年增76%的“硅负极材料”…LG、浦项、SK 争相布局开发

by Choi Seoyoon

Published 17 Apr.2023 08:30(KST)

[电池材料超越式差距]②
决定充电速度和寿命的负极材料
主要使用石墨…存在膨胀缺点
作为替代方案的硅负极材料开发正火热展开

编者按为顺应电动汽车普及速度不断加快的趋势，电池行业正进行一场无声的战争。电池企业为跟上爆发式增长的需求，一直专注于在全球各地建设大规模生产设施。迄今为止主要是“拼产量”，而有观点认为，今后胜负将取决于“拼质量”。这正是电池企业热衷开发新型电池材料的原因。本文将梳理：下一代电池将采用哪些材料组成，企业为开发新材料正把研发（R&D）重点放在何处。

如果说正极材料负责产生电能，那么负极材料则承担储存电能的作用。用于储存锂离子的负极材料决定了电池的充电速度和寿命。负极能储存的锂离子越多，可用容量就越大，充电速度也越快。负极材料约占电动汽车电池成本的15%。

目前二次电池负极材料大多为中国产。市场调研机构ICCSINO称，2021年全球负极材料产量为88.27万吨，同比增加63%，其中中国占总产量的92%。在负极材料产量排名前十的企业中，中国企业有7家，日本和韩国企业分别为2家和1家。

浦项 Posco Future M 人造石墨负极材料工厂 [图片由 Posco Future M 提供]

负极材料以锂离子的储存源（吸收·释放）为功能，由负极活性物质、导电剂、粘结剂、铜箔等组成。其中占比最大的负极活性物质，目前主要使用在价格和稳定性方面具有优势的石墨。铅笔芯就是石墨。

天然石墨负极材料虽然具有容量大、价格低的优点，但寿命较短、充电速度较慢。当电池充电时，锂离子从正极沿着电解液移动到负极，停留在负极石墨层之间时，会发生膨胀鼓胀的现象。

负极材料企业提出的替代方案是“硅基负极材料”。硅基负极材料可储存的锂约为石墨系负极材料的10倍。按每克计算，硅的最大容量约为4200mAh/g，而石墨负极约为370mAh/g。

硅基负极材料既能提高电池容量，又能缩短充电时间。但硅在反复充放电过程中，同样具有体积易膨胀的特性。目前可添加到石墨系负极材料中的硅含量上限约为5%至10%。如何提高硅含量并同时增强稳定性，是当前课题。

2020年，硅基负极材料市场规模为6000吨，仅占负极材料市场的1.2%，预计到2027年将增至约32万吨，年均复合增长率达76.6%。LG化学、POSCO Future M、SK Materials等企业看好硅基负极材料市场前景，纷纷投入研发（R&D）。

电动车用圆柱形电池与Posco Future M正负极材料（左侧为正极材料） [图片由Posco Future M提供]

LG化学正在开发由100%硅制成的“Pure Silicon”技术。LG化学副会长 Shin Hakcheol 在去年2月的增长战略发布会上，将Pure Silicon开发列为重点课题。与现有负极材料相比，该技术有望大幅提升容量。LG化学还在2021年7月提出目标：到2025年将电池材料部门培育为全球第一综合电池材料公司，为此计划投资6万亿韩元。

目前生产石墨负极材料的POSCO Future M也在开发硅基负极材料。POSCO Holdings子公司POSCO Silicon Solution计划到2025年投资3000亿韩元，在浦项迎日湾产业园区建设一座年产5000吨规模的硅基负极材料生产工厂。POSCO集团在去年7月收购了硅基负极材料开发企业Terra Technos，并将其更名为POSCO Silicon Solution。

SK Materials Group14已在庆尚北道尚州市建成一座年产2000吨规模的硅基负极材料工厂，将于今年第三季度开始商业化量产，并计划通过追加扩产，在2025年前将年产能提升至1万吨。SK Materials Group14是SK Materials为进军硅基负极材料业务，于2021年与美国电池材料技术企业Group14合作成立的合资公司。