硅碳负极列入新材料目录 国轩高科、翔丰华等厂商积极布局

  近日,工信部发布了重点新材料首批次应用示范指导目录(2018版)(以下简称《目录》),在新能源电池负极材料领域,除占据电池负极材料主流地位的石墨材料之外,硅碳负极材料亦被列入其中。同时,工信部对以上材料性能均在2017年的基础上大幅提升。

  目前,国内包括国轩高科、宁德时代等电池企业,以及杉杉、贝特瑞、翔丰华等负极企业,均在积极开展硅碳负极材料的研发和应用。市场预计到2020年,国内硅碳负极材料市场空间将达50亿元。

  材料比容量优势突出,电池企业积极应用

  硅基材料是目前已知比容量最高的锂离子电池负极材料。其理论比容量高达4200mAh/g,相当于石墨的10倍以上。随着新能源汽车市场的不断增长,以及政策对电池能量密度要求的不断提高,硅基负极的产业化趋势愈发明显。

  按照工信部提出的行业技术发展目标,到2020年,动力电池能量密度要达到300Wh/kg。业内普遍认为,采用石墨负极材料已难以达到这一目标,而目前已成功达到这一能量密度的三家电池企业——国轩高科、宁德时代、力神电池均采用的是硅碳负极方案。其中,国轩高科制备的高镍NCM811三元软包样品,已于近期通过科技部的中期检查,在能量密度达到302Wh/kg的基础上,循环寿命也实现了1500周的突破。

  国轩高科为配套这款高镍NCM811三元电池研发的硅碳复合负极材料,可逆克容量达到了803.3mAh/g,首次效率达到89.2%。根据国轩高科2017年发布的配股预案,国轩高科将建设年产5,000吨硅基负极材料的产能,全部用于公司动力锂电池生产需要。

  此外,比克电池、万向A123、微宏动力等动力电池企业也正在加快对硅碳负极体系的研发和试生产。数据显示,2018年国内硅碳复合材料用量达2000-3000吨,同比增长一倍左右。

  材料企业纷纷响应,硅碳研发生产提速

  为应对这一趋势,包括杉杉、贝特瑞、翔丰华、正拓能源、斯诺、星城石墨等在内的主流负极材料企业也都在积极响应,纷纷提速硅碳负极材料研发生产。

  从公开的进展来看,贝特瑞的碳硅负极材料已经打入特斯拉的供应链,为松下的动力电池电芯配套部分负极材料。另一家已经实现产业化应用的负极企业则是杉杉股份。杉杉股份的硅碳负极材料在2017年已经实现每月吨级的出货规模,主要客户为宁德时代。今年4月,杉杉股份在互动平台回复投资者提问时进一步透露,公司目前正计划扩张硅碳负极产线。被上市公司璞泰来收购的另一家负极企业江西紫宸,也在硅碳负极材料方面具备了小量试产能力。

  另外,近年启动上市计划的翔丰华,也在招股说明书中披露,公司已掌握高容量硅碳负极的制备技术,正在研发的新型高容量硅碳负极材料容量将达500mAh/g以上。据媒体报道,翔丰华还与清华大学深圳研究生院等7家单位合作开展“200Wh/kg动力电池系统研发与产业化”专项研究。在该专项中,翔丰华负责“动力电池长循环硅/碳复合负极材料的研发与产业化”子项目。通过该项目,翔丰华将开发出具有优异长循环稳定性的硅/碳复合负极材料产业化制备技术,优化材料制备工艺,并实现硅/碳负极材料的中试和产业化。

  应用即将爆发,2020年将达50亿元

  硅碳负极生产具有较高技术壁垒,除了膨胀问题之外,循环性、库仑效率、成本等方面均有待突破。此次发布的《目录》,也在2017年的基础上对硅碳负极材料的性能提出了更高的要求。其中,对硅碳负极材料循环寿命的要求从>300圈(80%,1C)提升到了>500圈(80%,1C);高比容量的循环寿命则从>100圈(80%,0.5C)提升到了>200圈(80%,0.5C)。

  主流负极厂家认为,硅碳电池是行业发展的必然趋势,随着技术瓶颈和下游终端客户接受度的提升,预计在2019年市场应用将迎来爆发。到2020年,国内硅碳负极材料市场空间将达50亿元。

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