電力設(shè)備與新能源行業(yè)專題研究：硅基負(fù)極材料應(yīng)用有望加速

極材料應(yīng)用有望加速硅基負(fù)極材料應(yīng)用有望迎來加速硅基負(fù)極材料應(yīng)用有望迎來加速力電池對高能量密度的需求越來越高。近年來電池能量密度的提升主要靠電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，但在當(dāng)前電池生產(chǎn)工藝下，通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新難以進(jìn)一步提升能量密度。材料體系的升級未來仍有較大空間。正極比容量不斷提升對負(fù)極比容量提出了更高的要求，硅基負(fù)極相比石墨負(fù)極具?硅碳負(fù)極和硅氧負(fù)極是硅基負(fù)極的主要技術(shù)路線。體積膨脹率高和導(dǎo)電率差的本征缺陷限制了硅基負(fù)極的商業(yè)化應(yīng)用，為此需要從抑制體硅碳負(fù)極和硅氧負(fù)極結(jié)合了碳材料的高導(dǎo)電率、穩(wěn)定性及硅材料的高?動(dòng)力接棒消費(fèi)，硅基負(fù)極未來市場空間巨大。硅基負(fù)極最早應(yīng)用于電池的需求爆發(fā)將逐漸打開硅基負(fù)極的市場空間。我們預(yù)計(jì)硅基負(fù)極材?4680大圓柱和快充技術(shù)有望加速硅基負(fù)極的應(yīng)用。4680大圓柱電池時(shí)捷等車企對大圓柱電池的市場需求增長，將有效幫助硅基負(fù)極的普充放電下石墨負(fù)極容易析鋰，影響電池安全，摻硅的石墨負(fù)極可以有龍頭杉杉股份和貝特瑞在硅基負(fù)極布局較早，產(chǎn)品最為成熟，且已實(shí)也較大。杉杉股份已經(jīng)完成第二代硅氧產(chǎn)品的量產(chǎn)，率先實(shí)現(xiàn)在消費(fèi)和電動(dòng)工具領(lǐng)域的規(guī)模化應(yīng)用，動(dòng)力領(lǐng)域已通過了全球優(yōu)質(zhì)動(dòng)力客戶證券研究報(bào)告證券研究報(bào)告行業(yè)專題研究級武浩電力設(shè)備與新能源行業(yè)首席分析師有限公司DASECURITIESCOLTD請閱讀最后一頁免責(zé)聲明及信息披露2能“使用三元材料能量型單體電池能量密度≥210Wh/kg，電池組能量密度≥150Wh/kg；其他能量型單。創(chuàng)新，材料體系的升級未來仍有較大空間。電池結(jié)構(gòu)CTP高效CTP代麒麟電hkg要求。以往的正極是限制電池能量密度提升的主要元材料(約210mAh/g)，正極比容量不斷提升。正極比容量的提升對負(fù)極比容量提出了更高的要請閱讀最后一頁免責(zé)聲明及信息披露3Si位(0.4V)，以及極高的儲(chǔ)量(地殼中儲(chǔ)量排第二)使得硅基材料被視為理想的下一代負(fù)極材料。，提高整車的操縱性和底盤強(qiáng)度。類型天然石墨負(fù)極材料人造石墨負(fù)極材料硅基負(fù)極材料理論容量340-370mAh/g310-360mAh/g400-4000mAh/g(目前可達(dá)到水平)首次效率>93%>93%>77%循環(huán)壽命一般較好較差安全性較好較好一般倍率性一般一般較好成本較低較低較高優(yōu)點(diǎn)能量密度高、加工性能好膨脹低，循環(huán)性能好能量密度高缺點(diǎn)電解液相容性較差、膨脹較大能量密度低、加工性能差膨脹大、首次效率低、循環(huán)性能差心征請閱讀最后一頁免責(zé)聲明及信息披露4Si極膨脹；復(fù)合緩解應(yīng)力的緩沖基質(zhì)；預(yù)鋰化改性；控制其中，硅碳負(fù)極(Si/C)和硅氧負(fù)極(SiO/C)結(jié)合了碳材料的高電導(dǎo)率、穩(wěn)定性及硅材料的高容，且首次充放電效率較低，主要種類優(yōu)勢劣勢硅硅氧負(fù)極A、可逆容量高，達(dá)1700-1800mAh/g，接近理論容B、循環(huán)性能和倍率性能相對于其他硅基負(fù)極材料好A、首次庫倫效率低(71.4%)，無法單獨(dú)使