圍繞動(dòng)力電池的競(jìng)爭(zhēng)仍在內(nèi)卷中進(jìn)行，而一貫講究技術(shù)創(chuàng)新的特斯拉，再次成為了鋰電產(chǎn)業(yè)的“福星”。面對(duì)百舸爭(zhēng)流的技術(shù)路線，決定鋰電前途命運(yùn)的關(guān)鍵，就藏在萬(wàn)眾矚目的4680電池之中。

“累計(jì)產(chǎn)量突破1000萬(wàn)顆！”這是6月17日，特斯拉官宣4680電池創(chuàng)下的首個(gè)里程碑。電芯產(chǎn)量能滿足1.2萬(wàn)輛Model Y的裝機(jī)所需，標(biāo)志著4680電池正式進(jìn)入到量產(chǎn)階段。

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當(dāng)下鋰電的技術(shù)，已經(jīng)成熟到幾乎挖掘不出任何顛覆式創(chuàng)新。而作為特斯拉的第三代電池，4680在續(xù)航、快充和安全性等方面堪稱無(wú)懈可擊。其性能飛躍，不僅是“大電芯+全極耳+干電池技術(shù)”的功勞，更在于革命性地使用了硅碳負(fù)極這一新材料，打破了只能使用石墨的桎梏。

相比傳統(tǒng)的石墨類材料，硅碳具有更高的能量密度，能夠讓電池內(nèi)儲(chǔ)存的電荷量增加10倍。“毫不夸張地說(shuō)，鋰電產(chǎn)業(yè)的榮辱興衰正攥在硅基負(fù)極廠商手里?！币晃粯I(yè)內(nèi)人士告訴虎嗅。

在特斯拉4680電池的引領(lǐng)之下，參與新一輪鋰電負(fù)極材料革新的，既有保時(shí)捷和奔馳這樣的巨擎，也不乏一些創(chuàng)新型企業(yè)置身事內(nèi)。其中以美國(guó)Group14和Sila這兩家初創(chuàng)公司為代表，二者正在為接下來(lái)硅碳負(fù)極的商業(yè)投產(chǎn)蓄勢(shì)。

新一輪投資浪潮也從大洋彼岸席卷而來(lái)。從意外爆冷到眾星捧月，硅碳負(fù)極項(xiàng)目只用了半年時(shí)間。曾有投資人感慨，熱門項(xiàng)目甚至火到“連創(chuàng)始人微信都加不上”。

其中，成立于2017年的負(fù)極材料企業(yè)天目先導(dǎo)，于去年獲得了多家機(jī)構(gòu)注資后，在今年突然爆紅。有知情人士透露：“資本追著送錢讓他們TS拿到手軟，最新估值漲到了60億左右?！?/p>

顯然，硅碳負(fù)極重新燃起了VC對(duì)鋰電賽道的投資熱情。正如某頭部VC投資人形容，今天的正極材料工藝就像工廠從生產(chǎn)吉他轉(zhuǎn)型做尤克里里，創(chuàng)新乏善可陳，難以有太多新的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。而負(fù)極則像白酒廠轉(zhuǎn)型做紅酒，創(chuàng)業(yè)公司和茅臺(tái)同在一個(gè)起點(diǎn)。

隨著4680電池的放量，人人都想盡早抓住鋰電產(chǎn)業(yè)僅剩的這波風(fēng)口。

老掉牙的石墨負(fù)極

縱觀鋰電的發(fā)展脈絡(luò)，所有的研發(fā)創(chuàng)新目的只有一個(gè)——解決續(xù)航焦慮。

盡管電池制造商想盡一切辦法提高空間利用效率，來(lái)增加整車電池容量，但優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)的思路，顯然不是解決問(wèn)題的根本之道。材料和工藝創(chuàng)新才是企業(yè)安身立命之本，也是提高電池綜合性能的基本共識(shí)。

因此，資本未曾放過(guò)產(chǎn)業(yè)鏈涌現(xiàn)出的任何創(chuàng)新型技術(shù)，可唯獨(dú)遺漏了電池負(fù)極。

電池充放電的過(guò)程，是鋰離子嵌入與脫出負(fù)極材料的過(guò)程?？梢哉f(shuō)，負(fù)極材料是影響鋰電池能量密度、循環(huán)壽命與倍率性能的重要組成部分。然而，和鈷酸鋰、鎳鈷錳、磷酸鐵鋰等正極材料創(chuàng)新相比，負(fù)極材料似乎只有石墨這個(gè)唯一選項(xiàng)。

