高速增長的鋰電市場前景，使得全產業鏈對高性能鋰電池的技術探索充滿動力。由于石墨負極材料的比容量已逐步接近理論極限值372mAh/g，理論比容量為4200mAh/g硅登上負極材料舞臺。盡管理論比容量更高，但由于硅的物理特性原因，其導電性較弱，體積膨脹率較高（>300%）、進而造成更大的應力問題、在多次循環中可能粉末化；同時，因為硅材料的比表面積高于石墨，首次不可逆鋰損耗達 15%~35%——也因此，硅基負極材料的技術研發及生產工藝主要針對上述問題進行攻克。

 

采用硅碳復合材料是當前抑制膨脹、提高導電性的核心思路，并輔以各項技術進一步提高。國內外負極材料及硅料產業諸多玩家均已紛紛沿著硅氧碳路線、硅碳路線、硅合金化路線進行研發與生產布局；其中國內玩家中，負極材料龍頭貝瑞特已率先于2021-2022年實現量產，其他國內玩家主要在中試階段。根據GGII 統計 2021年我國硅基負極出貨量約1.1 萬噸。

 

“當硅基負極材料首效達到90%以上、循環次數在1000次以上、單位生產成本與高端石墨基本持平時，硅基負極材料會存在滲透率的爆發。低端石墨會被取代，高端石墨可作為硅基負極物理摻混或化學復合用。當前硅基負極材料主要在3C消費類和4680動力電池率先產業化應用。”昱瓴新能源創始人劉萍博士向36氪分享道。

 

昱瓴新能源于2019年正式運營，是專注于高性能鋰電池負極材料（硅氧碳SiOC、硅碳SiC、多孔硅碳和人造石墨等）研發、生產、銷售和解決方案的綜合供應商，擁有自主開發的“低鋰耗”和“多孔硅基復合”核心技術，分別解決硅氧碳負極的首效、循環問題與硅碳負極的膨脹問題。

 

行業其他眾多玩家一般選擇“預鋰化”工藝來解決硅氧碳負極材料的首次不可逆鋰損耗問題，即在生產負極材料時便預先補充更多鋰粉或鋰鹽，來應對額外的損耗，但是預鋰化工藝存在成本及安全性上的短板。隨著全球鋰電需求高速增長，鋰資源的稀缺性日益逐步加深、鋰成本不斷上揚，額外在電池材料中補充更多的鋰離子，也增加了析鋰的可能性、生長出鋰枝晶導致隔膜破損、進而導致熱失控。

 

昱瓴新能源自主開發的“低鋰耗”技術，采用控制含氧量、優化結構形貌為基礎，結合碳包覆提升電子電導率、穩定化學/電化學反應界面、提升材料的結構穩定性，從而達到高首效、長循環的目的。

 

“以通俗的說法來說，‘低耗鋰’技術是增強自身“免疫力”，從而達到較低的鋰損耗；預補鋰技術是吃‘補藥’。有電池廠反饋，預鋰后的硅負極，漿料會變成渣子般或果凍般狀態，且流動性不太好，或者伴有產氣現象，如果預鋰過量的話還會析鋰。”劉萍博士向36氪介紹。

 

從昱瓴新能源向36氪展示的測試數據來看，采用“低鋰耗”技術的硅氧碳前驅體容量1600~1700mAh/g，設計成450mAh/g硅氧碳復合負極材料，摻混比例約8%，首次效率約90.5%；采用“預鋰化”技術的硅氧碳前驅體容量1300~1400mAh/g，設計成的450mAh/g硅氧碳復合負極材料，摻混比例約10%，首次效率91.5~92.0%。可見低鋰耗技術的首效已與預鋰技術非常接近。

 

在首效基本持平的情況下，低鋰耗技術擁有較大的成本優勢。預鋰化技術一般分為材料端的預鋰化，由負極材料廠商執行；以及工藝端的預鋰化，由電池廠執行。前者的預鋰成本將轉嫁至電池廠承擔，后者成本轉嫁至下游車廠。根據昱瓴新能源提供的成本信息，昱瓴新能源的硅氧碳前驅體成本較國內玩家預鋰化硅氧碳前驅成本低約40%-55%，較日本廠商的預鋰化硅氧碳前驅體成本低約70%-85%。

 

除“低鋰耗”硅氧碳負極材料主打產品外，多孔硅碳負極材料作為昱瓴新能源另一項自主研發產品。其三維多孔結構，有利于鋰離子的快速傳輸，并提供一定的空間來緩沖活性物質在嵌/脫鋰過程中的體積變化，釋放應力/應變，具有良好的結構穩定性；并進一步通過復合金屬元素或石墨烯來提高多孔硅碳負極材料的導電性能。

 

“多孔硅碳復合負極材料PSC1000，電化學性能測試在0.1C時比容量1172.1mAh/g，首次效率90.1%，0.5C循環100周容量保持率為94.5%。全電測試500周循環保持率在80%以上。這款產品的容量比較高，后續會從制備和電池體系兩方面進一步優化提高綜合性能。”劉萍博士介紹道。

 

高端人造石墨負極材料是馬上可以起量的正現金流項目以及硅基負極材料的基材項目，昱瓴新能源通過對人造石墨核心工藝優化，簡化了部分傳統工藝步驟，減少了全流程的損耗，從而提高了得料率。其中對石墨化工藝進行大幅提效，通過與設備廠聯合開發連續石墨化設備，減少了工藝成本。"核心設備專用化也是昱瓴的核心競爭力之一。"

 

此外，昱瓴新能源研發儲備了針對柔性鋰電池及固態電池使用的快充型多孔硅基薄膜負極，比容量為2000mAh/g，固態電池客戶測試反饋這種快充型多孔硅基薄膜負極具有良好的機械柔韌性、連續彎折穩定性和強度，能滿足3C~4C快充要求，能量密度可達到800Wh/L。

 

“當前昱瓴新能源硅基負極材料中試產能為20噸，但是已開始在安徽蚌埠建設1萬噸/年的硅基復合負極材料生產線，預計最快2023年6-7月投產；在客戶拓展方面，主打的硅基負極材料產品已在各大客戶測評過程中，部分客戶測試已通過。”劉萍博士向36氪介紹。