用，需要預(yù)鋰化處理B、SiO工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本非常高硅碳負(fù)極A、克容量高B、首次充放電效率高C、工藝相對于其他硅基負(fù)極材料較為成熟A、大批量生產(chǎn)電化學(xué)性能優(yōu)異的產(chǎn)品難度較高B、循環(huán)性能和庫倫效率有待提高C、電極膨脹率較高硅硅基合金負(fù)極體積能量密度高A、工藝難度大、成本高B、首次充放電效率低C、循環(huán)性能較差資料來源：凱金能源公告，信達(dá)證券研發(fā)中心請閱讀最后一頁免責(zé)聲明及信息披露5定萬(萬噸)000000000201520162017201820192020硅基負(fù)極人造石墨天然石墨其他負(fù)極合計(jì)資料來源：GGII，信達(dá)證券研發(fā)中心圖6：全球硅基負(fù)極需求預(yù)測(萬噸)10090%9080%8070%7060%6050%503030%2020%1010%00%2021E2022E2023E2024E2025E2026E2027E2028E2029E2030E硅基負(fù)極市場需求(萬噸)硅基負(fù)極比率資料來源：信達(dá)證券研發(fā)中心表3：全球硅基負(fù)極需求測算2022021E2022E2023E2024E2025E2026E2027E2028E2029E2030E全球動(dòng)力電池(Gwh)三元占比全球三元裝機(jī)(Gwh)高鎳三元占比高鎳三元電池需求(Gwh)負(fù)極材料需求量(萬噸)硅基負(fù)極比率30560.0%8340%73715%50856.4%28747%3523%69856.4%39356%2202231%91756.4%51765%3363439%117856.3%66374%4914947%141156.3%79581%6446456%167356.0%93888%8258365%191155.3%105790%9529574%215055.0%118390%10650778%237354.8%130090%11701780%硅基負(fù)極市場需求(萬噸)3.16.853.670.483.193.6同比增速83%183%120%92%6%56%49%31%資料來源：信達(dá)證券研發(fā)中心硅基負(fù)極應(yīng)用領(lǐng)域加速開拓。消費(fèi)領(lǐng)域在2013年已有硅基負(fù)極的應(yīng)用實(shí)例，此后小米率請閱讀最后一頁免責(zé)聲明及信息披露6應(yīng)用領(lǐng)域公司名稱應(yīng)用情況消消費(fèi)領(lǐng)域空客Airbus2013Zephyr太陽能飛機(jī)搭載了Amprius開發(fā)的硅基負(fù)極硅納米線負(fù)極飛飛毛腿2017年與Amprius合作開發(fā)“超原電”系列硅負(fù)極大容量iPhone內(nèi)置電池小米2019.09，小米概念機(jī)MIXAlpha采用硅碳負(fù)極材料小米小米2021.03，小米11Ultra通過摻硅補(bǔ)鋰方式搭載第二代硅氧負(fù)極材料華為2021.02，公開“硅碳復(fù)合材料及其制備方法和鋰離子電池”發(fā)明專利動(dòng)力領(lǐng)域特斯拉2015年，ModelS采用松下供應(yīng)的含硅負(fù)極圓柱電池特斯拉2020年，電池日宣布未來負(fù)極材料技術(shù)將圍繞硅基負(fù)極研發(fā)，使用高彈性材料抑制硅膨脹，在硅表面用覆膜材料，實(shí)現(xiàn)續(xù)航提升和成本下降智己汽車智己LS7采用摻硅補(bǔ)鋰技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)單體300Wh/kg能量密度，最大續(xù)航里程可能會(huì)接近1000蔚來蔚來首款中大型純電動(dòng)轎車ET7將搭載使用“無機(jī)預(yù)鋰化硅碳負(fù)極”的150kWh固態(tài)電池，續(xù)航里程有望突破1000公里。廣汽廣汽埃安AIONLXPlus配備了埃安的“海綿硅負(fù)極片電池”，電池電芯能量密度能夠達(dá)到280Wh/kg，NEDC續(xù)航里程達(dá)1008km。