Силиконовое углеродное анод вот-вот совершит революцию? Как долго может сохраняться “трон” графированного нефтяного кокса? 

Силикон-углеродные аноды на основе технологических прорывов и снижения затрат начинают всесторонне конкурировать с графитовыми анодами (включая графитизированный нефтяной кокс), однако «трон» графитовых анодов остается прочным в краткосрочной перспективе, а в долгосрочной перспективе они сталкиваются с риском замены. Ниже приводится анализ с трех точек зрения: технологии, затрат и рыночного применения.

I. Технологический аспект: «Скачок в производительности» силикон-углеродных анодов и «предельный порог» графитовых анодов

Прорывные преимущества силикон-углеродных анодов

• Превосходство по удельной емкости: Теоретическая удельная емкость кремния (4200 мАч/г) более чем в 10 раз превышает удельную емкость графита (372 мАч/г). Силикон-углеродные аноды, изготовленные с использованием технологии CVD (химического осаждения из газовой фазы), обеспечивают повышение удельной емкости на 50% по сравнению с традиционными графитовыми анодами, а циклический ресурс превышает 1000 циклов (например, технология мезопористого углеродного каркаса компании Shanghai Xiba позволяет снизить коэффициент расширения элемента питания до 5%).
• Снижение проблемы объемного расширения: Наночастицы кремния, соединенные с пористой углеродной структурой, образуют структуру «дыхательного лабиринта», эффективно снижая напряжение, вызванное расширением кремния. Например, после использования силикон-углеродного анода CVD в аккумуляторе 4680 от Tesla количество циклов превышает 2500, что позволяет осуществлять быструю зарядку за 8 минут.
• Повышение совместимости технологических процессов: Силикон-углеродные аноды могут сочетаться с полутвердыми электролитами, что дополнительно повышает безопасность и удельную емкость. Силикон-углеродный анод от Beijing Lier, сочетаемый с сульфидным твердым электролитом, обеспечивает удельную емкость более 500 Вт·ч/кг и циклический ресурс до 2000 циклов.

«Эффект потолка» графитовых анодов

• Предел производительности: Фактическая удельная емкость графитовых анодов уже близка к теоретическому максимуму (360 мАч/г), при этом существуют проблемы, такие как плохая совместимость с электролитом, легкое образование SEI-пленки (пленки на границе раздела твердого электролита) при первой зарядке-разрядке, что приводит к снижению циклической производительности.
• Ограниченные возможности модификации: Несмотря на возможность модификации с использованием мягкого углерода, твердого углерода или углеродных нанотрубок, не удается превзойти теоретическое преимущество по удельной емкости силиконовых материалов. Например, удельная емкость твердого углерода выше, чем у графита, но отсутствует платформа зарядки-разрядки, и емкость быстро снижается.

II. Аспект затрат: «Кривая снижения затрат» силикон-углеродных анодов и «преимущество по затратам» графитовых анодов

Снижение затрат на силикон-углеродные аноды

• Самостоятельное производство силанового газа: Силановый газ (SiH₄) является основным сырьем для силикон-углеродных анодов, ранее зависящим от импорта (цена достигала 2 млн. юаней за тонну). С 2023 года ведущие предприятия осуществляют импортозамещение путем строительства собственных производственных линий, что позволило снизить затраты до 750 тыс. юаней за тонну, а цена силикон-углеродных анодов снизилась с 1,5 млн. юаней за тонну до 750 тыс. юаней за тонну, приближаясь к критической точке в 1,5 раза от затрат на графитовые аноды (затраты на графитовые аноды составляют около 500 тыс. юаней за тонну).
• Масштабирование технологии CVD: Цена отечественного оборудования для CVD снизилась до одной трети от цены импортного, а производительность одной единицы оборудования увеличилась в три раза. Например, годовая производительность производственной линии CVD одного из ведущих предприятий увеличилась с 100 тонн до 5000 тонн, а удельные затраты снизились на 40%.
• Экономическая оценка: Если цена силикон-углеродных анодов снизится до 1,5 раза от затрат на графитовые аноды, затраты на электромобиль класса A00 с аккумулятором емкостью 30 кВт·ч увеличатся лишь примерно на 2000 юаней, но запас хода увеличится на 15%, что обеспечивает значительную экономическую эффективность.

«Защитный вал» по затратам графитовых анодов

• Низкая стоимость сырья: Сырьем для графитовых анодов являются нефтяной кокс, иглообразный кокс и т.д., цены на которые незначительно колеблются (например, цена графитизированного нефтяного кокса составляет около 1620-3000 юаней за тонну).
• Зрелые технологические процессы: Производственный процесс графитовых анодов (дробление, гранулирование, классификация, высокотемпературная графитизация) уже высоко стандартизирован, что позволяет контролировать затраты при массовом производстве.
• Краткосрочное преимущество по экономической эффективности: В области энергохранения (чувствительной к циклическому ресурсу, но менее требовательной к удельной емкости) и на рынке электромобилей низкого класса графитовые аноды по-прежнему обладают преимуществом по затратам.

III. Аспект рыночного применения: «Проникновение в сценарии применения» силикон-углеродных анодов и «существующий рынок» графитовых анодов

«Высокоростная трасса роста» силикон-углеродных анодов

• Тяговые аккумуляторы: Ведущие предприятия, такие как CATL и Tesla, уже первыми начали массовое производство аккумуляторов с силикон-углеродными анодами. Ожидается, что к 2026 году мировой спрос на силикон-углеродные аноды составит 6-7 млн. тонн, что соответствует рыночному пространству в 180-210 млрд. юаней.
• Потребительская электроника: Доля проникновения силикон-углеродных анодов в премиальные смартфоны (например, Honor Magic5 Pro) превышает 25%, емкость аккумулятора увеличивается на 15%, а толщина увеличивается лишь на 0,1 мм.
• Твердотельные аккумуляторы: Силикон-углеродные аноды в сочетании с твердыми электролитами становятся долгосрочным технологическим направлением. Например, силикон-углеродный анод от Beijing Lier, сочетаемый с сульфидным твердым электролитом, обеспечивает удельную емкость более 500 Вт·ч/кг.

«Защита существующего рынка» графитовых анодов

• Доля на основном рынке: В настоящее время графитовые аноды по-прежнему занимают более 95% рынка анодных материалов для литий-ионных аккумуляторов (из которых доля искусственного графита составляет 80%), и в краткосрочной перспективе их полная замена маловероятна.
• Удержание позиций в нишевых областях: В области энергохранения (например, распределенное энергохранение) и на рынке электромобилей низкого класса графитовые аноды по-прежнему занимают определенную нишу благодаря преимуществу по затратам и циклическому ресурсу (>6000 циклов).

IV. Перспективы на будущее: как долго графитовые аноды смогут удерживать свой «трон»?

• Краткосрочная перспектива (1-3 года): Графитовые аноды по-прежнему будут доминировать на рынке, но доля проникновения силикон-углеродных анодов в области тяговых аккумуляторов и премиальной потребительской электроники будет быстро расти.
• Среднесрочная перспектива (3-5 лет): Если затраты на силикон-углеродные аноды снизятся до уровня затрат на графитовые аноды (ожидается к 2026 году), их преимущества по удельной емкости и быстрой зарядке позволят им массово заменить графитовые аноды в области энергохранения и на рынке электромобилей низкого класса.
• Долгосрочная перспектива (более 5 лет): Силикон-углеродные аноды в сочетании с твердыми электролитами могут стать ядром технологий аккумуляторов следующего поколения, полностью подорвав господство графитовых анодов.