硅基负极未来可期
1.负极材料简介
1.1.负极材料：锂离子电池四大主材之一
负极材料是锂离子电池的重要原材料之一。负极材料对于锂离子电池的能量密度、循环性能、充放电倍率以及低温放电性能具有影响较大的影响。从锂电池工作原理来看：在充电过程中，锂离子从正极材料中分离，经过电解液嵌入至负极材料中。与此同时，电子由负极材料运动至正极材料。由于负极材料具有较多的微孔，因此到达负极的锂离子将嵌入至微孔中，锂离子可嵌入负极材料的数量越多，电池的充电容量越高。在放电过程中，锂离子从负极材料中脱离，经过电解液嵌入至正极材料。负极的锂离子此时，嵌入至正极材料的锂离子数量越多，电池的放电容量越高。
负极材料在锂离子电池成本中占比小于15%。锂离子电池四大主材为正极材料、负极材料、电解液、隔膜，其成本占比分别约为40%、15%、15%、30%。
1.2.负极材料种类众多，人造石墨性能突出
锂电池负极材料主要分为碳材料和非碳材料。碳材料包括：石墨类、石墨烯、无序碳。目前锂离子电池中应用较多的是石墨类负极材料，比如人造石墨、天然石墨。非碳材料中主要包括：硅基负极材料、钛酸锂负极材料等。硅基负极
材料中可以分为 SiO 负极材料、硅碳负极材料、硅基合金负极材料。
2.人造石墨主角地位难撼动，硅基负极粉墨登场
2.1.石墨类负极性能优化进行时
石墨类负极各有优势，人造石墨更胜一筹。从克容量来看，天然石墨容量略高于人造石墨。天然石墨负极材料的理论容量为340-370mAh/g，人造石墨的负极材料的理论容量为310-360 mAh/g。从循环性能来看，人造石墨循环性能好于天然石墨。根据贝特瑞的数据，天然石墨（GSN产品）的循环周数为 500 周左右；人造石墨（AGP-2L-P）循环周数可达6000周。主要原因为天然石墨的颗粒大小不一致，表面缺陷较多，因此容易与电解液反应从而导致循环性能下降。从膨胀率角度来看，天然石墨膨胀率高于人造石墨。主要原因为鳞片石墨的结晶度较高，片层结构单元化大，具有明显的各向异性。因此，锂嵌入和脱嵌过程中体积产生较大的变化。制造成本以及售价来看，人造石墨的成本以及售价高于天然石墨。主要是由于其生产工艺导致。根据鑫椤锂电的统计（2022 年9 月23 日），天然石墨负极（高端）均价约为 6.1 万元/吨，人造石墨负极（高端）约为6.80万元/吨。
天然石墨与人造石墨的组合稳固了石墨类负极在负极
材料中的地位。根据下游应用的不同需求，石墨类负极产品具有多样性。1）天然石墨与人造石墨混合，提高负极材料
克容量、降低产品成本。天然石墨具有可容量高以及成本较低的优势，人造石墨中混合天然石墨一定程度上可以提高负极材料的容量，生产更具性价比的产品。由于天然石墨为辅助材料，因此人造石墨将会克制天然石墨膨胀率高的问题；2）针状焦与石油焦区分高低端人造石墨产品。由于针状焦原材料要求较高，石墨化性能高于石油焦，因此是高端人造石墨的主要原材料。
2.2.硅基负极接棒石墨类负极
石墨类负极容量接近理论上限，硅基负极成为下一代负极材料主力军。新能源汽车高速发展加速高能量密度电池发展进程，硅基负极成为下一代负极材料的首选。从克容量来看，硅基负极拥有绝对优势。石墨负极理论克容量为
372mAh/g，硅基负极理论克容量可高达4200mAh/g。从膨胀率来看，硅基负极材料膨胀率极高。根据数据，硅基负极膨胀率高达300%。从循环性能看，硅基负极循环寿命远低于石墨类负极。目前硅基负极循环寿命为 300-500 次。主要原因为，硅基负极膨胀率较高，充放电过程中的膨胀会导致硅基负极材料的粉末化，从而影响电池的使用寿命。
从制造成本来看，当前硅基负极材料成本远高于石墨类负极材料。根据隆众资讯预测，2022-2023 年贝特瑞的硅基负极和硅氧负极单位盈利均为 6.5 万元/吨和 6.3 万元/吨。根据鑫椤锂电数据统计，截至2022年8月30 日，天然
石墨（高端）和人造石墨（高端）的售价分别为6.1万元/吨和7.1 万元/吨。从硅基负极类型来看，硅碳负极与硅氧负极或将成为硅基负极主流技术。目前硅基负极的技术路径有三种，分别为硅氧负极材料、硅碳负极材料、硅基合金负极材料。1）硅氧负极材料：Li2O 基质环绕在LixSi 核周围可充当着锂离子的快速扩散通道，因此嵌锂时SiOx富含的Li2O基质能够使其在循环和倍率性能方面最优化；LixSi 核周围的Li2O和Li4SiO4基质还可以有效的缓冲体积膨胀。2）硅碳复合材料：将碳材料包覆在硅材料外层，形成硅碳复合材料。从结构上来看，包覆结构改善材料的循环稳定性。碳材料的包覆能够提高负极材料的导电性能，并且碳材料表面会形成SEI膜，能够抑制电解液对于负极材料的侵蚀，从而提高负极材料的循环性能。
3.锂电池行业需求爆发，负极材料维持高景气
3.1.“新能源汽车+储能”推升锂电池需求高增
“三驾马车”带动锂电爆发式增长。锂离子电池下游需求场景主要为消费电子、动力电池、储能电池。从全球来看，锂电池出货量整体呈现增长趋势，且增长幅度较大。根据EVTank 统计，2021 年全球锂电池
出货量达到 562.4GWh，同比+90.97%。2021 年中国锂电池出货量为327GWh，同比
+128.67%。2021 年中国不同类型锂离子电池出货量占比均超50%。从趋势上看，动力电池占比整体呈现下降趋势，但
自2021 年占比有所回升；储能电池、小动力及 3C 电池占比连续五年增长，且增速较快。
新能源汽车发展迅猛，动力电池需求旺盛。新能源汽车需求大增，产销量持续上涨。2021 年全球和中国新能源销量分别为650 万辆和352万辆，同比+108%和 157%。新能源汽车需求的旺盛带动锂离子动力电池出货量增长。2021 年全球和中国锂离子动力电池出货量分别为371GWh和220GWh，同比+135%和 160%。
“风光”发电齐发展，储能布局再加速。全球以及中国锂离子储能电池下游需求旺盛，出货量增长迅猛。根据EVTank 数据，2021年全球和中国锂离子储能电池出货量分别为 66.3GWh 和42.3GWh，同比+132.53%和+197.43% 。根据国家能源局数据， 2021 年中国累计储能装机量为43.44GW，同比+22.02%。下游需求增长点：1）新能源装机量大幅提升，储能需求随之抬升。根据国家能源局数据，2020 年和2021 年我国风电和光伏发电累计装机量分别534.6GW 和 637.1GW，同比+28.92%和+19.62%。2020 年我国风电和光伏新增装机量分别为71.69GW和48.28GW，同比+178.44%和 60.35%。从新能源特性看，新能源发电具有不间歇性，因此需要通过储能解决新能源消纳以及冲击电网
的问题。从政策层面看，要求新能源强制配储 10%-20%，且配储时长为2 小时；2）电化学储能技术占比持续提升。根据
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