硅基负极行业研究（一）

一、硅基负极基本概况

1、概念及特点

其中硅基负极主要包括两类，1）单质硅负极，其理论比容量高达4,200mAh/g，超过石墨负极的10倍。2）氧化亚硅负极，其理论比容量达2,600mAh/g，同样远高于石墨负极。

但是硅基材料在实际应用中存一定问题：虽然单质硅材料拥有较高的比容量，但是仍存在一些问题。

1）循环稳定性弱：硅充放电过程中体积膨胀收缩变化达320%（石墨仅12%），会产生较大的机械应力，多次循环后硅颗粒会发生断裂和粉化，造成负极失效；

2）导电性不佳：硅与导电剂及负极粘结剂的接触较差，导致电极整体导电性不佳；

3）首次循环库伦效率低：锂离子电池充电过程中，有机电解液会在负极表面分解，形成SEI（固体电解质相界面）膜，不可逆地消耗锂离子电池中来自正极的锂离子，降低了锂离子电池容量和能量密度，硅材料的首次充电不可逆循环损耗最高达到30%（石墨为5-10%）。

2、分类

在锂离子电池充放电过程中，硅发生的体积变化很大，导致材料粉化、内阻增加，失去电接触，容量衰减较快，并且单硅材料对温度敏感，只有采取特定的方法才能在一定程度上抑制硅材料的体积膨胀，或者改善硅颗粒之间的电接触，以提高硅负极材料的循环稳定性和首次充放电效率。根据分散基体的不同，未来最有希望实现较大规模应用的新一代高容量硅基负极材料主要有Si0、硅碳复合负极材料及硅基合金负极材料三大类。

主要种类

优势

劣势

Si0负极材料

A、可逆容量高，达1,700-1,800mAh/g，接近理论容量

B、循环性能和倍率性能相对于其他硅基负极材料好

A、首次效率低，无法单独使用，需要进行提高首效处理

B、Si0工艺复杂，生产成本非常高

硅碳复合负极材料

A、克容量高

B、首次充放电效率高

C、工艺相对于其他硅基负极材较为成熟

A、大批量生产电化学性能优异的产品难度较高

B、循环性能和首次效率有待提高

硅基合金负极材料

体积能量密度高

A、工艺难度大、成本高

B、首次充放电效率低

C、循环性能较差

虽然硅基合金负极材料相对碳负极材料克容量提升效果明显，但是因为其工艺难度高生产成本高，且首次充放电效率较低，所以目前尚未大规模使用。硅碳复合负极材料以及Si0负极材料的工艺相对成熟，综合电化学性能较优，是目前最为主流的硅基负极材料。

二、硅基负极产业链分析

硅基负极材料上游原材料环节，由于中国主要生产企业技术相差较大以及硅碳负极和硅氧负极制备方式有所差距，整体原材料有所差别，主要是石墨、纳米硅以及导电剂等原材料为主。

硅基负极材料产业链中游为硅基负极供应商。在中国众多厂商只有贝特瑞和杉杉股份已经实现硅基负极的批量化供货。其中，贝特瑞的硅基负极产品性能领先于其他同行，是目前唯一实现千吨以上供货的国内企业。

产业链下游的电池厂商纷纷选择硅基负极作为未来高端应用场景和高续航里程的解决方案并开始应用到实际产品生产过程当中。不少传统车厂和国产新势力也均宣布将在新型电池技术中使用硅基负极。

1、上游原材料

硅基负极材料行业上游原材料主要包括石墨、锂盐、二氧化硅、硅以及其他材料。上游主要原材料石墨供应充足，价格平稳；受新能源、半导体行业快速发展，上游原材料硅和锂需求旺盛、价格大幅上涨。

（1）硅料供需情况分析:

2023年多晶硅价格走势大幅震荡下跌，大致可分成三个阶段：第一阶段，在季节性装机需求下降以及供应过剩压力下，多晶硅从年初的20万元/吨，下跌到1月上旬的12万元/吨左右，跌幅近40%。第二阶段，从1月中旬到2月上旬，多晶硅又经历了一轮回升，价格涨至23万元/吨，但没有超过前期高点。这是由于硅料厂家在经历了前一轮暴跌后，被动调控产量，阶段性的供应不足致使价格出现反弹。第三阶段，2月中旬到6月份全年最大一波跌势，产量激增叠加需求增长缓慢双重矛盾下，多晶硅价格从23万元跌到6万元区间，跌幅高达60%。随后市场展开了区间弱势震荡行情，延续到年底，整体呈现供大于求的供需格局。

