硅宝科技(300019)在硅碳负极领域取得重大突破,已完成从技术研发到规模化销售的关键跨越,这标志着公司在高端新能源材料领域实现了从跟随者到引领者的转变。2024年,公司累计实现百吨级销售,其中新型硅碳产品取得吨级突破。随着3000吨/年产能建设推进,硅宝科技正重点扩产预镁硅氧和新型硅碳产品,加速硅碳负极在高端电池市场的商业化进程。这一突破不仅将为硅宝科技带来新的业绩增长点,也将助力中国在硅基负极材料领域的技术进步,推动锂电池能量密度提升和新能源产业高质量发展。
01 硅碳负极技术突破历程与核心优势
硅宝科技硅碳负极业务的研发历程可追溯至2016年。当年,公司即成立研发团队,启动硅碳负极材料研究。2017年,硅宝科技牵头承担了成都市产业集群项目"高安全、高比能动力锂离子电池关键材料",联合四川大学、电子科技大学等多家高校和企业共同开发高镍正极材料、硅碳负极材料、阻燃电解液(质)、高性能导热材料等多种产品。在该项目执行期间,公司共申请发明专利14项,发表学术论文11篇,制定标准4项,为后续技术突破奠定了坚实基础。
2019年是硅碳负极业务的关键转折点,公司建成50吨/年中试生产线,产品通过电池企业评测,获小批量采购。同时,该项目通过了四川省经济和信息化厅组织的成果鉴定,被认定为"国际先进水平"。这一里程碑事件表明硅宝科技已掌握硅碳负极材料的核心技术。2021年,公司进一步加码布局,设立全资子公司硅宝(眉山)新能源材料有限公司,计划总投资5.6亿元建设1万吨/年锂电池用硅碳负极材料、4万吨/年专用黏合剂生产基地及锂电材料研发中心,为硅碳负极材料产业化规模生产做好准备。同年8月,硅宝科技与宁德时代签署《合作框架协议》,双方共同开发包括但不限于用于电池及其包件导热、密封、减震、绝缘等防护密封类材料,以及其他提升电池性能的新材料。
硅宝科技在硅碳负极材料领域的核心技术突破主要体现在三个方面:首先,通过硅烷偶联剂在氧化亚硅表面形成网状结构保护层,抑制硅材料在充放电过程中的破裂和体积膨胀效应;其次,与碳纳米管复合形成三维结构,提升材料的导电性和循环性能;最后,2024年4月申请的"低膨胀硅碳负极材料及其制备方法、负极片和扣电电池"专利(公开号CN202410409696.7)中,公司创新性地引入微量碳化硅,在硅碳负极材料中形成独特的结构设计,使极片在480mAh/g容量下的膨胀率明显降低,同时兼顾了容量和首效。
02 产品线布局与电池体系适配性
硅宝科技硅碳负极产品线布局全面且层次分明,覆盖了从成熟产品到高端系列的完整产品矩阵。当前产品线全面覆盖砂磨硅碳、普通硅氧等成熟产品及预镁硅氧、新型硅碳等高端系列,能够适配液态、半固态和固态电池体系,满足不同应用场景的需求。
在技术路线方面,硅宝科技拥有硅烷裂解法、砂磨法和高温气相法等多种生产工艺,可根据客户需求灵活调整。其中,高温气相法生产的新型硅碳产品在2024年实现吨级突破,成为公司硅碳负极业务的重要增长点。高温气相法通过在硅碳负极材料中引入微量碳化硅,形成特殊的材料结构,有效解决了硅材料在充放电过程中体积膨胀率高达300%的难题,同时保持了高比容量(可达2000mAh/g以上)和良好的循环性能。
从应用领域来看,硅宝科技硅碳负极材料已成功应用于工具电池和3C电池领域,并通过了多家相关客户的测评认证。随着技术进步和产能扩张,硅宝科技正积极拓展动力电池市场,尤其是半固态和固态电池领域。公司新型硅碳产品在高能量密度电池体系中表现优异,可将锂电池质量能量密度提升8%以上,同时每千瓦时电池的成本可下降至少3%。
