前言：硅的理論比容量較高約4200mAh/g，是石墨克容量的10倍；硅碳作為負(fù)極材料有望大幅提升電池的能量密度，受到廣泛的關(guān)注。近年來，隨著高壓快充車型滲透率快速提升，推動硅碳負(fù)極材料行業(yè)需求上升。不過，硅碳負(fù)極材料能引起電池快速衰減，所以工藝上采用納米化和碳包覆的方式來改善其性能，而CVD氣相沉積硅碳路線即新型硅碳，可以有效改善其循環(huán)性能。因此，新型硅碳負(fù)極材料優(yōu)勢明顯，受到諸多資本青睞，未來前景可期。
1、硅碳材料理論克容量較高
負(fù)極材料最主流的是天然石墨和人造石墨兩大類，與天然石墨比較，人造石墨在循環(huán)、倍率、高溫等方面性能更優(yōu)。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2023年我國人造石墨負(fù)極材料仍占據(jù)市場主流地位，市場份額高達82.5%。硅基材料作為鋰電負(fù)極的新一代材料，市場份額占比較小僅為3.4%（以石墨和硅碳混摻后計算）。
數(shù)據(jù)來源：觀研天下整理
與傳統(tǒng)石墨不同，硅（Si）負(fù)極材料是通過合金化的方式與金屬鋰結(jié)合，實現(xiàn)脫嵌鋰反應(yīng)。硅的理論比容量較高約4200mAh/g，是石墨克容量的10倍；硅碳作為負(fù)極材料有望大幅提升電池的能量密度，受到廣泛的關(guān)注。
天然石墨、人造石墨與硅碳復(fù)合材料性能對比
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性能指標(biāo) |
天然石墨 |
人造石墨 |
硅碳復(fù)合材料 |
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比容量（mAh/g） |
340-370 |
310-360 |
4200 |
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首次效率（%） |
90% |
93% |
84% |
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循環(huán)壽命（次） |
>1000 |
>1500 |
300-500 |
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工作電壓 |
0.2V |
0.2V |
0.3-0.5V |
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快充性能 |
一般 |
一般 |
好 |
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倍率性能 |
差 |
一般 |
一般 |
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安全性 |
良好 |
良好 |
差 |
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優(yōu)點 |
技術(shù)及配套工藝成熟，成本低 |
技術(shù)及配套工藝成熟，循環(huán)性能好 |
理論比能量高 |
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缺點 |
比能量已到極限，循環(huán)性能及倍率性能較差，安全性較差 |
比能量低，倍率性能差 |
技術(shù)及配套技術(shù)不成熟，成本高，充放電體積變形，導(dǎo)電率低 |
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發(fā)展方向 |
低成本化，改善循環(huán) |
提高容量，低成本化，降低內(nèi)阻 |
低成本化，解決與其他材料的配套問題 |
資料來源：觀研天下整理
2、高壓快充車型滲透率快速提升，推動硅碳負(fù)極材料行業(yè)需求上升
根據(jù)觀研報告網(wǎng)發(fā)布的《中國硅碳負(fù)極材料行業(yè)發(fā)展趨勢研究與未來前景預(yù)測報告（2024-2031年）》顯示，快充時電流比較大容易產(chǎn)生極化，當(dāng)負(fù)極電位低于0V時，就容易發(fā)生析鋰現(xiàn)象；石墨負(fù)極整體電位較低，充電末期電位接近0V，在大倍率快充時，極易發(fā)生析鋰。根據(jù)硅負(fù)極的充放電曲線，其充放電平臺在0.3-0.5V左右，整體高于石墨負(fù)極材料。因此，在充電過程中鋰離子優(yōu)先嵌入硅，然后在石墨層間嵌入鋰，摻硅整體提高負(fù)極的平均電位，從而降低發(fā)生析鋰的概率，利于電池的快充。
目前，800V高壓快充基本覆蓋B級及以上車型，2022年800V高壓快充車型在B級及以上車型市場滲透率在5%左右，2023年多家車企推出800V高壓快充車型，如比亞迪、理想、小鵬、蔚來、吉利、智己、阿維塔、廣汽、合創(chuàng)、極星、北汽等，全年800V高壓快充車型在B級及以上車型市場滲透率有望達到15%。由此可見，高壓快充車型滲透率快速提升，推動硅碳負(fù)極材料行業(yè)需求上升。
部分已發(fā)布及待發(fā)布的支持800V高壓快充車型
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車企 |
車型 |
快充效率 |
上市時間 |
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比亞迪 |
海獅07EV |
/ |
2024年5月 |
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仰望U8 |