可即便如此，產(chǎn)業(yè)內(nèi)曾理所當(dāng)然地認(rèn)為，理想的負(fù)極材料就是石墨。

直到三年前的特斯拉電池日，馬斯克揭開(kāi)了4680電池的神秘面紗，這款大圓柱電池因摒棄了石墨負(fù)極，開(kāi)創(chuàng)性地選擇了能量密度更高的硅碳負(fù)極，才真正啟明了業(yè)界心智。

一般而言，理想的負(fù)極材料需具備對(duì)鋰電位低、高比容量、高導(dǎo)電率、原材料易獲得、與電解質(zhì)相兼容的特點(diǎn)。一位行業(yè)人士告訴虎嗅，正是具備上述這些條件，加之成本低、工藝成熟，石墨才能牢牢占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位，并形成了一定程度上的路徑依賴。

但時(shí)至今日，石墨負(fù)極已逼近372mAh/g的理論比容量（單位重量活性物質(zhì)所能放出的電量）極限，無(wú)法滿足市場(chǎng)對(duì)于高比能鋰電的需求。基于消費(fèi)市場(chǎng)對(duì)續(xù)航性能的渴望，鋰電行業(yè)迫切需要使用更優(yōu)異的負(fù)極材料，擺脫石墨負(fù)極的掣肘。而硅基負(fù)極則是目前理論效率最高且距離產(chǎn)業(yè)化最近的材料。

事實(shí)上，在特斯拉發(fā)布4680電池之前，Model3搭載的21700電池就在負(fù)極添加了5%的硅基材料。如今，行業(yè)也已探明，硅基是目前容量最高的電池負(fù)極材料，理論值高達(dá)4200mAh/g，是石墨負(fù)極理論極限的近12倍。

即便是目前小規(guī)模應(yīng)用的硅碳負(fù)極和硅氧負(fù)極材料，比容量也分別達(dá)到了450mAh/g和450-500mAh/g。當(dāng)然，資本押注的不是現(xiàn)在，而是可期的未來(lái)。“就像光伏轉(zhuǎn)化效率逐年提高那樣，硅基負(fù)極的潛能同樣值得期待。”負(fù)極材料商載馳科技創(chuàng)始人汪煒如是說(shuō)。

因此，在特斯拉率先垂范，證明了硅基負(fù)極材料與大圓柱電池適配之后，各大負(fù)極廠商均把硅基負(fù)極材料作為重點(diǎn)研究的對(duì)象。在負(fù)極材料加入硅，成為目前車企提高續(xù)航的重要手段和必然選擇。

采用硅碳負(fù)極的特斯拉4680電池，使用硅基材料比例是21700電池的兩倍。特斯拉聲稱，其能量密度達(dá)到了300Wh/kg，是21700電池的5倍，整車?yán)m(xù)航里程也因此提高了16%。

而硅基負(fù)極并不是特斯拉獨(dú)占，這項(xiàng)技術(shù)的開(kāi)創(chuàng)者——美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士、斯坦福大學(xué)終身教授崔屹2008年創(chuàng)辦了Amprius公司時(shí)，就基于自研的納米技術(shù)開(kāi)發(fā)了采用硅基負(fù)極電池，能量密度高達(dá)450Wh/kg。

憑借性能更好、更便宜的硅碳復(fù)合負(fù)極，去年9月，這家總部位于美國(guó)加利福尼亞州弗里蒙特的電池制造商，在紐交所敲鐘上市，風(fēng)光無(wú)垠。

多位行業(yè)人士告訴虎嗅，硅基負(fù)極之所以得到電池廠商的青睞，除了續(xù)航大幅提升，另一大優(yōu)勢(shì)則在于高倍率的快充效率——6分鐘之內(nèi)充滿80%，這是石墨負(fù)極望塵莫及的。

汪煒解釋，由于石墨的電位比較低，鋰離子很容易在負(fù)極表面沉積，形成析鋰。這種情況通常會(huì)在低溫、快充、過(guò)充等過(guò)程中出現(xiàn)。一旦析鋰反應(yīng)持續(xù)發(fā)生，就會(huì)生長(zhǎng)成像樹(shù)枝狀的金屬鋰（），刺破隔膜，最終導(dǎo)致電池起火爆炸。

為了遏制石墨負(fù)極對(duì)鋰電安全性、低溫性能、倍率性能造成的負(fù)面影響，電池廠商只能讓電池管理系統(tǒng)(BMS)發(fā)揮保護(hù)屏障的作用，禁止在低溫環(huán)境下大倍率的充放電。

相比之下，硅基負(fù)極的電壓比石墨要高，在快充場(chǎng)景下不會(huì)產(chǎn)生鋰枝晶，能夠很好地規(guī)避石墨負(fù)極的上述痛點(diǎn)。