戴姆勒2025年，奔馳將在G-Class車型中采用新一代高能量密度硅基負(fù)極電池，能量密度比目前石墨負(fù)極電池高20%-40%。該電池由寧德時(shí)代提供，負(fù)極材料來自美國加州初創(chuàng)公司SilaNano。國軒高科今年年初，國軒高科首次推出采用“高克容量硅負(fù)極材料和先進(jìn)的預(yù)鋰化技術(shù)”的磷酸鐵鋰電池新品，能量密度達(dá)210Wh／kg。資料來源：信達(dá)證券研發(fā)中心整理4680有望推動(dòng)硅基負(fù)極的發(fā)展成熟度和自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)，同時(shí)圓柱電池因?yàn)槭芰Ω泳鶆蚍稚?，入殼比能達(dá)到98%請閱讀最后一頁免責(zé)聲明及信息披露7資料來源：特斯拉電池日材料，信達(dá)證券研發(fā)中心資料來源：特斯拉電池日材料，信達(dá)證券研發(fā)中心資料來源：億緯動(dòng)力公眾號，信達(dá)證券研發(fā)中心資料來源：億緯動(dòng)力公眾號，信達(dá)證券研發(fā)中心企業(yè)進(jìn)展特斯拉1)2022年1月19日，特斯拉宣布已經(jīng)生產(chǎn)了100萬顆4680電池。2)首批搭載4680電池的ModelY車型預(yù)計(jì)將于2022年開始交付。3)特斯拉計(jì)劃4680電池的年產(chǎn)量將在2022年達(dá)到100GWh。億緯鋰億緯鋰能1)2021年4月份，公司大圓柱電池亮相；2)2021年11月，公司與荊門高新區(qū)管委會(huì)簽訂《合同書》，涉及建設(shè)20GWh乘用車用大圓柱電池生產(chǎn)線。松下2022年2月，松下宣布將在2023財(cái)年開始為特斯拉量產(chǎn)4680電池。日經(jīng)新聞報(bào)道稱，松下計(jì)劃向日本和歌山工廠投資800億日元(約合7億美元)，預(yù)計(jì)年產(chǎn)能為10GWh，約占松下產(chǎn)能的20%，足夠?yàn)榧s15萬輛電動(dòng)汽車供能。DI三星SDI將計(jì)劃23年于馬來西亞投資量產(chǎn)4680線，量產(chǎn)的目標(biāo)產(chǎn)能約為8-12GWh。LG22年6月，LG新能源宣布將投資5800億韓元用于設(shè)立4680電池產(chǎn)線，年產(chǎn)能9GWh，該產(chǎn)線預(yù)計(jì)將于2023年下半年投產(chǎn)資料來源：信達(dá)證券研發(fā)中心整理3)快充時(shí)代來臨，促進(jìn)硅基負(fù)極應(yīng)用請閱讀最后一頁免責(zé)聲明及信息披露8品牌車型量產(chǎn)發(fā)布時(shí)間充電電壓續(xù)駛里程/KM快充倍率/C哪吒2022750V8002.4現(xiàn)代起亞IQNIQIQNIQ52021800V5502.3特斯拉V3超級快充樁480V2.0保時(shí)捷TaycanTaycan2019800V407/412/414/4502.0奧迪e-tronGTquarttoRSe-tronGT20212021800V800V48747222奔奔馳EQEQSEEQA20212021400V400V770486比亞迪漢-EV2020570V506/550/605紅旗EE-HS92020460/510北汽ARCFOXαT340V400大眾IDID.6X2021408V588沃爾沃XC40RECHARGE2020400V420通用通用雪雪佛蘭-暢巡別克別克-微藍(lán)620202021350V410410資料來源：各品牌官網(wǎng)，信達(dá)證券研發(fā)中心注：快充倍率為根據(jù)公開信息計(jì)算，可能與實(shí)際情況有所出入n請閱讀最后一頁免責(zé)聲明及信息披露9資料來源：寧德時(shí)代公眾號，信達(dá)證券研發(fā)中心資料來源：寧德時(shí)代公眾號，信達(dá)證券研發(fā)中心垂直于極片生長，4)負(fù)極產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)紛紛布局硅基材料公司擴(kuò)產(chǎn)情況投資強(qiáng)度杉杉股份目前公司有硅基負(fù)極產(chǎn)能1000噸/年，22年投資建設(shè)4萬噸/年硅基負(fù)極項(xiàng)目，一期1萬噸/年將于22年底開工，建設(shè)周期12個(gè)月。