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据国家知识产权局公告，近日，亿纬锂能、德方纳米2大电池公司分别申请了与硅有关的负极材料的专利。其中，亿纬锂能申请一项名为“一种硅复合负极材料及其制备方法和二次电池“；德方纳米申请一项名为“含高熵合金相的硅碳负极材料及其制备方法和锂离子电池“。
具体来看，亿纬锂能专利摘要显示，本发明提供一种硅复合负极材料及其制备方法和二次电池。本发明设计的人工SEI膜层不仅能够降低界面阻抗，提高硅负极材料的容量，还能够改善硅负极材料的循环性能。
德方纳米的专利摘要显示，本发明提供一种含高熵合金相的硅碳负极材料及其制备方法和锂离子电池，所述硅碳负极材料包括：含碳、硅和金属元素的高熵合金。本发明能制得含高熵合金相的硅碳负极材料，有利于扩大硅碳负极材料的应用市场。
企业纷纷入局新型锂电负极材料
除了以上两家公司，还有多家公司都在进军这一新型负极材料赛道。
硅宝科技12月5日在投资者互动平台表示，公司已建成1000吨/年硅碳负极材料中试生产线，产品正在给动力电池厂客户送样测评，目前处于大规模送样阶段。后期将根据客户需要进行批量供货。
11月22日，内蒙古准格尔旗人民政府与常州硅源新能材料有限公司就年产2万吨硅碳负极材料项目举行签约仪式。该项目总投资22亿元，建成后将成为世界规模最大、国内产能第一的硅碳负极材料项目。常州硅源新能材料有限公司主要从事锂离子电池硅碳负极材料的研发、生产和销售，是全球少数几家可以批量化生产硅碳负极材料的企业，
目前，位于深圳光明区公明街道的贝特瑞4万吨硅基负极材料扩建项目主体已初具规模。该项目预计总投资50亿元，将开展具有高容量、优异循环性能和倍率性能的硅碳负极材料关键技术研究及生产线，建成投产后可实现年产4万吨的硅负极材料生产能力。项目分两期建设，其中一期1.5万吨生产能力。
近日，珠海冠宇在接受机构调研时表示，硅碳负极材料具有能量密度高等优点，是较具潜力的新型负极材料，公司也在不断地研发与测试，并推出解决方案，已有部分产品采用硅碳负极的电池设计方案。
11月29日，3家锂电企业在投资者互动平台透露公司在硅基负极/硅碳负极方面的现状、进展、产能规划等。其中，硅宝科技硅碳负极材料拥有硅烷裂解法、砂磨法和高温气相法等多种生产工艺，可以根据客户需求采用不同工艺生产。目前公司已建成1000吨/年硅碳负极材料中试生产线，明年公司将建成3000吨/年硅碳负极材料生产线。
璞泰来表示，公司安徽紫宸的硅基负极产能将逐步释放，相关产能计划于2024年底建成投产。
回天新材称，公司锂电负极胶产品PAA和SBR均可应用于硅碳负极材料的粘接，目前公司负极胶产品已在行业头部客户处实现批量供货或测试应用。
最新进展方面，目前协鑫能科二代物理法硅碳首效纯度>89%，应用领域新能源车、动力工具等；协鑫能科三代气相法硅碳首效纯度>90%，应用领域3C电子、新能源车等。
今年10月，武汉科技大学科研团队成功研发出“高性能锂电池硅碳负极材料”，适用于超高容量的各类锂电池，有望极大地提高新能源汽车的续航里程。
下一代锂电池负极材料？
硅负极材料之所以被这么多企业看好，说明其必然有一些“过人之处”。
众所周知，如今，提高电池能量密度是整个电池产业的目标，这当中包括对于正负极材料的改进。目前正极材料已经有钴酸锂、磷酸铁锂等大量选择，负极材料领域最主流的只有石墨。
市面上的负极材料大致可以分为碳基材料（包括石墨类、无定形碳、碳纳米管、石墨烯）、非碳基材料（包括硅基材料、钛基材料、锡基材料）两大类。然而，广泛使用的传统石墨负极能量密度只有372mAh/g，已经接近其理论比容量的天花板，更新迭代已提上日程。
据研究，硅的理论容量高达4200mAh/g，是目前广泛流行的石墨类负极材料的10倍以上，且储量丰富、成本低廉、安全性好。硅基负极被公认为最有潜力的下一代锂离子电池负极材料。
硅基负极不仅具有很高的理论比容量，能满足高倍率充放电的需求，且低温性能优越，满足了新能源汽车、消费级电子产品、储能电池系统等领域发展的需要。
（来源于：电池cbu，作者：子蕊）
目前硅碳复合材料和硅氧复合材料是硅基负极的主要技术路线。其中硅碳负极是指纳米硅与碳材料混合，用于缓冲硅在脱嵌锂离子过程中产生的应力和形变。目前硅碳负极的商业化容量在450mAh/g 以下，首效高，但体积膨胀较大，循环性能也相对较差；硅氧负极采用氧化亚硅和石墨材料混合，其循环性能得到较大提升。硅氧负极首效低，成本高，制备过程并不唯一。目前硅氧进展较快，硅碳负极材料尚未形成标准化制备方法，规模化生产存在一定困难。
有机构预计，2025年全球硅基负极出货量有望达到14.9万吨，渗透率将达到5.4%。可见，硅基负极市场空间巨大。
其实，早在2020年，特斯拉发布的4680圆柱电池就采用了硅基负极，该电池采用高镍正极+硅碳负极材料，能量密度达300Wh/kg。且相比Model3中2170电池的5%添加量，4680电池中硅基负极的添加量预计增加一倍。
其他入局企业方面，电池企业有宁德时代、亿纬锂能、中创新航、蜂巢能源、力神电池等。同时，硅基负极电池装车提速，国内市场上，蔚来、智己等品牌旗下车型，国际市场上，奔驰电动大G（EQG）等开始搭载硅基负极动力电池。
需要注意的是，硅基负极负极材料膨胀问题依然无法解决。据悉，硅在嵌锂的过程中，会产生高达300%的体积膨胀。
除了膨胀之外，硅基负极材料还面临所需的纳米硅生产成本高、工艺复杂等难点。不过，这些难点未来有望改善，近日，硅宝科技董事长王有治在某论坛上表示，“由于价格问题，硅碳负极材料现在尚未得到大规模应用，从发展趋势和技术创新步伐来看，硅碳负极材料成本和价格肯定能随着产业的推进达到锂电池厂商认可的合理范围，硅碳负极材料的春天即将到来。”
还有业内人士表示，针对硅碳复合材料技术路线，业界一直存在一定争议，但目前市场已较为明晰，各类硅碳复合材料的量产工艺及设备尚未稳定下来，这为初创企业提供了曲线超车的潜在机会。不过，由于头部企业的先发优势，初创公司的机会相对有限。
来源：绿研院
作者：子蕊
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