/ |
2023年9月 |
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漢EV |
/ |
2024年9月 |
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海豹 |
/ |
2024年8月 |
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理想 |
MEGA |
12min500km |
2024年3月 |
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小鵬 |
X9 |
10min300km |
2024年1月 |
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G6 |
10min300km |
2023年6月 |
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蔚來 |
子品牌阿爾卑斯NT3 |
/ |
/ |
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子品牌樂道L60 |
/ |
2024年5月 |
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奇瑞 |
智界S7 |
5min215km |
2023年11月 |
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星紀(jì)元ES |
/ |
2023年12月 |
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吉利 |
極氪007 |
/ |
2023年12月 |
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銀河E8 |
5min180km |
2024年1月 |
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智己 |
智己LS6 |
15min570km |
2023年10月 |
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智己L6 |
12min400km |
2024年5月 |
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小米 |
SU7 |
5min220km；15min510km |
2024年3月 |
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阿維塔 |
阿維塔12 |
/ |
2023年11月 |
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廣汽 |
昊鉑SSR |
/ |
2023年10月 |
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昊鉑HT |
15min425km |
2023年10月 |
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合創(chuàng) |
合創(chuàng)V09 |
1s1km |
2023年10月 |
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極星 |
Polestar5 |
5min160km |
/ |
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北汽 |
阿爾法T5 |
10min260km |
2023年12月 |
資料來源：觀研天下整理
3、新型硅碳負(fù)極材料優(yōu)勢明顯，未來前景可期
不過，硅碳負(fù)極材料在充放電發(fā)生合金化的過程中會發(fā)生劇烈的膨脹與收縮，同時負(fù)極表面劇烈的變化，易引起表面SEI膜的破裂，導(dǎo)致消耗大量活性鋰離子，引起電池快速衰減，所以工藝上采用納米化和碳包覆的方式來改善其性能。例如，CVD氣相沉積硅碳路線即新型硅碳，其核心是通過低成本生產(chǎn)的多孔碳骨架來儲硅，并通過多孔碳內(nèi)部的微孔來緩沖硅嵌鋰過程中的體積膨脹，從而改善其循環(huán)性能。
不同類型硅碳材料性能對比
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類別 |
傳統(tǒng)硅碳負(fù)極 |
預(yù)鋰化硅氧負(fù)極 |
新型硅碳 |
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制備工藝 |
球磨 |
熱處理 |
CVD |
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結(jié)構(gòu)特征 |
硅≥50nm；顆?？障毒彌_ |
硅≤5nm；硅酸鋰緩沖 |
硅≤10nm；多孔空隙緩沖 |
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克容量 |
容量低，≤650mAh/g |
容量較高，≤1450mAh/g |
容量高，≥1750mAh/g |
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首效 |
較高 |
低，需要預(yù)鋰化 |
高 |
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循環(huán)性能 |