12.5億元/萬噸貝特瑞目前公司有硅基負(fù)極產(chǎn)能3000噸/年，22年擴(kuò)建產(chǎn)能2000噸/年，22年投資建設(shè)4萬噸/年硅基負(fù)極項(xiàng)目，一期1.5萬噸/年將于23年底投產(chǎn)。12.5億元/萬噸石大勝華2021年12月28日投資建設(shè)2萬噸/年硅基負(fù)極項(xiàng)目，預(yù)計(jì)2023年12月建成投產(chǎn)。2022年5月5日投資建設(shè)3萬噸/年硅基負(fù)極項(xiàng)目，預(yù)計(jì)2024年4月建成投產(chǎn)。3.7億元/萬噸硅寶科技2021年11月10日建設(shè)1萬噸/年鋰電池用硅碳負(fù)極材料。5.6億元/萬噸杰瑞股份2021年11月30日成立合資公司投建一期硅基復(fù)合負(fù)極6000噸，二期硅基復(fù)合負(fù)極12000噸。預(yù)計(jì)今年年底建成一期項(xiàng)目。1.39億元/萬噸請閱讀最后一頁免責(zé)聲明及信息披露10。表8：各負(fù)極廠家產(chǎn)品性能對比企業(yè)企業(yè)類別產(chǎn)品型號D50(μM)比表面積(m2/g)振實(shí)密度(g/cm3)比容量(mAh/g)首次效率(%)杉杉股份GS4512.0±2.0≤3.0≥1.0≥45090.5±1.0硅氧負(fù)極GS5012.0±2.0≤3.0≥1.0≥50090.0±1.0GS6012.0±2.0≤3.0≥1.0≥60088.5±1.0SG43≤3.0≥43093.5±1硅碳負(fù)極SG45≤3.0≥45092.5±1SG50≤3.0≥50091.5±1貝特瑞貝特瑞S4001.0-4.0400-49992-94硅系復(fù)合材硅系復(fù)合材料氧氧化亞硅復(fù)合材料S5001.0-4.0500-59990-92S6001.0-4.0600-65089-90S420-2AS450-2AS500-2A16.0±2.015.0±2.015.0±2.0<2.0<2.0<2.00.10.10.1≥≥420≥≥450≥≥50092.5±1.091.5±1.090.0±1.0翔豐華硅碳負(fù)極硅氧負(fù)極450-460XS1420-430KY0515.0±2.01.3±0.7435±1092±1凱凱金能源KY07KY1015.0±2.015.0±2.01.3±0.71.3±0.7460±10460±105500±1091±190±1請閱讀最后一頁免責(zé)聲明及信息披露11研究團(tuán)隊(duì)簡介武浩，新能源與電力設(shè)備行業(yè)首席分析師，中央財(cái)經(jīng)大學(xué)金融碩士，曾任東興證券基金業(yè)務(wù)部研究員，2020年加入信達(dá)證券研發(fā)中心，負(fù)責(zé)電力設(shè)備新能源行業(yè)研究。張鵬，新能源與電力設(shè)備行業(yè)分析師，中南大學(xué)電池專業(yè)碩士，曾任財(cái)信證券資管投資部投資經(jīng)理助理，2022年加入信達(dá)證券研發(fā)中心，負(fù)責(zé)電力設(shè)備新能源行業(yè)研究。機(jī)構(gòu)銷售聯(lián)系人indasccomngzhencindasccomchengcindasccomancindasccomindasccomecindasccomingcindasccomchengcindasccomasccomnxiaocindasccomindasccomocindasccomsccomhencindasccomhuancindasccomindasccom分析師聲明券投資咨詢執(zhí)業(yè)資格，并在中國證券業(yè)協(xié)會(huì)注冊登記為證券分本人的研究觀點(diǎn)；本人薪