硅碳负极材料与传统石墨负极相比,理论容量高达4200mAh/g,是石墨负极的10倍左右。这使得采用硅基负极的锂电池具有更高的能量密度,能够显著提升电动汽车的续航能力。硅宝科技通过独特的材料结构设计和表面处理工艺,有效解决了硅碳负极材料循环寿命短(传统硅基负极仅300-500次)的问题,使产品性能达到国际先进水平。据公司透露,硅碳负极材料首圈库伦效率(ICE)高达95%,循环性能优异,能够满足高端电池市场的需求。
03 产能建设进展与未来扩产计划
硅宝科技硅碳负极产能建设进展迅速,已形成从试验线到中试线再到规模化生产的完整产业链布局。2023年,公司建成并投产了1000吨/年动力电池用硅碳负极材料中试生产线,为后续产能扩张积累了宝贵经验。2024年,公司硅碳负极业务实现重大突破,完成从技术研发到规模化销售的关键跨越,中试线稳定运行,累计实现百吨级销售,其中新型硅碳产品取得吨级突破。
在产能建设方面,硅宝科技眉山基地的5万吨/年锂电池用硅碳负极材料及专用粘合剂项目是公司硅碳负极业务的核心布局。该项目总投资5.6亿元,分为两期建设:一期包括3000吨/年硅碳负极材料、5000吨/年聚氨酯密封胶、1万吨/年有机硅密封胶生产线;二期计划在一期项目完成后12个月内启动建设。目前,该项目已完成全部基础设施建设,正在进行厂房内部平整和水电气进场阶段,预计设备将于2024年第四季度进场,2025年一季度逐步投产。
硅宝科技硅碳负极产能建设面临的主要挑战是技术路线转换带来的产能爬坡问题。2024年4月,公司计划建设3000吨/年硅碳负极产线,但原计划2024年投产的3000吨产线推迟至2025年一季度投产,主要原因是设备安装调试周期长于预期。公司董秘李媛媛表示,“1000吨/年动力电池用硅碳负极生产线及研发基地项目由硅宝新能源通过租赁公司全资子公司眉山拓利现有厂区、改造配套公用工程、购置所需设备建设完成,建设相对周期较短”,而5万吨项目占地160亩,建设过程包含基础设施建设及设备安装,因此周期更长。
硅宝科技硅碳负极产能规划清晰,未来有望形成规模效应。公司计划到2025年,硅碳负极出货量力争达到千吨级,以支持其"百亿目标"的战略规划。随着5万吨/年项目逐步投产,硅宝科技硅碳负极材料产能将从当前的1000吨/年快速提升至万吨级别,成为公司在新能源材料领域的重要增长引擎。
04 高端电池市场商业化前景与挑战
硅碳负极在高端电池市场的商业化前景广阔,尤其是随着半固态和固态电池技术的快速发展。根据行业预测,2025年硅碳负极有望在负极材料中的渗透率达到20-30%,需求量或达20万吨/年,市场空间超200亿元。固态电池作为"动力电池圣杯",其市场规模预计从2025年的29亿元激增至2030年的200亿元以上,年复合增长率超过50%。
硅宝科技硅碳负极产品已获得多家头部电池企业的认可。公司硅碳负极材料产品已向19家动力电池厂及圆柱电池客户、7家3C电池厂客户送样测评,实现订单突破,得到客户好评,目前正在根据客户需求进行批量供货。在密封胶领域,公司已与宁德时代、比亚迪等企业建立了稳定的合作关系,产品应用于其电池包件导热、密封、减震、绝缘等环节,这为硅碳负极材料的商业化提供了良好的客户基础。
在技术竞争方面,硅宝科技采用的高温气相法与贝特瑞等头部企业的CVD法相比具有一定的成本优势,同时性能接近国际先进水平。高温气相法生产的硅碳负极材料比容量可达2000mAh/g以上,膨胀率显著降低,循环性能优异,能够满足高端电池市场的需求。据公司介绍,"随着新增产能建设的推进,硅宝科技正重点发力预镁硅氧和新型硅碳产品,深化与战略客户从研发到量产的全程合作,加速硅碳负极材料在高端电池市场的商业化进程"。