循環(huán)性能差，≤500cls |
循環(huán)性能好，≥1000cls |
循環(huán)性能好，≥1200cls |
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缺點 |
粒徑較大，且容易引入雜質(zhì)，純度較低，且粒徑分布不能有效控制 |
氧化亞硅在充放電過程中會生產(chǎn)Li2O等非活性物質(zhì)，導(dǎo)致SiOx材料首次效率較低（約70%） |
規(guī)模化生產(chǎn)一致性難度較大 |
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優(yōu)勢 |
工藝簡單 |
循環(huán)穩(wěn)定性有較為明顯改善 |
膨脹率低，循環(huán)優(yōu)異。同時由于生產(chǎn)流程短，設(shè)備少，理論成本低 |
資料來源：觀研天下整理
4、資本紛紛涌入，新型硅碳企業(yè)百花齊放
與此同時，多個資本紛紛涌入，為硅碳負(fù)極企業(yè)提供充足的資金支持，加速新型硅碳技術(shù)研發(fā)和市場拓展的步伐。以碳什科技為例，從2022年7月成立起，企業(yè)在8個月便完成天使輪和天使+輪融資，僅天使輪融資金額便達到數(shù)千萬元。
我國硅碳負(fù)極供應(yīng)商融資情況
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企業(yè)名稱 |
融資日期 |
融資進度 |
投資方 |
融資額度 |
資金用途 |
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蘭溪致德 |
2024-07 |
D輪 |
尚頎資本 |
/ |
高能量密度鋰電池復(fù)合材料領(lǐng)域的研發(fā)、生產(chǎn)及銷售 |
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碳佳科技 |
2023-03 |
Pre-A輪 |
IDG資本獨家投資 |
數(shù)千萬元 |
加速布局中試產(chǎn)線，推進產(chǎn)品量產(chǎn)與商業(yè)化 |
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格龍新材料 |
2023-05 |
A+輪 |
星航資本（領(lǐng)投），毅園資本，五源資本、百度風(fēng)投等跟投 |
數(shù)千萬美元 |
公司加速硅基負(fù)極等產(chǎn)品的量產(chǎn)交付 |
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碳什科技 |
2023-04 |
天使輪 |
由險峰長青領(lǐng)投，同創(chuàng)偉業(yè)、順為資本跟投 |
數(shù)千萬元 |
建立蘇州母公司及研究院 |
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2023-07 |
天使+輪 |
同創(chuàng)偉業(yè)領(lǐng)投，險峰長青、順為資本、華方資本跟投 |
數(shù)千萬元 |
兩個生產(chǎn)基地的設(shè)備采購以及補充運營資金 |
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江門和創(chuàng) |
2023-08 |
天使輪 |
千乘資本領(lǐng)投，源來資本跟投 |
數(shù)千萬元 |
產(chǎn)品迭代、實驗條件擴充、現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備的量產(chǎn)放大等 |
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物科金硅 |
2023-08 |
A+輪 |
吉利共創(chuàng)和清流資本領(lǐng)投，同創(chuàng)偉業(yè)作為老股東持續(xù)追加投資 |
數(shù)千萬元 |
二期產(chǎn)線建設(shè)，適當(dāng)擴大硅基負(fù)極產(chǎn)能，完善技術(shù)迭代，實現(xiàn)最新型硅碳定型及噸級量產(chǎn)。 |
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索理德 |
2024-1 |
A輪 |
控股東海和中信建投追投，江峽綠色基金和興湘科技成果轉(zhuǎn)化基金跟投 |
數(shù)億元 |
高性能鋰電新材料的研發(fā)、產(chǎn)線建設(shè)、補充流動資金等 |
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格源 |
2024-01 |
天使輪 |
襄禾資本、武岳峰科創(chuàng)聯(lián)合領(lǐng)投，麟閣創(chuàng)投跟投 |
過億元 |
/ |
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2024-09 |
Pre-A輪 |
麟閣創(chuàng)投持續(xù)投資、天堂硅谷跟投 |
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蘇州紐姆特 |
2024-03 |
A輪 |
千乘資本領(lǐng)投 |
千萬元級 |
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資料來源：觀研天下整理（WYD）
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