近日来，如真我、华为等公司均发布硅碳负极材料电池，可见硅碳负极材料对于消费应用端的渗透与使用率正在逐步上升。
它不仅出现在手机上，更是未来电动汽车、储能设备等众多领域的核心材料。据东吴证券预测，到2030年，硅碳负极材料需求将增长至8万吨左右，实现5年50倍的增长。
何为硅碳负极？储能材料的跨越式升级
要理解硅碳负极的价值，我们首先需要了解锂电池的基本工作原理。锂电池就像是一个电子“仓库”，充电时锂离子从正极移动到负极储存，放电时这些离子又返回正极，产生电流供电。
在这个系统中，负极材料就像是仓库的“储物架”，其结构决定了能储存多少锂离子，从而直接影响电池容量。
传统石墨负极理论比容量仅为372mAh/g，这意味着每克石墨最多只能储存372毫安时的电量。经过几十年发展，石墨负极已经接近其理论极限，就像是一座已经被开采殆尽的金矿，难以再有突破。
硅基负极材料的理论容量高达4200mAh/g，是传统石墨材料的10倍以上。想象一下，同样大小的储物架，硅基材料能够储存的锂离子数量是石墨的10倍，这就是为什么硅碳负极能够大幅提升电池能量密度的原因。
除了容量优势，硅材料还具有嵌锂电位低（0.4-0.6V）、储量丰富（地壳中含量26.4%）等优点。地壳中硅的含量仅次于氧，几乎可以说是取之不尽用之不竭，这为大规模应用提供了坚实基础。
技术挑战与创新，膨胀难题的破解之道
然而硅材料并非完美无缺，它有一个致命的弱点：膨胀率过高。硅在嵌锂过程中体积膨胀可达300%，就像海绵🧽吸水后膨胀一样，反复的膨胀收缩会导致结构破碎，电池循环寿命大幅降低。
这就像是建造了一个超级仓库，每次进货出货仓库本身都会经历一次剧烈变形，很快整个结构就会崩溃。为了解决这一难题，研究人员开发了多种技术路线。
目前主流方案包括硅氧负极和硅碳负极两种。硅氧负极首效较低，预锂化会大幅增加成本，整体性价比不高。而硅碳负极，特别是采用CVD（化学气相沉积）法的硅碳负极，通过多孔碳骨架来储硅，并通过多孔碳内部的空隙来缓冲硅嵌锂过程中的体积膨胀。
CVD法硅碳负极就像是为硅粒子建造了一个精密的“蜂窝公寓”，每个硅粒子都有自己的独立房间，且有足够的弹性空间活动，从而大幅降低了膨胀带来的破坏效应。
这种设计使得CVD法硅碳负极膨胀率低，循环性能优异，并且碳骨架本身密度小质量轻，使得材料能量密度更高，性能潜力大。
消费电子应用，手机续航的强力助推器
市场需求是技术发展的最佳催化剂。以『智能手机』为代表的消费电子终端多年来呈现电池容量持续增长的趋势。
一方面拍摄、短视频、游戏等重度耗电应用的用户使用频次越来越高，另一方面AI应用的普及将带来更大的续航需求。普通谷歌搜索耗电约0.3Wh，而AI加成的ChatGPT单次请求能耗约为2.9Wh，接近前者的10倍。
『智能手机』电池容量持续增长。iPhone电池容量从2007年第一代的1400mAh提升至2024年iPhone 16的3561mAh，而iPhone 16 Pro Max的容量则高达4747mAh。
硅碳负极材料成为提升锂电池续航的重要抓手。多数主流『智能手机』旗舰机型均已采用硅碳负极技术，包括小米、华为、荣耀、OPPO、vivo在内的多家手机品牌的旗舰机型均搭载了硅碳负极或者硅氧负极技术的电池。
从2024年起，CVD硅碳负极开始在高端手机机型上大规模应用，荣耀、华为等多款主打机型均有配套。预计2025年渗透率将提升至25%以上，掺杂比例未来有望提至10%以上。
消费电子领域对硅碳负极的需求预计2025年将达到520吨。这不是遥远的未来，而是正在发生的现实。
动力市场前景，电动汽车的下一个爆发点
虽然消费电子领域率先规模应用，但动力市场才是硅碳负极真正的星辰大海。动力电池对能量密度、循环寿命和安全性的要求更为严苛，这恰恰契合了硅碳负极的优势。
特斯拉21700电池采用球磨型硅碳负极方案，但添加比例较低。球磨法难以满足动力电池性能要求，4680电池及海外三元方向电池后续有望采用CVD法方案。
2025年国内电池厂将率先应用，需求预计提升至1000吨以上。这只是起点，而非终点。随着技术进一步成熟和成本下降，硅碳负极在动力电池中的渗透率将持续提升。
假设2025年硅碳负极在消费类电池中渗透率将达50%，2025年硅碳负极在圆柱动力电池和方形动力电池的渗透率分别达到30%、25%，测算2025年全球电池用硅碳负极出货量为20万吨。
产业链与企业布局，争夺下一代技术制高点
硅碳负极产业链包括上游原材料（多孔碳、硅烷等）、中游负极材料制造和下游电池应用。其中多孔碳是硅碳负极的核心原材料，占成本比例较高。
多孔碳的造孔技术及产品设计直接决定硅碳负极性能，行业壁垒较高。此外单壁碳管及PAA（聚丙烯酸）需要配硅碳负极使用，也将贡献需求增量。
主流负极公司积极推进硅碳负极布局，新玩家也不断涌入。
CVD法生产流程短，但工艺依赖多孔碳选型、设备及工艺控制。目前20kg级设备成熟，100kg及以上设备预计2025-2026年逐步落地。
天目先导背靠中科院物理所，产能建设推进中；兰溪致德作为初创公司，CVD路径进展较快。
中科电气一直坚持在『新能源』材料领域做相关前瞻性研究，在面向固态电池的硅碳负极和锂金属负极等方面均有开发和产品布局。其中硅碳负极材料已建设完成中试产线，且有产品进入多家客户测评和平台开发阶段。
成本与市场前景，从高端到普及的路径
2025年初，硅碳负极售价高达40万元/吨以上，远高于传统石墨负极。这主要是由于多孔碳占成本比例较高，且生产设备仍为20公斤级，生产效率有待提升。
成本下降路径已经清晰。远期随着100kg设备大规模应用，且多孔碳实现原材料降本，硅碳负极售价有望降至20万元/吨以内。
按照10%添加比例计算，对应单吨负极成本提升不足2万，电池成本提升0.015元/wh以内，整体成本可控，性价比进一步提升。这意味着硅碳负极将从高端应用逐步向大众市场普及。
预计到2030年，硅碳负极需求达8万吨，对应市场空间130亿元。多孔碳对应4万吨需求，按照价格降至13万元/吨左右计算，对应50亿元市场空间。
硅烷预计对应4万吨需求，对应16亿元市场空间。单壁碳管粉体添加比例预计达0.2%左右，2030年对应1300吨以上需求，对应33万吨浆料。
这些数字背后是一个正在快速崛起的新兴产业，预计将实现5年50倍的增长。
在全球范围内，更多资本和人才正涌入硅碳负极领域，推动技术创新和规模化生产。
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