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（文/李沛 編輯/徐喆）進入2024年，硅負極產(chǎn)業(yè)化迎來明顯提速。

SNE Research近日發(fā)布的《2024年鋰離子電池硅負極技術現(xiàn)狀與展望》報告顯示，隨著這一新型負極材料應用從3C消費向動力電池領域拓展，預計2024年硅負極的市場滲透率也將突破長期以來1%的封印，步入上升軌道，市場規(guī)模將以39%的復合年增長率，一路飆升至2035年的660億美元，整體市場滲透率也將達到10%左右。

在負極材料市場當前陷于嚴重供過于求態(tài)勢、石墨負極行情跌跌不休、企業(yè)開工率普遍大幅走低的情況下，硅負極堪稱一枝獨秀的需求前景，也自然吸引眾多“殺紅了眼”的負極企業(yè)爭相涌入，根據(jù)SNE Research梳理，目前涉足硅負極研發(fā)的中國、韓國、歐美企業(yè)已經(jīng)增加到70家以上，無外乎有本土企業(yè)高管曾感言，硅負極之爭恐怕將“開局即終局”。

對不少普通消費者而言，智能手機是其感知硅負極價值的第一個觸點，目前多家手機品牌已經(jīng)將負極摻硅量作為一大產(chǎn)品技術亮點進行宣傳，如小米14Ultra的金沙江電池，就采用了6%硅含量的新一代硅碳負極技術，據(jù)稱體積同比降低8%，電池容量提升至5300mAh，續(xù)航提升17%。

能夠實現(xiàn)更高的能量密度，正是硅負極被視為最有前途的新一代負極材料原因所在，與目前主流的石墨負極相比，作為合金型材料的硅負極具有高出十倍以上的理論比容量和較低的嵌鋰電位（意味著在充電嵌鋰過程中析鋰風險更小），不過硅負極的缺點也同樣明顯，除了硅作為半導體材料自身的電導率較低，首次庫倫效率（ICE）較差，更致命的問題是電化學循環(huán)過程中硅材料體積會發(fā)生劇烈漲縮，形成的應力足以破壞電池微觀結構，顯著影響循環(huán)壽命，實物試驗還顯示，硅碳負極軟包電池熱失控的危害性更大，最高溫度、升溫速度都高于石墨負極電池，這也使得其應用于動力電池尤其具有挑戰(zhàn)性。

基于這樣的材料特性，此前硅負極主要應用于對循環(huán)壽命要求較低的電動工具、無人機等細分市場，并在早期落地過程中探索了納米化與表面包覆等一系列改性手段，形成了硅氧和硅碳兩大主要技術路線，在膨脹、循環(huán)性能上盡管尚未臻于最優(yōu)，但也已經(jīng)被動力電池廠商認可進入了實用化狀態(tài)。

然而有別于石墨負極領域中國廠商幾乎“一統(tǒng)天下”的局面，硅負極的產(chǎn)業(yè)化版圖中，美國當前占據(jù)著尤其顯眼的位置，Sila、Group14等知名美國企業(yè)摸索的氣相沉積硅碳工藝路線，已經(jīng)得到產(chǎn)業(yè)界廣泛認同與追隨，如我國某家負極材料龍頭企業(yè)日前公開的硅碳負極專利中，就基于對Group14的硅烷裂解、沉積過程梳理，在現(xiàn)有技術基礎上進行改進。

當下萬千寵愛集于一身的Group14，在產(chǎn)業(yè)化布局上也已經(jīng)踩足油門，不僅先后拿到美國能源部1億美元財政補貼和1億美元訂單，還通過并購和合資模式，分別在韓國與德國啟動了產(chǎn)能擴張，其中與SK集團合資的韓國項目已即將建成投產(chǎn)，設計年產(chǎn)能約2000噸，可支撐每年約10GW高端電池產(chǎn)能，號稱“亞洲最大的先進硅電池材料工廠”，至于其位于美國華盛頓州的BAM-2工廠，更是標榜為“世界最大”。

從石墨負極被亞洲供應鏈完全“卡住脖子”，到硅負極產(chǎn)業(yè)化一派繁榮，美國人在負極材料領域儼然已經(jīng)看到了“彎道超車”的曙光。

這樣耐人尋味的變遷，首要原因或許應歸于特斯拉的號召力，該公司2020年公開4680大圓柱電池設計時，所謂的“特斯拉硅”負極就是一大技術亮點，圓柱電池也隨后被公認為與硅負極技術最匹配的電芯結構方案，而在產(chǎn)業(yè)配套上，硅負極優(yōu)選工藝路線所需的高性能氣相沉積（CVD）等關鍵設備還能發(fā)揮歐美半導體產(chǎn)業(yè)積累的傳統(tǒng)優(yōu)勢，此外，在對鋰電供應鏈“受制于人”的擔憂下，美國能源部2020年以來在扶持硅負極技術發(fā)展上也投入了大量資源，包括捏合橡樹嶺國家實驗室、桑迪亞國家實驗室等頂尖科研機構組成硅聯(lián)盟（Silicon Consortium）聯(lián)合攻關，闡明硅負極合成、表征和失效機制，并積極資助Group14、Solid Power、Sila等企業(yè)的硅負極應用研究，能源部在負極材料產(chǎn)業(yè)化領域授予財政扶持的企業(yè)中，更有一半聚焦于硅負極技術路線，足見官方重視程度。