然而,硅宝科技硅碳负极业务的商业化仍面临诸多挑战。首先,硅碳负极材料生产成本较高,高端纳米硅的制备和设备投入是主要成本压力。其次,固态电池产业化进程尚未完全成熟,电解质技术路线(硫化物、氧化物、聚合物)的选择可能影响硅碳负极材料的需求结构。第三,硅碳负极材料产业化过程中面临的技术瓶颈(如体积膨胀、循环寿命、首次库伦效率等)需要持续的技术创新和工艺优化。最后,硅碳负极材料的产业链配套(如电解液、粘结剂等)尚未完全成熟,需要与上下游企业协同推进。
05 行业背景与未来发展方向
硅基负极材料作为下一代锂电池的理想负极材料,其产业化发展正处于关键阶段。硅基负极的理论容量是石墨负极的10倍以上,被认为是突破锂电池能量密度瓶颈的关键性材料。随着新能源汽车、储能系统和消费电子等领域的快速发展,对高能量密度电池的需求日益增长,硅基负极材料的应用前景广阔。
从行业发展趋势看,硅碳负极和硅氧负极是目前可产业化的硅基负极技术主要路线。硅氧负极主要分为硅氧、预镁硅氧、预锂硅氧三种技术路线;硅碳负极主要分为球磨法和高温气相法两种技术路线。硅氧负极循环性能和倍率性能相对较好,但首次效率偏低(多不到80%),且预锂单体价格高达55万元/吨,成本较高;硅碳负极克容量和首效较高,但循环次数和膨胀率等性能相对较差,但随着CVD法等先进工艺的发展,硅碳负极在降本后有望凭借出色的性能成为未来硅基负极的重要发展方向。
硅宝科技硅碳负极业务的战略定位明确,将作为公司“第三个十年产值突破百亿”目标的重要支撑。公司董事长王有治表示,“随着3000吨/年锂电池用硅碳负极生产线建设推进,公司正重点发力预镁硅氧和新型硅碳产品,加速硅碳负极材料在高端电池市场的商业化进程”。同时,公司将继续深耕有机硅密封胶行业,形成"胶粘剂+硅负极"的双主业发展模式。
从产业链角度看,硅碳负极材料的产业化将带动上游原材料(纳米硅、硅烷气等)和配套材料(多孔碳、电解液等)的发展。硅宝科技通过投资并购(如江苏嘉好热熔胶)和建设专用粘合剂生产基地,已初步构建了硅碳负极材料产业链的协同效应。公司5万吨/年项目中包含4万吨专用粘合剂生产基地,为硅碳负极材料的生产提供了配套支持。
06 结论与展望
硅宝科技硅碳负极业务的重大突破标志着公司在高端新能源材料领域取得了实质性进展。从2016年启动研发到2024年实现规模化销售,硅宝科技用不到十年时间完成了硅碳负极材料从实验室到产业化的关键跨越,这不仅反映了公司在技术研发和产业转化方面的实力,也体现了中国新能源材料行业的快速发展。
未来,硅宝科技硅碳负极业务的发展前景广阔。随着5万吨/年项目的逐步投产,公司硅碳负极材料产能将大幅提升,有望从当前的百吨级销售快速扩展至千吨级甚至万吨级规模。在技术路线方面,公司通过高温气相法生产的新型硅碳产品有望成为其在高端电池市场的核心竞争力,尤其是在半固态和固态电池领域。
然而,硅宝科技硅碳负极业务的商业化进程仍面临诸多挑战。首先是产能爬坡问题,3000吨/年产线原计划2024年投产,但推迟至2025年一季度,需关注实际产能释放速度;其次是客户订单转化效率,已通过测评的订单是否能够快速转化为稳定批量供货;最后是行业竞争格局,随着贝特瑞、杉杉股份等头部企业加速布局硅基负极,硅宝科技需在技术、成本和客户服务等方面持续创新,以保持竞争优势。