より高いエネルギー密度の電池需要に適応するために、シリコンベース負極は産業の視野に入った。一部のメーカーはすでにシリコンベースの負極生産プロジェクトを配置し始め、率先して出荷され、市場に受け入れられたメーカーは約50%の高毛利を享受することができるが、長期的には大規模な応用はコスト低下による性価比の向上に頼っている。
ある業界関係者は、2023年にシリコン系負極が放出量を開始すると予想しているが、今年はプラットフォーム期間を超えた需要が明らかになった。シリコン系負極は4680電池の直接受益者であり、放出時間もこのような電池の普及リズムに続いている。現在、テスラの自社生産ラインはすでに小規模で4680電池を量産しており、パナソニック、LGなどの海外メーカーが徐々に出荷し、中国メーカーもその後に続いて配置を展開している。
産業化の足どりが近づいている
シリコン系負極は次世代リチウム電池の負極材料と見なされ、数年後に爆発を迎える。証券時報・e社の記者は、現在、シリコンベースの負極を量産できるメーカーの数は多くなく、競争構造が相対的に集中しており、一部の量産メーカーはすでに新たな拡産を開始しており、いくつかの会社が中試、サンプリング段階にあることに気づいた。
ベトリーは中国初のシリコンベース負極を量産した会社だ。ベトリー社長の任建国氏は証券時報・e社の記者に、同社は現在3000トンのシリコン系負極の生産能力を持っており、主に電動工具や動力電池などの分野に応用されており、そのうち動力電池の使用量は約6~7割を占めていると伝えた。
ベトリーの拡産計画も業界で公開されたプロジェクトの中で最も規模が大きい。公告によると、ベトリー氏は最近、深セン光明区と50億元を投資して年間4万トンのシリコン系負極材料プロジェクトを建設することで合意し、第1期の1.5万トンは2023年12月末までに生産を開始する。
多くの伝統的な負極材料工場がシリコンベースの負極を配置し始めた。各社の公告によると、 Ningbo Shanshan Co.Ltd(600884) はすでに量産供給を実現し、主に3 Cなどの分野に応用され、動力電池の面では主流の自動車企業の多輪評価を通過した。 Shanghai Putailai New Energy Technology Co.Ltd(603659) 江西省と溧陽市にはシリコン系負極の試験線が建設されており、一部のお客様の認証を取得しています。 Shenzhen Xfh Technology Co.Ltd(300890) シリコン系負極はすでに産業化の基本条件を備えている。
この分野では、電解液材料を主に扱っている Shandong Shida Shenghua Chemical Group Company Limite(603026) を含む国境を越えたメーカーも誘致されています。証券時報・e社の記者は東営工場区の実地調査で、 Shandong Shida Shenghua Chemical Group Company Limite(603026) 一期1000トンのシリコンベース負極が試作段階に入っており、今年下半期に量産される予定であることを明らかにした。また、同社は2万トン級シリコン系負極生産ラインを計画し、総投資額は7.3億元で、2023年12月に完成し、生産を開始する見通しだ。
主なシリコン材料の30019も1万トン/年のリチウム電池用シリコン炭素負極材料を配置し、材料はすでにいくつかの電池メーカーの評価を通じて小ロットの供給を実現した。また、動力電池メーカー Gotion High-Tech Co.Ltd(002074) にも5000トン/年のシリコン系負極材料プロジェクトが建設中である。
現在、負極材料は依然としてグラファイトが主流であるが、ここ2年間、シリコン系負極の需要量の向上が顕著である。高工リチウム電のデータによると、2020年の中国のシリコン炭素負極の出荷量はわずか0.6万トンで、リチウム電池負極材料の全体的な割合の2%を占めている。2022年のシリコン系負極材料の需要量は2.2万トンと予想され、2019年から2022年までの複合成長率は80%に達した。
China International Capital Corporation Limited(601995) は最近の研究報告で、2022年がシリコン系負極産業化元年になる見込みだと明らかにした。2025年に世界のシリコン系負極の需要量は20万トンに達する見込みで、そのうち消費電池の浸透率は50%に達する見込みで、約7万トンのシリコン系負極の需要に対応する。円筒および正方形動力電池における浸透率はそれぞれ35%および20%に達し,シリコン系負極の約13万トンの需要に対応した。
普及応用は本を下げる必要がある
市場の扉を叩く前に、シリコン系負極は性能の面で持続的に最適化する必要があり、性価比の優位性を向上させるために絶えずコストを下げる必要がある。
容量は負極材料の性能を測定する重要な指標の一つであり、容量が大きいほど電池のエネルギー密度を向上させるのに役立つ。従来の黒鉛負極は数十年の発展を経て、比容量は360365 mAh/gに達し、理論比容量372 mAh/gに非常に近く、昇格空間は限られている。一方、シリコン系負極理論の比容量は4200 mAh/gに達し、これは、その容量天井がグラファイト負極の10倍を超えることを意味する。
一方、シリコン系負極は、シリコンが体積膨張しやすく、導電性が悪く、初回充放電損失が大きいなどの問題もある。従って,材料の性能改善は実際にはエネルギー密度と安定性のバランスを求め,現在のシリコン系負極製品はシリコンとグラファイトをドープして複合的に用いられている。
現在、量産製品のシリコンドープの割合は10%以下が多く、徐々に上昇傾向にある。真リチウム研究の創始者である墨柯氏は、証券時報・e社の記者に、最適なシリコンドープの割合は異なる分野の状況によって決まる必要があると伝えた。例えば、パナソニックはシリコンの割合を絶えず向上させ、約7、8年前に10%に上昇したが、その後、割合を下げたのは、総合的な利益のバランスを探すためだ。
