2017年以來，在國家政策的推動下，新能源汽車的快速發展，國內動力電池企業也大幅擴產，鋰電負極材料的需求大增。國家工信部等三部委聯合出臺的《汽車產業中長期發展規劃》中要求，到2020年動力電池單體比能量達到300Wh/kg以上，力爭實現350Wh/kg。目前國內單體電芯能量密度普遍在250Wh/kg以下，要在2020年實現300Wh/kg這一目標是比較困難的，進入2018年，許多企業已經在高鎳正極方面取得了許多成果，但在負極方面行動較為緩慢。
負極材料分類
國內現有負極產品主要為碳材料和非碳材料，其中碳材料又可以分為石墨類碳材料和無定型碳材料，石墨類碳材料應用比較多的是天然石墨和人造石墨；而非碳材料方面主要包括錫基材料、硅基材料、氮化物、鈦基材料，其中硅基材料和鈦基材料在市場上有少量應用。
圖表 鋰電池負極材料分類
資料來源：OFweek產業研究院
硅碳類材料的優點和缺點
石墨類負極作為主要的負極材料，應用已經非常廣泛，但是石墨類負極材料容量已做到360mAh/g，已經接近372mAh/g的理論克容量，再想提升其空間已很難實現。而硅與碳化學性質相近，硅在常溫下可與鋰合金化，生成Li15Si4相，理論比容量高達3572 mA·h/g，遠高于商業化石墨理論比容量，在地殼元素中儲量非常豐富，成本低、環境友好，因而硅負極材料一直備受科研人員關注，是最具潛力的下一代鋰離子電池負極材料之一。
圖表 幾種負極材料性能對比
資料來源：OFweek產業研究院
但是，由于硅在充放電過程中容易產生體積膨脹(~300%)，這限制了硅負極的商業化應用。碳質負極材料在充放電過程中體積變化較小，具有較好的循環穩定性能，而且碳質負極材料本身是離子與電子的混合導體；另外，硅與碳化學性質相近，二者能緊密結合，因此碳常用作與硅復合的首選基質。在 Si/C復合體系中，Si顆粒作為活性物質，提供儲鋰容量；C既能緩沖充放電過程中硅負極的體積變化，又能改善Si質材料的導電性，還能避免Si顆粒在充放電循環中發生團聚。因此Si/C復合材料綜合了二者的優點，表現出高比容量和較長循環壽命，有望代替石墨成為新一代鋰離子電池負極材料。
硅碳材料主要結構
包覆型：包覆結構是在活性物質硅表面包覆碳層，緩解硅的體積效應，增強其導電性。根據包覆結構和硅顆粒形貌，包覆結構可分為核殼型、蛋黃-殼型以及多孔型；
嵌入型：嵌入型硅碳復合材料是將硅顆粒通過物理或者化學手段分散到碳載體中，硅顆粒與碳基體結合緊密，形成穩定的兩相或者多相體系，依靠碳載體為電子和離子提供傳輸通道和支撐骨架，提供材料結構的穩定性。
主要負極材料廠商開始布局硅碳負極材料
硅碳負極優異的電化學性能吸引了許多負極材料廠商投入到硅碳材料的研發和生產當中，負極材料企業如貝特瑞、上海杉杉、斯諾和國軒高科等都公布了各自的硅碳負極產能規劃。但是由于硅碳材料成本較高和合成工藝較為復雜，目前只有貝特瑞等少量廠商能夠批量供貨，2017年出貨1000噸，已有部分國外客戶使用。其S1000型號硅碳負極材料的比容量高達1050mAh/g，盡管離硅的理論比容量4200 mAh/g仍有較大差距，但已經是人造石墨負極材料比容量的3倍，性能有大幅度地提高。
圖表 各大負極企業布局
資料來源：OFweek產業研究院
電池廠布局硅碳系列電池
硅碳材料早先是在日韓企業中應用較多，松下和三星的產品都有成熟應用，特斯拉通過在傳統石墨負極材料中加入10%以上的硅碳，讓電池容量增加到550mAh/g以上。國內方面，由于硅碳是一種新型的負極材料，與其配套的正極材料和電解液等技術水平有限，真正實現硅碳類電池量產的企業還非常少。國內包括國軒高科、寧德時代、比克電池、比亞迪、天津力神等都已經開始布局相關產品，但是真正量產應用的主要在18650產品上面。
圖表 主要電池廠硅碳類電池布局
資料來源：OFweek產業研究院
硅碳價格高昂
由于硅碳現有產能較小，供應量較低，現有市場價格非常高。2017年底，部分廠商產能不斷釋放，價格開始下降，但是也基本上維持在400元/kg左右，與傳統的人造石墨和天然石墨70元/kg以內的價格高出非常多，這一原因也導致了硅碳負極短期內很難大量應用。以18650為例，單顆電芯負極材料接近10g，其中摻雜大概1g的硅碳材料，能夠使得整體的能量密度得到很大的提升，單顆電芯所需硅碳成本維持在0.4元/顆，按電量來計算則為0.04元/wh，用量為0.1g/wh（資料來源：OFweek產業研究院）。根據OFweek產業研究院《2018-2022年中國鋰電池負極材料行業市場研究及預測報告》：隨著硅碳應用技術的不斷成熟和電池對于能量密度要求的不斷提高，單顆電芯內的硅碳含量將會不斷增加，但將會在成本和能量密度之間尋求一個平衡。
圖表 幾種鋰電池負極材料的價格（單位：元/kg）
資料來源：OFweek產業研究院
硅碳材料市場短期內不會大規模爆發
雖然各大負極材料廠商紛紛公布了硅碳的產能規劃，但是OFweek產業研究院認為，短期內，硅碳負極市場將難以大規模爆發。供應端方面，由于硅碳負極的價格非常高，對于生產環境的要求也非常高，短期內產能很難得到釋放。應用端方面，與硅碳負極相匹配的電解液和正極材料體系還不成熟，硅碳負極的大規模應用也比較困難，目前為止只有少部分圓柱廠商的18650產品得到了量產應用。預計到2020年后，隨著國內方型鋰電池逐漸開始使用硅碳負極，硅碳負極的市場需求才會快速增長。
圖表 2017-2021年中國硅碳負極市場需求預測（單位：噸）（不含出口）
