”准备跟特斯拉一起“闹革命”九游会体育锂电负极开始“造反

时间:2024-06-12 00:48:49

  即便是目前小规模应用的硅碳负极和硅氧负极材料■▽●-,比容量也分别达到了450mAh/g和450-500mAh/g△□。当然▲★•▪•,资本押注的不是现在★…••,而是可期的未来☆•。☆▲•-“就像光伏转化效率逐年提高那样●▷,硅基负极的潜能同样值得期待•★□▷△□。◆■□△”新能源材料供应商载驰科技创始人汪炜如是说▷●▪。

  待硅碳技术瓶颈的攻克以及成本下降…▪,这种高能量密度的材料一旦大规模量产•◁,动力电池市场的格局或将被进一步重塑●◁▪□-=。

  围绕动力电池的竞争仍在内卷中进行=★▷•●,而一贯讲究技术创新的特斯拉◇△★▪,再次成为了锂电产业的◆◁◇△-=“福星□◆•…■▽”•●▪△■。面对百舸争流的技术路线▷□★▪△,决定锂电前途命运的关键▽◆○▼◁•,就藏在万众瞩目的4680电池之中▪☆★▪▼◇。

  和氧化亚硅相比-◁,…◇=★■•“纳米硅的痛点在于工艺■▷-…•,而不在于材料=▷-■•=。●▪▷-▽”汪炜表示◁▷□,同样是负极膨胀的问题◆□,他们利用了物理学的尺度效应•△▷○◆,把纳米硅的粒径减小十倍•▪▲●▪,使其体积缩小为原来的千分之一-▽▪,极大程度上解决了膨胀带来的一系列问题▷▽-▪△。

  相比传统的石墨类材料○☆▷,硅碳具有更高的能量密度■△▽◇,能够让电池内储存的电荷量增加10倍◇…=▷…▽。●……△“毫不夸张地说◁=●,锂电产业的荣辱兴衰正攥在硅基负极厂商手里•▪◇□▽。★□•”一位业内人士告诉虎嗅▷○▷▼。

  为了制备高性能●◁◁=-、低成本纳米硅材料◇•■●◆,载驰科技采用的技术路线不同于传统的湿法砂磨及硅烷裂解法▽■◁●□,而是使用了一种更安全★▼、低碳及规模化的生产方式•▷=。截至目前◆◇□,其研发的硅碳负极材料经过三次迭代◆◁=△,已经陆续向动力电池厂商送样测试◇▪●▷。

  在特斯拉4680电池的引领之下★◁☆,参与新一轮锂电负极材料革新的•■▼◆,既有保时捷和奔驰这样的巨擎○■○▪□△,也不乏一些创新型企业置身事内△■==。其中以美国Group14和Sila这两家初创公司为代表▷•-◇△▼,二者正在为接下来硅碳负极的商业投产蓄势=▲。

  在硅基负极最火的时候•○•,载驰科技创始人汪炜一天要见好几波投资人▼…◆•●…。这与2017年公司刚成立那会儿◁▷=▷□…,鲜有人知道什么是硅基负极相比…□▪-▷,反差强烈○•☆。

  不过△…○●,短时的技术瓶颈九游会体育▼☆▷,并不能阻止投资人把热钱撒向这个赛道=◁•。作为行业笃定的下一代新型锂电负极材料••◁,不少硅碳负极项目甚至出现被投资人☆-■▪▪•“排队送钱▼▲-…■▼”的盛况△▽•。例如天目先导▪○□■、兰溪致德▪◇…、碳什科技◇▲●▽▷、碳一新能源•▲=■▲、索理德等负极材料企业=▷○,背后的资本阵容非常豪华◁■……▲▼。由于项目的相对稀缺★■▷…,客观上导致不少投资机构只能看运气抢▷▲☆“候补票◆▽”○◇★○▲…”准备跟特斯拉一起“闹革命”。

  不过•◇□▪…□,尽管硅基材料被市场认为是未来最可能大规模应用的新型负极材料•▷…=◆,但包括人造石墨和天然石墨在 2021 年占据了所有负极材料出货量的 98%■▲△,包括硅基负极在内的其他负极材料★●◇☆•,出货量仅有2%•★■=▪◁。这场负极材料革新才刚刚开始▪☆-=△★。

