时间:2025-05-30 来源:高工锂电
硅碳负极赛道的竞速,正悄然转换节奏。
2025年CIBF上传递出的明确信号是,行业已告别单纯追求比容量等性能指标的“上半场”,正式进入考验大规模量产稳定性与一致性的“下半场”。
性能突破之后,谁能稳定、可靠地把产品造出来,成了新的决胜点。
产业共识:性能达标,工艺精进
CIBF展会期间,业界展示了硅基负极的多项共同进展。
首先在核心指标上,硅碳负极比容量普遍超过2000mAh/g,达到了硅理论比容量(4200mAh/g)的近一半。
研究指出,当硅碳材料比容量达到2200mAh/g以上时,便可能支持能量密度超过400Wh/kg的电池体系。
其次,掺硅比例稳步提高,消费电子(手机)领域今年的目标是15%,对应300Wh/kg的能量密度。
有硅碳企业已能实现最高20%的掺硅比例,部分大容量电池试验的掺硅比例接近50%。同时,极片膨胀率已可控制在22%以下。
生产能力方面,多家企业已引入百公斤级流化床设备进行验证,为年产百吨、千吨级产线的投放做准备,200公斤级设备也进入试验阶段。
供应链整合趋势明显,部分企业通过绑定上游硅烷气产能,实现就近配套,以推动量产进程。
产业的积极进展推动了资本投入和产能扩张。据高工锂电不完全统计,今年1至5月,硅基负极领域的规划扩产规模接近40万吨(含两个多孔碳项目),涉及投资金额超过350亿元人民币。
支撑这一轮扩张的是明确的应用端需求。
消费电子依然是当前硅碳技术应用的主要领域。荣耀最新发布的“青海湖电池3.0”采用硅含量超10%的技术,实现8000mAh容量和821Wh/L的能量密度。市场传闻苹果iPhone 17 Air系列可能采用硅碳负极,进一步提振了市场预期。
此外,高端动力大圆柱电池和航空动力电池(如eVTOL)被视为硅碳负极未来的重要增长驱动力。
面向动力领域的大规模应用,硅碳负极的整体迭代方向包括:需提高掺硅比例,同时通过包覆等技术降低内阻、提升快充性能,并有效控制高掺硅下的膨胀。
动力领域硅碳负极,目前已有技术方案可实现超过250Wh/kg比容量和6C快充的兼顾。
航空动力电池方面,基于硅碳已可实现1000圈循环寿命、同时通过200摄氏度热箱穿刺测试,并支持12C大倍率持续放电,为百公斤级载重飞行提供支持。
基于以上进展与扩产规划,硅碳负极(气相法)的降本目标也日益清晰,产业界正锚定以10万元/吨作为目标价位。
分歧与挑战:路线之争,量产之困
共识之下,硅碳产业内部在技术路线选择和量产实践中也仍存在分歧与挑战。
其一,受到上市企业入局竞逐的影响,碳骨架正成为硅碳负极产品差异化的一个关键点。
整体技术路线中,无论是生物质基还是树脂基,多数企业采用基于碳化活化的方式制备多孔碳。
而近期介孔碳则作为一条新路线被提出,并受到上海洗霸、宁德新能源等押注。其采用化学自组装的“自下而上”合成方法,可支撑多孔碳尺寸均一,整体可控性强。基于此,‘有序硅碳’概念被提出得以实现,通过分散应力达到高循环稳定性。
此外,介孔碳的潜在应用领域还包括导电浆料,对标碳纳米管。有企业表示,介孔碳改性后作为导电浆料,与碳纳米管相比,扩散系数有非常明显的提升,尤其适用于提升正极磷酸铁锂的倍率性能。
其二,固态电池及新场景电池对硅碳的应用提出了更高要求。纯硅、纳米硅路线正受到关注,D50粒径5-35nm的纳米硅已运用于固态电池。
有公司指出。在纳米硅基础上采用多种碳源建立骨架结构,可规避多孔碳低压实的缺点。
研究表明,将硅颗粒尺寸控制在5纳米以下能更有效降低膨胀破坏,但实现这一目标尚有距离,届时或可不借助碳骨架。
同时,硅氧路线并未消亡。有公司表示,其硅氧产品动力学特性更优,在低SOC状态下能承受大倍率瞬间放电,在eVTOL动力电池上相较气相法硅碳有优势,已得到下游客户认可。
硅合金路线也被头部动力电池企业采用,在其量产的高比能半固态电池中,硅基负极比容量高达2700mAh/g。
在固态电池体系中引入硅合金,主要是为了在高比容量下同时抑制硅膨胀以及硅颗粒与固态电解质间的界面反应。
其三是量产稳定性的考验。
多孔碳制备环节的转化率是量产与成本的一大考验。尽管已具备百公斤级规模制备条件,但其转化效率并不明晰。
气相法硅碳的生产流程极为冗长。据介绍,从高分子树脂或椰壳开始,需经碳化、纯化、活化、钝化、破碎分级,再进行CVD沉积硅,之后还要进行一次甚至二次碳包覆,最后再做人工界面。
有企业提出,如此多的监测点和变量,如何保证产品一致性,是其量产的核心考验。
除了材料自制,硅碳负极在极片制备环节也面临稳定性挑战。硅碳材料进入匀浆环节,特别是许多客户尚未经历的大规模双行星或双螺杆匀浆考验中,其表面包碳膜和内部空心结构易在强剪切力和高温下破损,引发产气。
为此,高工锂电获悉,已有消费电子头部客户开始验证干法电极工艺制备硅碳负极极片。基于粘结剂纤维化,能够为控制硅碳负极极片膨胀提供助力。
然而,目前硅碳专用粘结剂企业数量不多,关键辅材的研发、产业进展尚不明显。
总的来看,CIBF 2025所呈现的图景是:硅碳负极整体正从性能突破迈向量产稳定性的关键阶段。
技术性能的提升已为产业奠定了基础,但未来的竞争关键在于如何解决量产过程中的转化率、一致性和工艺稳定性的挑战。这也将是决定企业能否在“下半场”胜出的核心。