高速增长的锂电市场前景，使得全产业链对高性能锂电池的技术探索充满动力。由于石墨负极材料的比容量已逐步接近理论极限值372mAh/g，理论比容量为4200mAh/g硅登上负极材料舞台。尽管理论比容量更高，但由于硅的物理特性原因，其导电性较弱，体积膨胀率较高（>300%）、进而造成更大的应力问题、在多次循环中可能粉末化；同时，因为硅材料的比表面积高于石墨，首次不可逆锂损耗达 15%~35%——也因此，硅基负极材料的技术研发及生产工艺主要针对上述问题进行攻克。

 

采用硅碳复合材料是当前抑制膨胀、提高导电性的核心思路，并辅以各项技术进一步提高。国内外负极材料及硅料产业诸多玩家均已纷纷沿着硅氧碳路线、硅碳路线、硅合金化路线进行研发与生产布局；其中国内玩家中，负极材料龙头贝瑞特已率先于2021-2022年实现量产，其他国内玩家主要在中试阶段。根据GGII 统计 2021年我国硅基负极出货量约1.1 万吨。

 

“当硅基负极材料首效达到90%以上、循环次数在1000次以上、单位生产成本与高端石墨基本持平时，硅基负极材料会存在渗透率的爆发。低端石墨会被取代，高端石墨可作为硅基负极物理掺混或化学复合用。当前硅基负极材料主要在3C消费类和4680动力电池率先产业化应用。”昱瓴新能源创始人刘萍博士向36氪分享道。

 

昱瓴新能源于2019年正式运营，是专注于高性能锂电池负极材料（硅氧碳SiOC、硅碳SiC、多孔硅碳和人造石墨等）研发、生产、销售和解决方案的综合供应商，拥有自主开发的“低锂耗”和“多孔硅基复合”核心技术，分别解决硅氧碳负极的首效、循环问题与硅碳负极的膨胀问题。

 

行业其他众多玩家一般选择“预锂化”工艺来解决硅氧碳负极材料的首次不可逆锂损耗问题，即在生产负极材料时便预先补充更多锂粉或锂盐，来应对额外的损耗，但是预锂化工艺存在成本及安全性上的短板。随着全球锂电需求高速增长，锂资源的稀缺性日益逐步加深、锂成本不断上扬，额外在电池材料中补充更多的锂离子，也增加了析锂的可能性、生长出锂枝晶导致隔膜破损、进而导致热失控。

 

昱瓴新能源自主开发的“低锂耗”技术，采用控制含氧量、优化结构形貌为基础，结合碳包覆提升电子电导率、稳定化学/电化学反应界面、提升材料的结构稳定性，从而达到高首效、长循环的目的。

 

“以通俗的说法来说，‘低耗锂’技术是增强自身“免疫力”，从而达到较低的锂损耗；预补锂技术是吃‘补药’。有电池厂反馈，预锂后的硅负极，浆料会变成渣子般或果冻般状态，且流动性不太好，或者伴有产气现象，如果预锂过量的话还会析锂。”刘萍博士向36氪介绍。

 

从昱瓴新能源向36氪展示的测试数据来看，采用“低锂耗”技术的硅氧碳前驱体容量1600~1700mAh/g，设计成450mAh/g硅氧碳复合负极材料，掺混比例约8%，首次效率约90.5%；采用“预锂化”技术的硅氧碳前驱体容量1300~1400mAh/g，设计成的450mAh/g硅氧碳复合负极材料，掺混比例约10%，首次效率91.5~92.0%。可见低锂耗技术的首效已与预锂技术非常接近。

 

在首效基本持平的情况下，低锂耗技术拥有较大的成本优势。预锂化技术一般分为材料端的预锂化，由负极材料厂商执行；以及工艺端的预锂化，由电池厂执行。前者的预锂成本将转嫁至电池厂承担，后者成本转嫁至下游车厂。根据昱瓴新能源提供的成本信息，昱瓴新能源的硅氧碳前驱体成本较国内玩家预锂化硅氧碳前驱成本低约40%-55%，较日本厂商的预锂化硅氧碳前驱体成本低约70%-85%。

 

除“低锂耗”硅氧碳负极材料主打产品外，多孔硅碳负极材料作为昱瓴新能源另一项自主研发产品。其三维多孔结构，有利于锂离子的快速传输，并提供一定的空间来缓冲活性物质在嵌/脱锂过程中的体积变化，释放应力/应变，具有良好的结构稳定性；并进一步通过复合金属元素或石墨烯来提高多孔硅碳负极材料的导电性能。

 

“多孔硅碳复合负极材料PSC1000，电化学性能测试在0.1C时比容量1172.1mAh/g，首次效率90.1%，0.5C循环100周容量保持率为94.5%。全电测试500周循环保持率在80%以上。这款产品的容量比较高，后续会从制备和电池体系两方面进一步优化提高综合性能。”刘萍博士介绍道。

 

高端人造石墨负极材料是马上可以起量的正现金流项目以及硅基负极材料的基材项目，昱瓴新能源通过对人造石墨核心工艺优化，简化了部分传统工艺步骤，减少了全流程的损耗，从而提高了得料率。其中对石墨化工艺进行大幅提效，通过与设备厂联合开发连续石墨化设备，减少了工艺成本。"核心设备专用化也是昱瓴的核心竞争力之一。"

 

此外，昱瓴新能源研发储备了针对柔性锂电池及固态电池使用的快充型多孔硅基薄膜负极，比容量为2000mAh/g，固态电池客户测试反馈这种快充型多孔硅基薄膜负极具有良好的机械柔韧性、连续弯折稳定性和强度，能满足3C~4C快充要求，能量密度可达到800Wh/L。

 

“当前昱瓴新能源硅基负极材料中试产能为20吨，但是已开始在安徽蚌埠建设1万吨/年的硅基复合负极材料生产线，预计最快2023年6-7月投产；在客户拓展方面，主打的硅基负极材料产品已在各大客户测评过程中，部分客户测试已通过。”刘萍博士向36氪介绍。