（文/李沛 編輯/徐喆）進(jìn)入2024年，硅負(fù)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(fù)極技術(shù)現(xiàn)狀與展望》報告顯示，隨著這一新型負(fù)極材料應(yīng)用從3C消費向動力電池領(lǐng)域拓展，預(yù)計2024年硅負(fù)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(fù)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(dá)到10%左右。

在負(fù)極材料市場當(dāng)前陷于嚴(yán)重供過于求態(tài)勢、石墨負(fù)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(fù)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(fù)極企業(yè)爭相涌入，根據(jù)SNE Research梳理，目前涉足硅負(fù)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(fù)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(fù)極價值的第一個觸點，目前多家手機品牌已經(jīng)將負(fù)極摻硅量作為一大產(chǎn)品技術(shù)亮點進(jìn)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(fù)極技術(shù)，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?qū)崿F(xiàn)更高的能量密度，正是硅負(fù)極被視為最有前途的新一代負(fù)極材料原因所在，與目前主流的石墨負(fù)極相比，作為合金型材料的硅負(fù)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(fēng)險更小），不過硅負(fù)極的缺點也同樣明顯，除了硅作為半導(dǎo)體材料自身的電導(dǎo)率較低，首次庫倫效率（ICE）較差，更致命的問題是電化學(xué)循環(huán)過程中硅材料體積會發(fā)生劇烈漲縮，形成的應(yīng)力足以破壞電池微觀結(jié)構(gòu)，顯著影響循環(huán)壽命，實物試驗還顯示，硅碳負(fù)極軟包電池?zé)崾Э氐奈：π愿?，最高溫度、升溫速度都高于石墨?fù)極電池，這也使得其應(yīng)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(fù)極主要應(yīng)用于對循環(huán)壽命要求較低的電動工具、無人機等細(xì)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(shù)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(rèn)可進(jìn)入了實用化狀態(tài)。

然而有別于石墨負(fù)極領(lǐng)域中國廠商幾乎“一統(tǒng)天下”的局面，硅負(fù)極的產(chǎn)業(yè)化版圖中，美國當(dāng)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(rèn)同與追隨，如我國某家負(fù)極材料龍頭企業(yè)日前公開的硅碳負(fù)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(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。

當(dāng)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(kuò)張，其中與SK集團(tuán)合資的韓國項目已即將建成投產(chǎn)，設(shè)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(jìn)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(biāo)榜為“世界最大”。

從石墨負(fù)極被亞洲供應(yīng)鏈完全“卡住脖子”，到硅負(fù)極產(chǎn)業(yè)化一派繁榮，美國人在負(fù)極材料領(lǐng)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(yīng)歸于特斯拉的號召力，該公司2020年公開4680大圓柱電池設(shè)計時，所謂的“特斯拉硅”負(fù)極就是一大技術(shù)亮點，圓柱電池也隨后被公認(rèn)為與硅負(fù)極技術(shù)最匹配的電芯結(jié)構(gòu)方案，而在產(chǎn)業(yè)配套上，硅負(fù)極優(yōu)選工藝路線所需的高性能氣相沉積（CVD）等關(guān)鍵設(shè)備還能發(fā)揮歐美半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)積累的傳統(tǒng)優(yōu)勢，此外，在對鋰電供應(yīng)鏈“受制于人”的擔(dān)憂下，美國能源部2020年以來在扶持硅負(fù)極技術(shù)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(gòu)組成硅聯(lián)盟（Silicon Consortium）聯(lián)合攻關(guān)，闡明硅負(fù)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(fù)極應(yīng)用研究，能源部在負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域授予財政扶持的企業(yè)中，更有一半聚焦于硅負(fù)極技術(shù)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(dǎo)的海外市場，目前我國動力電池領(lǐng)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(fù)極的確缺乏商業(yè)合理性，現(xiàn)有石墨材料迭代足以應(yīng)對，而在知識產(chǎn)權(quán)布局上，根據(jù)中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所評估，我國于硅合金、硅氧化物、電解液、粘結(jié)劑和集流體領(lǐng)域又面臨著較高專利侵權(quán)風(fēng)險，這意味著硅負(fù)極材料產(chǎn)量高了鐵鋰電芯企業(yè)用不起，進(jìn)入海外市場還可能招惹專利侵權(quán)官司，更何況當(dāng)下的慘烈行情中，負(fù)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(shè)，企業(yè)自身很難激發(fā)起堅決押注硅負(fù)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(fù)極、鋰金屬負(fù)極等關(guān)鍵技術(shù)，除了硅負(fù)極之外，美國能源部已斥資1億美元用于資助先進(jìn)預(yù)鋰化和鋰金屬負(fù)極產(chǎn)業(yè)化項目，實施主體赫然是大名鼎鼎的應(yīng)用材料公司，官方公告顯示應(yīng)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(lǐng)域當(dāng)紅企業(yè)SES融資，顯示出這家老牌半導(dǎo)體設(shè)備巨頭對鋰電技術(shù)演進(jìn)的評估及謀算，如果鋰金屬負(fù)極的技術(shù)成熟度達(dá)標(biāo)，則其甚至有可能超越硅負(fù)極，加速鋰-硫、鋰-空氣等超高能二次電池的實用化進(jìn)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(fù)極技術(shù)上打開局面，一眾新型負(fù)極材料企業(yè)在對鋰電技術(shù)未來路線圖的認(rèn)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(shù)，近期就遭到不少美國企業(yè)質(zhì)疑，認(rèn)為負(fù)極材料創(chuàng)新足以開辟更具商業(yè)可行性的技術(shù)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(fù)極材料革新，“固態(tài)技術(shù)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(shù)明星企業(yè)Solyndra進(jìn)行了類比，后者的技術(shù)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(jì)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(shù)開發(fā)方面，它確實非常押韻?！?

上文提到的鋰金屬負(fù)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(rèn)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(yīng)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(fù)極技術(shù)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(jìn)中，負(fù)極材料換代都是難以繞開的關(guān)口，為了避免被難以事先預(yù)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(yīng)鏈成型、股東其新的商業(yè)風(fēng)潮后再疲于追趕，當(dāng)下的果斷布局無疑更具性價比。

在充分認(rèn)識必要性與緊迫性的基礎(chǔ)上，硅負(fù)極技術(shù)攻關(guān)與產(chǎn)業(yè)落地，或許可充分借鑒不久前備受關(guān)注的全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)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(xué)研用各方技術(shù)交流和協(xié)同攻關(guān)的高能級支撐平臺，有效整合各方資源，問題導(dǎo)向、應(yīng)用牽引、風(fēng)險共擔(dān)、成果共享，加速硅負(fù)極產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。當(dāng)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(fù)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(dāng)大份額，相比之下，Group14、Sila等企業(yè)則對其本土硅烷供應(yīng)商REC Silicon的服務(wù)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(fù)極領(lǐng)域完全能夠大有作為。