鋰負極材料基本上可以分為兩類：碳基材料和非碳基材料。碳基材料主要包括天然石墨、人造石墨、復合石墨、中間相碳微球、無序硬碳和軟碳。

非碳基材料主要分為硅基材料、鈦酸鋰陽極材料和鋰金屬陽極材料。本文將介紹2022年鋰電池負極材料的行業(yè)發(fā)展和方向。

鋰電池負極材料行業(yè)需要技術創(chuàng)新

現(xiàn)階段，市場上的陽極材料主要是石墨，包括天然石墨和人造石墨，人造石墨是陽極材料市場的主流。近年來，與陰極、電解質(zhì)和其他材料類似，陽極材料的出貨量大幅增加。

人造石墨在市場中的比例正在上升，占陽極材料市場份額的80%以上，而天然石墨、硅基材料和其他材料的比例從2017年的25%下降到2021的18%。

與天然石墨相比，人造石墨的陽極材料市場集中度相對較高。從中國供需和陽極材料價格來看，基本處于平衡狀態(tài)。

供需方面，綜合數(shù)據(jù)來看，我國陽極材料產(chǎn)量基本可以滿足全球需求。產(chǎn)品價格、市場份額、行業(yè)供需以及人造石墨和其他材料的出貨比例都表明，該行業(yè)迫切需要技術創(chuàng)新。

首先，人造石墨的市場份額進一步提高，表明其他類型的陽極材料尚未取代人造石墨；其次，在2021下游量增加時，產(chǎn)品價格將穩(wěn)定，供需將穩(wěn)定。

最后，新制造商的跨界以及對行業(yè)CR3市場份額的影響表明，領先的磷酸鐵鋰材料公司正在逐漸削弱其技術優(yōu)勢。

新型鋰電池負極材料主要是硅

隨著對新能源汽車續(xù)航能力要求的不斷提高，鋰電池的正極和負極材料需要向高比容量方向發(fā)展，這是一個確定的趨勢，也是新能源汽車在替代燃油車時必須面臨的問題。

然而，石墨陽極的能量密度接近372mAh/g的理論比容量，并已達到極限，因此有必要尋求新的發(fā)展方向。

新型陽極材料主要是硅陽極，其理論容量遠遠超過石墨陽極372mAh/g的極限容量。

然而，由于一些關鍵技術和制造工藝需要突破，硅碳陽極材料的大規(guī)模商業(yè)化之路仍不明朗，只有少數(shù)公司能夠小規(guī)模量產(chǎn)，因此目前硅基陽極的市場份額較低。

BTR提供的人造石墨產(chǎn)品首次放電容量達到335-360mAh/g，首次放電效率超過92%；杉杉陽極產(chǎn)品首次放電容量達到355mAh/g，首次放電效率超過92%；

PTL還可以提供第一放電容量為355mAh/g的陽極材料產(chǎn)品。因此，大規(guī)模商用石墨陽極材料的比容量已經(jīng)非常接近其理論極限。???????????????????

越來越多的制造商開始建造自己的石墨化生產(chǎn)線

人造石墨一般由針狀焦、石油焦、瀝青焦等易石墨化的原料經(jīng)預處理、粉碎、成型、混合、二次造粒、石墨化高溫熱處理等工藝制成。

早期造粒和石墨化是人造石墨制造的核心環(huán)節(jié)，行業(yè)壁壘在石墨化環(huán)節(jié)。在造粒環(huán)節(jié)中，顆粒越小，第一效率和壓實密度越差，放大性能和循環(huán)壽命越好，反之亦然。

適當?shù)牧６确植伎梢蕴岣哧枠O的比容量。如果行業(yè)領先公司提供的產(chǎn)品沒有差異化，行業(yè)的發(fā)展將朝著降低成本和提高效率的方向發(fā)展。

原料采購和石墨化加工在人造石墨負極材料生產(chǎn)成本中占很大比例，其中人造石墨的原料主要是石油焦、針狀焦等焦炭原料。

石墨化處理是人造石墨負極材料生產(chǎn)的關鍵環(huán)節(jié)，也是生產(chǎn)成本占比較大的環(huán)節(jié)。如果計入運費，石墨化學工藝約占總生產(chǎn)成本的50%。

此外，石墨化所需的生產(chǎn)設備在初期投資巨大。起初，業(yè)內(nèi)陽極材料制造商在產(chǎn)能布局上并未考慮將石墨化加工生產(chǎn)線投產(chǎn)，而是主要通過委托加工進行石墨化生產(chǎn)。