反觀國內(nèi)，不同于仍以三元體系主導的海外市場，目前我國動力電池領域占據(jù)主要裝機量份額的還是磷酸鐵鋰產(chǎn)品，其材料體系具有高首效、低成本、長循環(huán)壽命、中低能量密度的特點，大干快上硅負極的確缺乏商業(yè)合理性，現(xiàn)有石墨材料迭代足以應對，而在知識產(chǎn)權布局上，根據(jù)中國科學院寧波材料技術與工程研究所評估，我國于硅合金、硅氧化物、電解液、粘結劑和集流體領域又面臨著較高專利侵權風險，這意味著硅負極材料產(chǎn)量高了鐵鋰電芯企業(yè)用不起，進入海外市場還可能招惹專利侵權官司，更何況當下的慘烈行情中，負極材料企業(yè)普遍利潤收窄，影響研發(fā)投入和優(yōu)質(zhì)產(chǎn)能建設，企業(yè)自身很難激發(fā)起堅決押注硅負極的決心。

盡管這樣的產(chǎn)業(yè)化落差有其現(xiàn)實合理性，但展望未來，鋰電創(chuàng)新仍然繞不開硅負極、鋰金屬負極等關鍵技術，除了硅負極之外，美國能源部已斥資1億美元用于資助先進預鋰化和鋰金屬負極產(chǎn)業(yè)化項目，實施主體赫然是大名鼎鼎的應用材料公司，官方公告顯示應材已開發(fā)出一種可大批量制造的卷對卷工藝，而該公司此前還參與了鋰金屬領域當紅企業(yè)SES融資，顯示出這家老牌半導體設備巨頭對鋰電技術演進的評估及謀算，如果鋰金屬負極的技術成熟度達標，則其甚至有可能超越硅負極，加速鋰-硫、鋰-空氣等超高能二次電池的實用化進程。

值得重視的是，站在美國產(chǎn)業(yè)界視角，隨著其在下一代乃至下兩代負極技術上打開局面，一眾新型負極材料企業(yè)在對鋰電技術未來路線圖的認知上與國內(nèi)也出現(xiàn)了微妙差異，例如國內(nèi)津津樂道的固態(tài)電池技術，近期就遭到不少美國企業(yè)質(zhì)疑，認為負極材料創(chuàng)新足以開辟更具商業(yè)可行性的技術軌道，如Sila聯(lián)合創(chuàng)始人、特斯拉早期員工吉恩·貝爾迪切夫斯基 (Gene Berdichevsky) 近期就公開表示，相比能夠兼容現(xiàn)有鋰電制造流程的負極材料革新，“固態(tài)技術就像燃料電池汽車，我們會在路上放一些。從全球產(chǎn)能來看，這毫無意義”，他還頗為促狹地將固態(tài)電池與曾經(jīng)的薄膜光伏技術明星企業(yè)Solyndra進行了類比，后者的技術看似更具顛覆性，卻在商業(yè)落地中難以抗衡晶硅電池的規(guī)模經(jīng)濟優(yōu)勢，最終于2011年申請破產(chǎn)。

“歷史并不總是重演，但在技術開發(fā)方面，它確實非常押韻?！?

上文提到的鋰金屬負極明星企業(yè)SES，其創(chuàng)始人也在近日發(fā)布了題為《揭穿固態(tài)電池神話》的博文，直言不諱表示固態(tài)電池的“圣杯”頭銜名不副實，固體比液體電解質(zhì)更安全不過是一個人云亦云的迷信，正是認清了這一點，該公司字號才從最初的SolidEnergy改為SES，“電解質(zhì)造成了不必要的偏見，限制了我們的創(chuàng)新能力。真正的圣杯應該是鋰金屬，因為它給我們帶來了令人印象深刻的能量密度增益，固態(tài)沒有什么本質(zhì)上的優(yōu)越性，同時液體也沒有什么本質(zhì)上的缺陷，業(yè)界根據(jù)電解質(zhì)的固態(tài)或液態(tài)來區(qū)分電池是不合適的”。

無論這樣的觀點是否正確，亦或硅、鋰負極技術路線未來怎樣競合，一個不爭的事實是，在鋰電材料、器件、工藝演進中，負極材料換代都是難以繞開的關口，為了避免被難以事先預計的“顛覆式創(chuàng)新”傷害，我們除了奮起直追別無選擇，與其等到海外供應鏈成型、股東其新的商業(yè)風潮后再疲于追趕，當下的果斷布局無疑更具性價比。

在充分認識必要性與緊迫性的基礎上，硅負極技術攻關與產(chǎn)業(yè)落地，或許可充分借鑒不久前備受關注的全固態(tài)電池產(chǎn)學研協(xié)同創(chuàng)新平臺（CASIP）模式，由行業(yè)泰斗牽頭，搭建產(chǎn)學研用各方技術交流和協(xié)同攻關的高能級支撐平臺，有效整合各方資源，問題導向、應用牽引、風險共擔、成果共享，加速硅負極產(chǎn)業(yè)化進程。當然在這一過程中，中國產(chǎn)業(yè)界也大可不必太過妄自菲薄，事實上，杉杉股份、貝特瑞、璞泰來等巨頭，均已官宣萬噸級硅基負極材料量產(chǎn)項目，在產(chǎn)業(yè)鏈上游，中國企業(yè)的影響力同樣巨大，如硅碳材料制備所需的高純度硅烷氣體，目前中國產(chǎn)能就占據(jù)全球相當大份額，相比之下，Group14、Sila等企業(yè)則對其本土硅烷供應商REC Silicon的服務頗多抱怨，由此可見，只要我國鋰電產(chǎn)業(yè)鏈資源有效調(diào)動起來，在硅負極領域完全能夠大有作為。