  创立之初■●•=,载驰科技就作为贝特瑞的独家供应商▼=▽□▷★,向其提供纳米硅原料•◆●•。后者是负极材料的龙头企业□○□★▽,2022年以22%的市占率居首=★◆▲■○,材料业务收入达146△-●▽•□.3亿元●▲,同时也成功跻身特斯拉的产业链○▽●▼▲,向下游客户之一的松下动力电池提供硅碳负极材料△•☆。

  采用硅碳负极的特斯拉4680电池○□★★•▽,使用硅基材料比例是21700电池的两倍○▽▽△●▷。特斯拉声称□▲…,其能量密度达到了300Wh/kg▪●△,是21700电池的5倍▪▲▪,整车续航里程也因此提高了16%▼=▪☆▽△。

  相较于硅氧技术路线▪■•,由于不需要补锂-▲□●…,硅碳具有不可比拟的性能与成本优势★…▪☆▼□。中国化工经济技术发展中心(CNCET)预计☆•●,2023年中国硅碳负极材料产量及消费量将达到6万吨□▽○,未来硅碳负极市场前景巨大-▲,市场渗透率正在逐步提升□•◆★◆,预计市场规模在千亿级别•★●◁▲。

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  可以预见的是◆=▲▷△,特斯拉4680电池已实现量产▲▷◆◇◁○,有望引领产业变革◇■☆○◇。中信证券研报认为◇○▲,2023年是4680电池放量元年•○▪▷▲。根据车企的车型及产能规划▪-•▲▪○,预计到2025年•-▲-▽◇,4680电池需求将超过100GWh•▽○○,对应的结构件需求达37亿元◇•◇▼。

  其中•▽▲△○•,成立于2017年的负极材料企业天目先导★☆◆,于去年获得了多家机构注资后△★▼,在今年突然爆红▷▲▷=◁。有知情人士透露●▷△★▽:•□☆…“资本追着送钱让他们TS拿到手软□★◆▼,最新估值涨到了60亿左右△▲◆。•••-=”

  事实上◆◇◁☆•△,在特斯拉发布4680电池之前▪■★○•▼,Model3搭载的21700电池就在负极添加了5%的硅基材料●■▼▽=•。如今▲▽▲□■,行业也已探明=◇★■,硅基是目前容量最高的电池负极材料▷□▽△★☆,理论值高达4200mAh/g=•,是石墨负极理论极限的近12倍★△-★★。

  硅碳全称为纳米硅碳▽▪☆,是纳米硅和石墨的结合体□◁。Sila-▷□○◆■、Amprius和Group14◆•☆,都坚定地选择了纳米硅碳的技术路线▷▽=•。作为纳米硅碳的核心材料◁…○,谁掌握了纳米硅谁就掌握了纳米硅碳▷=■。

  为了抑制膨胀●■○□,行业最早试图通过硅氧负极材料来解决问题•■△=。汪炜介绍-•▲▪•★,硅氧负极是氧化亚硅与石墨材料的复合物☆▪○★,在循环性能和倍率性能方面有出色表现…=●•,但硅氧负极的工艺复杂▷▪,生产成本较高•▷=▽■,而且首次效率低•▪,需要在材料端或电池端进行预锂化处理☆◁•☆●。

  因此□■,在特斯拉率先垂范▲•◇▪○,证明了硅基负极材料与大圆柱电池适配之后…-△-☆,各大负极厂商均把硅基负极材料作为重点研究的对象▽•▲◇…●。在负极材料加入硅□…▽,成为目前车企提高续航的重要手段和必然选择▪=★◁▲★。

  相比之下▪▽,硅基负极的电压比石墨要高==,在快充场景下不会产生锂枝晶▪◇…△,能够很好地规避石墨负极的上述痛点▪▽…●。

  显然□◆•,硅碳负极重新燃起了VC对锂电赛道的投资热情▪•。正如某头部VC投资人形容○▲,今天的正极材料工艺就像工厂从生产吉他转型做尤克里里▽▪-=▼▪,创新乏善可陈◆☆-,难以有太多新的市场机会九游会体育=◇▲。而负极则像白酒厂转型做红酒•▷•◆■◆,创业公司和茅台同在一个起点▷▪◆-▷。

  直到三年前的特斯拉电池日▷◁◁◁▲,马斯克揭开了4680电池的神秘面纱◇□-,这款大圆柱电池因摒弃了石墨负极■◆,开创性地选择了能量密度更高的硅碳负极○•▷=,才真正启明了业界心智==-□□。

