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2018年中国硅碳负极材料行业市场现状、发展驱动力、市场特点及面临问题分析[图]

2020年02月24日 13:31:16字号:T|T

    一、市场现状

    硅碳负极材料诞生于上世纪90年代,当时日本Moli和Sony两大公司推出了以碳为负极的锂离子电池,1996年陆续有文章关注微米或纳米结构的硅颗粒与碳相结合,并成功将其应用与负极材料。直至2016年,韩国一家研究所通过化学气相沉积(CVD)法,有效解决了硅体积膨胀的问题,大大推动了硅碳复合负极材料的大规模生产。

    1990-2000年是硅基负极初步发展的时期。Dahn等人首先探索了热解含硅聚合物制备硅基负极的方法,研究的典型聚合物包括聚硅氧烷、环氧硅烷等。在20世纪90年代末期,纳米级的硅与其他矩阵的复合物也被应用来改进硅基负极的性能。Wang等使用利用物理方法制备了硅/石墨的复合物,其容量从437mAh/g提升到1039mAh/g。

    Kumta等通过高能机械研磨制备了Si/TiN复合物,将Si分布在TiN的阵列来缓解体积变化。总的来说,这十年的硅基负极开始了缓慢的进展,研究成果也极大的鼓舞世界范围内对锂离子电池研究的兴趣。进入21世纪后,硅基负极的研究也更加的深入。在2000-2005年中,零维硅颗粒、硅合金、硅薄膜和复合活性/非活性的缓冲矩阵等方法也被开发出来。而到2006-2010年期间,研究重点又转移到了一维的硅纳米线、硅纳米管和三维的硅纳米结构上并实现了容量的大幅提高。到2018年为止,硅基负极已经有了爆炸式的发展,逐渐添加于工业产生的电极之中。小尺度硅纳米颗粒、二维、三维的硅结构均有了详细的研究并建立了成熟的体系。

全球硅碳负极材料产业化进程

数据来源:公开资料整理

    锂电池硅碳负极材料的上游为石墨、石墨烯等碳材料单质硅、纳米硅颗粒等硅材料,中游为硅碳负极材料制造,下游为终端锂电池的应用。

锂电池硅碳负极材料产业链

数据来源:公开资料整理

    智研咨询发布的《2020-2026年中国硅碳负极材料行业市场全景调查及投资价值预测报告》数据显示:硅碳负极材料在我国的发展尚处于初级阶段,实际应用还比较小众,市场总体产量较小。2018年中国硅基负极材料产量达5440吨,同比增长2.3倍。随着特斯拉中国工厂建成,加上国内主流动力企业如比亚迪对于硅碳的进一步重视,预计硅碳负极出货量增速将保持高位。

    从国内现有龙头企业产能产量来看,贝特瑞在硅碳负极材料方面处于国内领先地位,2013年就通过了三星公司的认证,并开始量产供货。贝特瑞患州工厂已经具备1000吨/年的产能,另外1000吨/年产能的工厂正在建设,江西正拓也具备4000吨/年的产能。

2018年中国负极材料龙头硅碳负极材料产能产量及规划情况

数据来源:公开资料整理

    从市场规模来看,2018年全球负极材料需求为17.72万吨,我国2018年负极材料全球市占率为73.8%,结合目前硅碳负极材料渗透率3.78%来看,我国2018年硅碳负极材料市场需求规模达到4943吨。

2016-2018年我国负极材料需求规模测算

数据来源:公开资料整理

    未来随着硅碳负极材料成本的进一步降低,预测2020年硅碳负极材料渗透率将达到15%。2018-2020年硅碳负极材料渗透率年均增长5.61个百分点。未来随着硅碳负极逐渐替代石墨作为电池负极的重要材料以及硅碳负极材料技术及成本方面的进一步突破,预计2021-2025年硅碳负极材料渗透率年均增长率将在4-5个百分点之间。

    预计2025年硅碳负极材料渗透率将达到36%左右,预计2023-2025年随着负极材料下游需求领域发展的放缓,预计2025年全球负极材料需求将达到87万吨左右。则2025年全球硅碳负极材料需求量将达到31万吨左右。

2019-2025年全球负极材料和硅碳负极材料需求量预测(单位:万吨)

数据来源:公开资料整理

    随着新能源汽车品牌的不断增多,新能源车型结构的不断丰富,消费者对新能源的消费意向不断增强,世界新能源汽车销量也与日俱增。2018年,全球新能源汽车销量突破200万辆,达到237万辆的水平。截至2018年底,全球新能源汽车累计销售突破550万辆。2019-2025年,全球新能源乘用车销量还将不断增长,销量将由2019年的221万辆增长到2025年的1200万辆,年均复合增长率将达到32.6%。

2017-2025年全球能源乘用车销量预测

数据来源:公开资料整理

    二、国内硅碳负极材料市场主要驱动力

    1.技术的成熟

    内硅基负极技术不断成熟,产品稳定性得到下游电池企业验证,在比克、卓能等圆柱电池企业中批量化应用

    2.终端对高能量密度的要求

    终端产品对电池高能量密度、长续航里程的需求越来越髙,高克容量负极材料的导入加速,目前主流硅基负极克容量可达420-450mAh/g

    3.高镍三元正极材料逐渐批量应用

    配套的高容量正极材料(高镍三元正极材料在圆柱18650、21700)逐渐批量生产,一定程度带动硅碳负极材料的应用

    三、国内硅碳负极材料市场特点

    1.市场集中度高:多数企业处在研发阶段,部分纳米硅制造企业及电池企业跨界进入

    2.型号较少:稳定量产的硅碳负极型号较少,更高容量的硅基负极还无法量产

    3.应用范围有限:主要用于圆柱数码,少量用于手软包数码机圆柱动力

    四、硅碳负极材料面临问题

    1、首次放电效率偏低。虽然锂的嵌入产生的体积膨胀是均匀的,但提及的变化会产生一定的不可逆容量,造成首次充放电效率偏低。

    2、导电性能较差。硅是典型的半导体结构材料,为了提高锂离子再硅电极材料中的室温扩散速率,就需要提升硅材料的导电性能。

    3、循环性能较差。由于体积效应的问题,用单质硅材料做电极导致循环性能较差。

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