傳統石墨負極材料中加入了10%的硅，其能量密度至少在550mAh/g以上”。

　　5.硅碳負極的開發和應用-國內也已經開始早期的探索

　　貝特瑞憑借在負極材料領域技術領先地位，其硅碳負極的研發和生產一直處于國內領先水平。公司硅碳負極材料在2013年通過三星認證之后，2014年~2016年產量處于攀升階段，其產品市場認可度也在逐步提升。

　　如前文所述，硅碳負極由于需要對電池負極材料、碳材料等有深入的研究，而國內負極材料市場集中度非常高，所以行業中存在的產業化壁壘、技術壁壘等，使得國內具備硅碳負極生產能力、應用能力的企業屈指可數。當然，目前已有部分企業涉足到硅碳負極相關的研發。

　　此外，非上市企業中，江西紫宸、湖北創亞等負極材料生產企業硅碳負極的研發和生產在國內處于領先地位；電池企業方面，ATL/CATL、天津力神、萬向A123、微宏動力等企業也已經就硅碳負極應用進行了數年的研發。

　　6.硅碳負極市場空間預測

　　目前，行業中硅碳負極尚未形成廣泛推廣的成熟方案，主流的電池生產企業對于硅碳負極的使用，也主要是以摻雜到石墨負極材料中使用，各個企業摻雜的比例也存在一定差異。參考當前硅碳負極材料市場售價水平，我們按照負極材料中摻雜10%左右的硅碳負極，預測未來3~5年隨著滲透率提升，硅碳負極可擁有的市場空間大約為50億左右。但需要強調的是，該市場有較高的技術門檻，所以行業集中度將非常高。

　　7.硅碳負極相關受益標的

　　杉杉股份（600884）

　　杉杉股份負極材料子公司上海杉杉科技，是國內規模最大技術最強的人造石墨生產商，同時在全球也處于領先地位。2016年實現超過2萬噸的負極材料銷售規模，其中人造石墨材料近一半應用于動力電池領域。眾所周知，當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域有廣泛應用，這對于杉杉股份銷量規模的攀升和技術迭代有非常直接的推動作用。

　　根據杉杉股份官方媒體介紹，杉杉股份硅碳負極研發始于2009年，目前已經具備每月噸級的出貨規模。參照公司建設規劃，公司2017年有望完成4000噸/年的硅碳負極生產規模。

　　當前杉杉股份負極材料業務在上市公司利潤占比已超過20%，且具有世界級競爭力，所以隨著公司負極材料業務的發展，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的投入。自上市以來，國軒高科的研發人員配置和投資金額繼續保持快速增長態勢。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和應用等的研發。持續不斷的技術進步是國軒高科保持市場競爭力的核心驅動力。

　　與此同時，國軒高科近期啟動了上市以來首次融資方案，36億的總融資規模中，將投入5億元用于高鎳三元材料和硅碳負極的研發和產業化生產。新技術的研發和應用落地，對于企業經營效率和競爭力提升，將會產生顯著效用。

　　貝特瑞（835185，中國寶安控股子公司）

　　據公開信息，深圳貝特瑞在2014年通過了三星的硅碳負極材料認證，早已具備產業化生產能力，技術處于國內領先地位。

　　此外，貝特瑞作為國內最大的負極材料生產企業，現階段負極材料的產能達到 4 萬噸/年，產品包括天然石墨、人造石墨、中間相碳微球、碳酸鋰等負極產品。在公司強化石墨材料市場影響力的同時，布局磷酸鐵鋰、多元復合三元材料已經NCA正極材料等，公司憑借優異的產品品質和高效的客戶服務成為三星、松下、 LG、天津力神、比亞迪等鋰電池行業內高端客戶的供應商。