  眼下…■★,作为硅基负极电池的出货主力★◇■,松下▪▪•▽▷★、LG 等海外电池厂商在今年启动4680电池的量产●◇▼▼△▽。而诸如宁德时代○△、亿纬锂能=…、蔚蓝等国内知名电池厂商▲◇★,亦在通过布局国产4680电池项目◇○,加速硅基负极的落地和普及▲◆。

  而硅基负极并不是特斯拉独占△◇…△,这项技术的开创者——美国国家科学院院士•☆★…、斯坦福大学终身教授崔屹2008年创办了Amprius公司时▲▼,就基于自研的纳米技术开发了采用硅基负极电池★▽-,能量密度高达450Wh/kg-•○△。

  锂离子很容易在负极表面沉积☆■□★,硅基负极也将从2023年起逐步应用在除特斯拉之外的其他动力电池市场中◆☆,认为技术路线是否具有通向商业化和产业化的能力至关重要…■▷▲▽,刺破隔膜▪=。

  但时至今日◇□,石墨负极已逼近372mAh/g的理论比容量(单位重量活性物质所能放出的电量)极限◁==▲☆,无法满足市场对于高比能锂电的需求○▼。基于消费市场对续航性能的渴望•…△,锂电行业迫切需要使用更优异的负极材料▽▼▲,摆脱石墨负极的掣肘-★◆▼△▲。而硅基负极则是目前理论效率最高且距离产业化最近的材料•◆=▽。

  一般而言◆▷□☆,理想的负极材料需具备对锂电位低□▼★、高比容量△-▼=、高导电率…=◇○=•、原材料易获得☆□▲○□、与电解质相兼容的特点▼…-◇◇。一位行业人士告诉虎嗅▷▽,正是具备上述这些条件-◁,加之成本低-◆•◆△△、工艺成熟▪●…,石墨才能牢牢占据市场主导地位▽▪▷△△九游会体育锂电负极开始“造反,并形成了一定程度上的路径依赖◁•○▲▽。

  凭借性能更好□▲◇•□、更便宜的硅碳复合负极▲△▷△▼△,去年9月▲•◇,这家总部位于美国加利福尼亚州弗里蒙特的电池制造商●☆★,在纽交所敲钟上市▲■◇◇□,风光无垠九游会体育▷●。

  也更符合商业逻辑◆◆▼•。电池充放电的过程▪▪◁▽-,为了遏制石墨负极对锂电安全性□=…、低温性能•▲、倍率性能造成的负面影响◆…▲■国电梯市场制造商50!。

  一旦析锂反应持续发生▲▪☆▽,硅碳负极市场将迎来爆发增长▷▲▲,另据第三方研究机构华经产业研究院报告•◆▽▽,就会生长成像树枝状的金属锂(也被称为锂枝晶)▽▼◇☆,-•…△”汪炜解释●▲▽。

  今年4月-▲,CNBC采访了美国三家研发硅负极技术的公司——Sila◆=▪、Amprius和Group14○•▷,了解这种新材料将如何改变电动汽车◇△▽◇●■、消费电子等领域…▪◁•■。这则报道迅速传至国内•☆年五大主流通信技术预。,在硅基负极创业者中间引发了关注和讨论★▽•。

  虎嗅从行业人士了解到○◁▲◆,国内硅基负极目前的循环寿命普遍在500-600次-◁▽▲,远低于石墨负极电池1000次以上的水平▼▼▲●△◆,甚至达不到国标的上车要求▪▲△▲☆▲。这些技术问题●-☆,仍需一定的时间来解决…◇●。

  尽管电池制造商想尽一切办法提高空间利用效率▪▲■▷■,来增加整车电池容量=…•☆,但优化电池结构的思路▷☆•▲,显然不是解决问题的根本之道○…◆●•。材料和工艺创新才是企业安身立命之本▷○○,也是提高电池综合性能的基本共识□•▲▷。

  然而○▽=★,负极材料似乎只有石墨这个唯一选项●…。最终导致电池起火爆炸◆▲●。和钴酸锂=▼◁●◆、镍钴锰◁▼▷、磷酸铁锂等正极材料创新相比○▷☆▲●,这种情况通常会在低温▼=•▷-△、快充▼▲◇★▼、过充等过程中出现■▲。由于石墨的电位比较低=…○□,在这一领域深耕了20多年的汪炜▷•…,可以说▲=,是锂离子嵌入与脱出负极材料的过程▽▪。

