电动车产业链技术研究专题系列之二：硅基负极，高能量密度锂离子电池首选_17页_1mb

硅基负极材料：高能量密度锂离子电池的首选

核心内容

硅基负极材料因其高克容量和低电化学嵌锂电位，被认为是下一代高能量密度锂离子电池的首选材料。其理论克容量约为4200 mAh/g，是石墨负极材料的10倍。然而，硅基负极材料在产业化过程中面临体积剧烈变化和不稳定的SEI膜等技术挑战，限制了其大规模应用。

主要观点

• 硅基负极材料的优势

  • 具有高克容量和低嵌锂电位，有助于提升电池能量密度。
  • 不析锂、储量丰富，是理想负极材料。
  • 硅基负极材料可显著提升电池能量密度，达到300 Wh/kg以上。

• 产业化挑战

  • 充放电过程中体积膨胀高达320%，远高于石墨的16%。
  • 体积变化导致硅颗粒破裂、活性物质脱落，SEI膜不稳定影响电池寿命和容量保持率。

• 商业化解决方案

  • 材料设计：纳米化、碳包覆、氧化亚硅等技术用于缓解体积变化。
  • 电池体系优化：采用特定的电解液添加剂、粘接剂、导电剂等提升循环性能。
  • 电极结构改进：新型电极结构如Si/C复合纤维、自支撑电极等正在研发中。

• 商业化程度最高的材料

  • 碳包覆氧化亚硅和纳米硅碳是当前商业化程度最高的两种硅基负极材料。
  • 碳包覆氧化亚硅适用于多种电芯类型，纳米硅碳主要应用于圆柱电池。

关键信息

• 硅基负极材料的克容量

  • 碳包覆氧化亚硅可达450-500 mAh/g，纳米硅碳可达600-1500 mAh/g。

• 硅基负极材料的渗透率

  • 2019年，硅基负极材料在动力电池中的渗透率仅为1.4%。

• 市场空间预测

  • 预计2022年国内硅基负极材料市场空间将超过20亿元，年复合增长率高达80%。

• 硅基负极材料价格

  • 稳定量产硅基负极材料价格约为10-12万元/吨，远高于石墨类负极材料。

• 产业化进展

  • 日本企业（如松下、日立化成等）在硅基负极产业化方面领先，特斯拉已采用硅基负极材料。
  • 国内贝特瑞、杉杉股份、璞泰来等企业正在推进硅基负极材料的产业化。

重点公司分析

贝特瑞

• 行业地位：国内负极材料龙头，2019年负极材料营收占比69%。
• 硅基负极材料：已实现第三代硅碳材料量产，比容量达1500 mAh/g，正在研发第四代产品。
• 主要产品：S420-2A、S450-2A、S500-2A、S400、S500、S600等。
• 财务数据：2019年营收45.91元，2020E EPS 1.52元，2021E EPS 2.07元，2022E EPS 2.84元。PE分别为22.2、16.2、11.0倍。

杉杉股份

• 行业地位：负极材料领域的重要参与者，2019年负极材料营收占比33%。
• 硅基负极材料：已进入整车企业测试阶段，计划进入海外圆柱电池客户。
• 主要产品：AS2（氧化亚硅纯品）、G1S-C450（氧化亚硅复合材料）、Si/C复合材料等。
• 财务数据：2019年股价13.83元，2020E EPS 0.13元，2021E EPS 0.34元，2022E EPS 0.43元。PE分别为40.7、32.1、27.1倍。

璞泰来

• 行业地位：人造石墨龙头，2019年负极材料营收占比64%。
• 硅基负极材料：推进硅碳、硅氧材料的研发和产业化，与中科院物理所合作。
• 主要产品：Si/C复合材料、宽适配系列电解液等。
• 财务数据：2019年股价92.50元，2020E EPS 1.41元，2021E EPS 2.05元，2022E EPS 2.72元。PE分别为45.1、34.0、26.5倍。

产业化趋势

• 国际领先企业：日本企业自2015年起陆续将硅基负极材料应用于消费电池和动力电池。
• 国内进展：贝特瑞是目前国内唯一能够大批量供货的硅基负极材料企业，已进入松下-特斯拉供应链。
• 未来增长：随着电动车需求增长，硅基负极材料需求预计在2022年达到2.2万吨，市场空间有望突破20亿元。

风险提示

• 疫情对新能源汽车需求的影响。
• 硅基负极材料产业化应用不及预期。

结论

硅基负极材料因其高能量密度潜力，被视为下一代锂离子电池的重要发展方向。尽管存在体积变化和SEI膜不稳定的挑战，但通过材料设计和电池体系优化，其商业化应用正在逐步推进。贝特瑞、杉杉股份和璞泰来等企业在硅基负极材料领域具备较强的竞争力，预计未来几年将受益于电芯能量密度提升带来的市场增长。