眼下，作為硅基負(fù)極電池的出貨主力，松下、LG等海外電池廠商在今年啟動(dòng)4680電池的量產(chǎn)。而諸如寧德時(shí)代、億緯鋰能、蔚藍(lán)等國(guó)內(nèi)知名電池廠商，亦在通過(guò)布局國(guó)產(chǎn)4680電池項(xiàng)目，加速硅基負(fù)極的落地和普及。

可以預(yù)見(jiàn)的是，特斯拉4680電池已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，有望引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)變革。中信證券研報(bào)認(rèn)為，2023年是4680電池放量元年。根據(jù)車企的車型及產(chǎn)能規(guī)劃，預(yù)計(jì)到2025年，4680電池需求將超過(guò)100GWh，對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)件需求達(dá)37億元。

另?yè)?jù)第三方研究機(jī)構(gòu)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院報(bào)告，隨著2022年特斯拉4680大圓柱的量產(chǎn)，硅碳負(fù)極市場(chǎng)將迎來(lái)爆發(fā)增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2025年特斯拉4680驅(qū)動(dòng)的硅碳負(fù)極市場(chǎng)空間將達(dá)到183.7億元。硅基負(fù)極也將從2023年起逐步應(yīng)用在除特斯拉之外的其他動(dòng)力電池市場(chǎng)中，2025年除特斯拉外其他動(dòng)力用硅碳負(fù)極市場(chǎng)空間將達(dá)到67.7億元。

不過(guò)，盡管硅基材料被市場(chǎng)認(rèn)為是未來(lái)最可能大規(guī)模應(yīng)用的新型負(fù)極材料，但包括人造石墨和天然石墨在2021年占據(jù)了所有負(fù)極材料出貨量的98%，包括硅基負(fù)極在內(nèi)的其他負(fù)極材料，出貨量?jī)H有2%。這場(chǎng)負(fù)極材料革新才剛剛開(kāi)始。

硅碳才是鋰電的未來(lái)

“三點(diǎn)鐘又有一個(gè)投資團(tuán)隊(duì)要過(guò)來(lái)，已經(jīng)約了快一個(gè)月了?！?/p>

在硅基負(fù)極最火的時(shí)候，載馳科技創(chuàng)始人汪煒一天要見(jiàn)好幾波投資人。這與2017年公司剛成立那會(huì)兒，鮮有人知道什么是硅基負(fù)極相比，反差強(qiáng)烈。

今年4月，CNBC采訪了美國(guó)三家研發(fā)硅負(fù)極技術(shù)的公司——Sila、Amprius和Group14，了解這種新材料將如何改變電動(dòng)汽車、消費(fèi)電子等領(lǐng)域。這則報(bào)道迅速傳至國(guó)內(nèi)，在硅基負(fù)極創(chuàng)業(yè)者中間引發(fā)了關(guān)注和討論。

在這一領(lǐng)域深耕了20多年的汪煒，經(jīng)歷了幾輪行業(yè)起伏和技術(shù)變遷之后，認(rèn)為技術(shù)路線是否具有通向商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化的能力至關(guān)重要，“只有做到低成本、大規(guī)模量產(chǎn)，才能更好服務(wù)客戶，也更符合商業(yè)邏輯?！?/p>

然而，目前硅基負(fù)極滲透率只有不到2%，制約其大規(guī)模進(jìn)入市場(chǎng)的，主要是過(guò)高的體積膨脹率和導(dǎo)電性欠佳等先天性“硬傷”。

和石墨負(fù)極12%的膨脹率相比，硅基負(fù)極材料的充放電膨脹率為320%。雖然硅基負(fù)極電池理論上屬于高壽命電池，但在充放電過(guò)程中，由于首次充放電效率低，再加上過(guò)高的膨脹率導(dǎo)致硅顆?？赡芷屏巡⒃斐呻姌O失效，引起鋰離子迅速衰減，影響電池循環(huán)性能和使用壽命。

虎嗅從行業(yè)人士了解到，國(guó)內(nèi)硅基負(fù)極目前的循環(huán)壽命普遍在500-600次，遠(yuǎn)低于石墨負(fù)極電池1000次以上的水平，甚至達(dá)不到國(guó)標(biāo)的上車要求。這些技術(shù)問(wèn)題，仍需一定的時(shí)間來(lái)解決。

為了抑制膨脹，行業(yè)最早試圖通過(guò)硅氧負(fù)極材料來(lái)解決問(wèn)題。汪煒介紹，硅氧負(fù)極是氧化亞硅與石墨材料的復(fù)合物，在循環(huán)性能和倍率性能方面有出色表現(xiàn)，但硅氧負(fù)極的工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，而且首次效率低，需要在材料端或電池端進(jìn)行預(yù)鋰化處理。