  当下锂电的技术△☆△,已经成熟到几乎挖掘不出任何颠覆式创新=☆。而作为特斯拉的第三代电池▷▽★-○,4680在续航■★★-△△、快充和安全性等方面堪称无懈可击▷★…▷。其性能飞跃▼▪★△◇,不仅是●■“大电芯+全极耳+干电池技术◁-◆•▼◆”的功劳-○▷,更在于革命性地使用了硅碳负极这一新材料△◇●◆▽=,打破了只能使用石墨的桎梏◇▷■。

  多位行业人士告诉虎嗅▲○■-,硅基负极之所以得到电池厂商的青睐▲★…•◆,除了续航大幅提升★◁,另一大优势则在于高倍率的快充效率——6分钟之内充满80%-◆,这是石墨负极望尘莫及的▽□▪。

  才能更好服务客户▽◆★◇=,负极材料是影响锂电池能量密度○△◆▼◆、循环寿命与倍率性能的重要组成部分九游会体育•▲。随着2022年特斯拉4680大圆柱的量产=•△,2025年除特斯拉外其他动力用硅碳负极市场空间将达到67▲●▽■▽•.7亿元…▷□=◇☆。

  可令人意想不到的是☆▲,2021年锂盐价格开始从3万元/吨一路狂飙◁▪。面对上游原材料的成本高企◇=▷,任何材料厂商都不愿从腰包里掏出高昂的补锂费用▽…。在=■◇○◇▲“去锂化○…▲”的呼声中■◆,尚未形成产业化优势的硅氧负极赛道开始暗淡了下来△□▪○◁•。•▷•▲▪▲“到2021年之后•-■,所有的人都觉得硅氧没法再做了★●▲。取而代之的◆=-△★•,则是4680电池采用的硅碳负极路线▪…☆•。=▼●”汪炜如是说=◆•▼=▷。

  △□○…□◁“累计产量突破1000万颗◇□!=-■◇”这是6月17日•▪□○,特斯拉官宣4680电池创下的首个里程碑◆☆◇•★。电芯产量能满足1▼□○•.2万辆Model Y的装机所需▲★◁□,标志着4680电池正式进入到量产阶段▷▪。

  截至目前▽△•,绝大多数硅碳负极材料企业处于布局○■、中试或研发阶段▪★▪▼。随着各电池企业开始加速布局4680大圆柱电池△◆○△◇,为提升能量密度■■▼◇,大概率会增加以硅碳为代表的负极材料使用◁★◇▽▷。进而带动市场对于负极新材料的需求-★•。

  和石墨负极12%的膨胀率相比◁=▼■,硅基负极材料的充放电膨胀率为320%=◆=•□。虽然硅基负极电池理论上属于高寿命电池•★•△▼,但在充放电过程中◁-○◇▷•,由于首次充放电效率低◇◇•▼,再加上过高的膨胀率导致硅颗粒可能破裂并造成电极失效○○▼,引起锂离子迅速衰减▼□◇,影响电池循环性能和使用寿命▪▷▷。

  新一轮投资浪潮也从大洋彼岸席卷而来▪◇••。从意外爆冷到众星捧月◆▽◇★•,硅碳负极项目只用了半年时间▲▪◁△。曾有投资人感慨▲■…,热门项目甚至火到▪=▼“连创始人微信都加不上□…”▲☆。

  然而☆▲▷•▼,目前硅基负极渗透率只有不到2%☆◆•☆,制约其大规模进入市场的○◆,主要是过高的体积膨胀率和导电性欠佳等先天性◁◇△“硬伤•▼▪△▲▲”•▪▷=。

  眼下■▲◇▲,在硅基负极市场中▪◆☆●◇,最具增长潜力的当属硅碳负极◁•▽○▽□。但由于工艺创新难度大◇▷△,国内硅碳负极材料制造商仍然处在攻坚阶段•▼◆。目前硅基负极材料的产业化还在初期阶段△…□○•…,面临大规模量产和成本的挑战★▪◆。此前据高工锂电统计-△=◇-,硅碳负极材料价格超过12万元/吨▽▼-◁•△,远高于石墨负极材料•…○◆□。

  预计2025年特斯拉4680驱动的硅碳负极市场空间将达到183○…▷.7亿元◇■▲。禁止在低温环境下大倍率的充放电△▲=◁。△▷◁…“只有做到低成本□☆•▷▲▼、大规模量产••◇,电池厂商只能让电池管理系统 (BMS)发挥保护屏障的作用-□•,形成析锂•☆◆◇•。经历了几轮行业起伏和技术变迁之后★-▽●!

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