數(shù)據(jù)顯示，將投資近6億元人民幣建設年產(chǎn)5萬噸陽極材料的石墨化項目。硅碳技術尚未大規(guī)模應用，大多數(shù)下游電池制造商仍選擇石墨作為主要陽極材料，從而為中游陽極材料制造商向上游擴張留出了時間和空間。

越來越多的制造商開始建造自己的石墨化生產(chǎn)線。例如，陽極制造商中科電氣設計建造的新型艾奇遜石墨化爐與傳統(tǒng)石墨化加工生產(chǎn)線相比，具有功耗成本低、爐芯消耗成本低、自動化程度高等優(yōu)點。

在我國陽極材料石墨化加工技術中具有領先優(yōu)勢和成本優(yōu)勢。當然，這種優(yōu)勢不是絕對的。PTL、BTR和其他領先的同行公司也掌握了相同的技術。

同時，中科電氣通過技術、工藝優(yōu)化升級等措施，降低了石墨化生產(chǎn)線的建設成本，提高了石墨化產(chǎn)線的利用率。

新制造商獲得一定市場份額的唯一途徑是通過陽極材料集成項目的建設，提高石墨化自給率，降低石墨化加工成本。

以硅代碳是陽極材料工業(yè)的新發(fā)展方向

除了降低成本和提高效率，該行業(yè)的新發(fā)展方向是用硅替代碳。硅的理論比容量為4200mAh/g，遠遠超過石墨陽極材料的372mAh/g。

雖然理論上硅材料比碳材料具有很大的發(fā)展?jié)摿?，但在當前技術條件下，硅材料的實際應用存在一系列問題。

首先，第一個循環(huán)的效率很低。在鋰離子電池的充電過程中，有機電解質(zhì)會在陽極表面分解，形成SEI（固體電解質(zhì)相界面）膜，這將不可逆地消耗陰極材料的鋰離子。

如果鋰離子不能回收，電池容量和能量密度將不可避免地下降。硅材料在第一次充電時的不可逆循環(huán)損耗最多可達30%，石墨的不可逆損耗為5-10%；

其次，體積膨脹問題嚴重。在硅充放電過程中，體積膨脹和收縮變化達到320%，而石墨只有12%。物理體積膨脹將直接導致負極失效，并造成嚴重的安全問題。

硅碳復合材料是最具代表性的改進技術方案

為了解決硅陽極材料的關鍵問題，目前有許多改進的技術解決方案，其中最具代表性的是硅-碳復合材料，即根據(jù)特定的化學特性將硅和氧結(jié)合，在硅陽極材料高比容量和碳的安全性之間做出妥協(xié)，并通過一定的物理結(jié)構(gòu)使碳在硅充放電過程中起緩沖作用。

然而，目前，商業(yè)化的極限只能通過在硅碳陰極中摻雜10%的硅來實現(xiàn)，比容量為400-700mAh/g。這種方法可以有效地提高整個電池的能量密度。

根據(jù)數(shù)據(jù)，以柔性電池為例，當正極材料為NCM811時，與使用360mAh/g石墨負極材料相比，使用比容量為450/550/800mAh/g的硅碳負極材料，整個電池的能量密度可以從280Wh/kg提高到295/310/330Wh/kg。

從全球制造商的布局來看，BTR的硅碳產(chǎn)品于2013年通過認證，2017年成功出貨1000噸。然而，迄今為止，硅碳材料替代人造石墨的情況尚未發(fā)生，出貨增長速度緩慢，這表明該技術存在一些實際應用問題。

如果新能源汽車制造商想要提高其產(chǎn)品的滲透率，迫切需要通過增加陽極材料的比容量來提高電池的能量密度。

硅碳陽極材料生產(chǎn)過程中的核心難點在于納米硅粉的生產(chǎn)。博謙在這方面具有絕對優(yōu)勢，是中國唯一一家能夠穩(wěn)定提供高質(zhì)量納米硅粉的公司。

由于硅碳陰極的出貨量相對較少，這類產(chǎn)品在博乾的出貨量中所占比例很小，公司沒有單獨披露。

總結(jié)

總之，技術發(fā)展的特點基本上決定了行業(yè)的發(fā)展格局和行業(yè)內(nèi)公司向上游擴張的發(fā)展方向。

作為鋰離子電池不可或缺的組成部分，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，最常用的石墨材料的實際比容量已達到360-365 mAh/g，與比容量（372 mAh/g）幾乎相同。

然而，新技術的成熟仍然需要時間。陽極材料的特性基本上決定了鋰電池陽極材料行業(yè)的發(fā)展格局和行業(yè)內(nèi)公司向上游擴張的發(fā)展方向。在這種情況下，陽極材料行業(yè)的下一個快速增長需要等待技術突破。