可令人意想不到的是，2021年鋰鹽價(jià)格開(kāi)始從3萬(wàn)元/噸一路狂飆。面對(duì)上游原材料的成本高企，任何材料廠商都不愿從腰包里掏出高昂的補(bǔ)鋰費(fèi)用。在“去鋰化”的呼聲中，尚未形成產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢(shì)的硅氧負(fù)極賽道開(kāi)始暗淡了下來(lái)?！暗?021年之后，所有的人都覺(jué)得硅氧沒(méi)法再做了。取而代之的，則是4680電池采用的硅碳負(fù)極路線。”汪煒如是說(shuō)。

相較于硅氧技術(shù)路線，由于不需要補(bǔ)鋰，硅碳具有不可比擬的性能與成本優(yōu)勢(shì)。中國(guó)化工經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展中心（）預(yù)計(jì)，2023年中國(guó)硅碳負(fù)極材料產(chǎn)量及消費(fèi)量將達(dá)到6萬(wàn)噸，未來(lái)硅碳負(fù)極市場(chǎng)前景巨大，市場(chǎng)滲透率正在逐步提升，預(yù)計(jì)市場(chǎng)規(guī)模在千億級(jí)別。

硅碳全稱為納米硅碳，是納米硅和石墨的結(jié)合體。Sila、Amprius和Group14，都堅(jiān)定地選擇了納米硅碳的技術(shù)路線。作為納米硅碳的核心材料，誰(shuí)掌握了納米硅誰(shuí)就掌握了納米硅碳。

和氧化亞硅相比，“納米碳的痛點(diǎn)在于工藝，而不在于材料。”汪煒表示，同樣是負(fù)極膨脹的問(wèn)題，他們利用了物理學(xué)的尺度效應(yīng)，把納米硅碳的粒徑減小十倍，使其體積縮小為原來(lái)的千分之一，極大程度上解決了膨脹帶來(lái)的一系列問(wèn)題。

創(chuàng)立之初，載馳科技就作為貝特瑞的獨(dú)家供應(yīng)商，向其提供納米硅原料。后者是負(fù)極材料的龍頭企業(yè)，2022年以22%的市占率居首，材料業(yè)務(wù)收入達(dá)146.3億元，同時(shí)也成功躋身特斯拉的產(chǎn)業(yè)鏈，向下游客戶之一的松下動(dòng)力電池提供硅碳負(fù)極材料。

眼下，在硅基負(fù)極市場(chǎng)中，最具增長(zhǎng)潛力的當(dāng)屬硅碳負(fù)極。但由于工藝創(chuàng)新難度大，國(guó)內(nèi)硅碳負(fù)極材料制造商仍然處在攻堅(jiān)階段。目前硅基負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化還在初期階段，面臨大規(guī)模量產(chǎn)和成本的挑戰(zhàn)。此前據(jù)高工鋰電統(tǒng)計(jì)，硅碳負(fù)極材料價(jià)格超過(guò)12萬(wàn)元/噸，遠(yuǎn)高于石墨負(fù)極材料。

為了制備高性能、低成本納米硅材料，載馳科技采用的技術(shù)路線不同于傳統(tǒng)的濕法砂磨及硅烷裂解法，而是使用了一種更安全、低碳及規(guī)?；纳a(chǎn)方式。截至目前，其研發(fā)的硅碳負(fù)極材料經(jīng)過(guò)三次迭代，已經(jīng)陸續(xù)向動(dòng)力電池廠商送樣測(cè)試。

不過(guò)，短時(shí)的技術(shù)瓶頸，并不能阻止投資人把熱錢撒向這個(gè)賽道。作為行業(yè)篤定的下一代新型鋰電負(fù)極材料，不少硅碳負(fù)極項(xiàng)目甚至出現(xiàn)被投資人“排隊(duì)送錢”的盛況。例如天目先導(dǎo)、蘭溪致德、碳什科技、碳一新能源、索理德等負(fù)極材料企業(yè)，背后的資本陣容非常豪華。由于項(xiàng)目的相對(duì)稀缺，客觀上導(dǎo)致不少投資機(jī)構(gòu)只能看運(yùn)氣搶“候補(bǔ)票”。

截至目前，絕大多數(shù)硅碳負(fù)極材料企業(yè)處于布局、中試或研發(fā)階段。隨著各電池企業(yè)開(kāi)始加速布局4680大圓柱電池，為提升能量密度，大概率會(huì)增加以硅碳為代表的負(fù)極材料使用。進(jìn)而帶動(dòng)市場(chǎng)對(duì)于負(fù)極新材料的需求。

待硅碳技術(shù)瓶頸的攻克以及成本下降，這種高能量密度的材料一旦大規(guī)模量產(chǎn)，動(dòng)力電池市場(chǎng)的格局或?qū)⒈贿M(jìn)一步重塑。