（2）供给侧产能分析：

国内：

截至2023年底，中国多晶硅产能大约在230万吨，但产量大约在150万吨，平均开工率仅65%左右。市场已经处于供应过剩的局面。2024年预计多晶硅新增产能118万吨，合计产能超过370万吨，市场会迎来更大面积的供应过剩，考虑到需求增幅有限，到2024年底，中国多晶硅行业开工率可能会下降到50%以下。

进口：

伴随着国内多晶硅产量的提升，进口呈现逐年递减的趋势。据海关最新数据显示，2023年12月我国多晶硅进口总量约3156吨，环比减少46.3吨，下降1.45%；同比减少1868.2吨，下降37.18%。2023年1-12月累计进口大约6.3万吨，同比2022年的8.7万吨，降幅高达27.6%。随着国内在2024年迎来新一轮投产高峰，多晶硅产能过剩的同时，价格会更有优势，进口量或进一步下降，预计2024年全国多晶硅进口量有望下降到4万吨以下。原材料整体完全可以自主生产，没有卡脖子风险。

（3）需求侧分析：

最近五年，多晶硅直接下游硅片产量增长迅猛。到了2023年，国内硅片产量约592GW，同比增长超过50%。预计2024年国内硅片产量能达到700GW。硅片占多晶硅下游消费的94%，据相关测算，预计2024年多晶硅消费量或超过170万吨。整体来看，多晶硅产量我国可以实现自给自足，没有卡脖子风险，伴随着各大厂商近三年的快速扩张，产能进一步过剩，下游的硅片价格也在持续下跌，2024年无论是对比硅片消费预期还是全球新增装机预期，多晶硅供应均或将延续过剩的局面。

2、中游负极材料生产商

硅基负极材料的中游主要为各类硅基负极材料生产商。根据技术路径不同，分为氧化亚硅、硅碳、纳米硅三类。目前市场上出货量最大的为氧化亚硅负极材料。国内企业主要负极材料龙头企业，包括璞泰来、贝特瑞、杉杉股份等，国际企业主要为日韩企业，包括日本信越化学、大阪钛业、日立化成、昭和电工和韩国大洲等。

3、下游电池厂商

行业产品下游企业均为电池厂商，主要集中在动力电池、储能、3C电子等领域。目前硅碳负极商业化应用集中在对成本敏感度相对不高的消费电子、电动工具领域，在动力电池领域渗透率相对较低，根据智研咨询数据占比不到20%，未来市场份额有望进一步提升。

三、硅基负极市场规模

硅基负极市场规模的测算通常需要考虑以下几个关键因素，首先是产品价格，一般最低端的硅基负极价格均在10万元以上。其次是销量，目前国内市场硅基负极渗透率较低，全球硅基负极材料市场的销量数据可以用来估算市场规模。当前硅基负极材料市场集中度较高，前3家企业贝特瑞、信越化学和韩国大洲(Daejoo)2022年占据了全球接近80%的出货量。最后从应用领域来看，硅基负极材料的应用领域主要包括消费电子、动力电池等，其中电动汽车是最大的下游领域，占有85%份额。硅基负极材料的产品类型也分为硅氧负极材料和硅碳负极材料，来分别进行测算市场规模。

根据上图所示，从市场规模来看，行业保守预测2025年全球硅基负极材料市场用量达到4万多吨。假设前提，硅氧：硅碳=4:1渗透比例，硅碳50w/t;硅碳中国市场约为35亿元；据G14投资报告预测，2025年沉积硅的全球市场规模为500亿美金，锂电池2030年综合市场规模可以达到3000亿美金。从趋势上来看，仅特斯拉一家宣布内华达州Giga工厂100GWh的4680产能，现有产能35GWh，每GWh硅用量1200t。随着时间推移，硅碳售价降低至30w/t，35GWh的产能则意味着126亿的市场规模，这样的增长前景也是相当可观。

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