具体的には、シリコン系負極は、シリコン炭素負極、シリコン酸素炭素負極などの異なるタイプに分けられ、シリコン炭素負極は初めて充放電効率が高いが、膨張が大きく、シリコン酸素炭素負極は逆である。例えば Shandong Shida Shenghua Chemical Group Company Limite(603026) 製品タイプは普通型と高第一効果型のシリコン酸素炭素負極(SiOx-C);ベトリーは2品種をカバーし、量産製品におけるシリコン炭素負極比容量は6501500 mAh/gであり、シリコン酸素炭素負極は1600 mAh/gに達することができる。
シリコン系負極の産業化はまだ初期段階であるため、量産を優先するメーカーはプレミアム効果を享受することができる。証券時報・e社の記者によると、現在、シリコン系負極の市場価格は20万~30万元/トンで、5万元/トンの中端人造黒鉛の価格より4~6倍高く、粗利率は50%に達している。
しかし、従来の価格ではシリコン系負極は性価比の優位性に欠けており、主流車種での応用に影響を及ぼす可能性がある。中金研報の試算によると、高ニッケル811軟包電池は450 mAh/gのシリコン炭素負極を使用し、全電池エネルギー密度は280 Wh/kgから295 Wh/kgに上昇することができ、上昇幅は約5%で、負極コストの上昇幅に及ばない。
市販されている少数の車種では、シリコン系負極材料の応用が始まっている。テスラモデル3などは負極に少量のシリコンを混入している。最近、広汽艾安AION LX Plusモデルが発売され、千里版はスポンジシリコン負極片電池技術を搭載し、1000キロの航続を実現した。
「このスポンジシリコン負極シート電池は三元正極を採用し、酸化亜シリコン負極材料を組み合わせている。グラム容量とシリコンドープの割合はいずれも市販の車種のレベルを上回っている。一般的に、シリコンベース負極は円柱電池で使用するのに最も適しているが、私たちは率先してそれを方形電池に応用することを実現した。電池材料体系の向上を行い、パッケージ設計に弾倉電池の設計構想を導入したからだ」。広汽艾安技術センターの李進高級マネージャーは証券時報・e社の記者に話した。
しかし、全体的に見ると、現在シリコン系負極を適用している電池のシリコンドープ割合は低く、シリコン系負極の優位性を完全に発揮していない。
負極材料に詳しい人は証券時報・e社の記者に対し、シリコン系負極は短期間でメーカーに直観的な営利貢献をもたらすことが難しく、複合ドーピングの案では増量空間も限られており、技術の突破を待つ必要があると述べた。
「消費分野に比べて、動力電池企業はコストに敏感で、最近は各種原材料の値上げ圧力に直面する必要があり、シリコン系負極の現在の価格は受け入れにくいかもしれないが、将来技術が成熟すると、より多くの会社が競争に参加し、価格が下がるだろう」。あるリチウム電業界のアナリストは証券時報・e社の記者に話した。
高毛利の下では、材料メーカーも実質的に下流に利益を譲るスペースがあります。 Shandong Shida Shenghua Chemical Group Company Limite(603026) は実行可能性報告の中で計算して、シリコンの負極の完成品の販売価格は7.3万元/トンと予想して、これは市場のハイエンドの人工黒鉛の価格とすでに近いです。任建国氏も、最終的にシリコン系負極性価比がハイエンドの人工黒鉛と一致する水準に達することができると考えている。
「シリコン系負極は、人工グラファイトの生産エネルギー消費が高く、グラファイト化の一環コストが50%を占めているため、シリコン系負極はこの工程を避けることができる」。李進氏は言った。
シリコン系負極の応用はまた、一連のセット材料の成熟を伴うことに値する。膨張を克服し、導電性、初回充放電効率などの性能を改善するために、シリコン系負極を用いた電池は、導電剤、接着剤、リチウム補給剤などの製品を配合する必要がある。一部のメーカーは関連製品のプロジェクトを計画し、 Shandong Shida Shenghua Chemical Group Company Limite(603026) は最近、9.35億元を投資して2万トン/年の正極リチウム補給剤プロジェクトを建設すると発表した。3.18億元を投資して1万トン/年新型導電剤プロジェクトを建設する。30019もシリコン系負極プロジェクトで4万トン/年専用接着剤生産基地を同時に計画した。
4680暖かい風が吹いてくる
現在、シリコン系負極は主に消費電子、電動工具などの分野に応用されているが、より大きな増量空間を秘めているのは動力電池分野であり、特に間もなく到来する4680電池は市場を変える温風となるだろう。
テスラは2020年に4680円柱電池を初めて発表し、その命名は直径46 mm、高さ80 mmの寸法に由来している。この電池の正極は高ニッケル三元材料を採用し、シリコンベースの負極を組み合わせ、無極耳と乾電極設計を有し、前世代の2170電池の航続距離に対して16%、電力出力を6倍、エネルギーを5倍向上させ、コストも14%低下する。テスラのマスクCEOは、この電池が2.5万ドルの電気自動車を可能にすると直言したことがある。
現在、4680電池はすでに大規模な量産前夜にある。テスラは2月19日、フリモント工場が1月に100万台の4680電池を生産したと発表し、2022年第1四半期にモデルY車種に先駆けて使用される見通しだ。1台あたり1000個のバッテリーを搭載した試算によると、100万個のバッテリーは1000台のModel Yの生産を満たすことができる。
独自の生産ラインのほか、テスラはサプライヤーと協力している。パナソニックとLGの新エネルギーはいずれも2023年に4680電池を量産する計画で、パナソニックの和歌山県にある工場は2本の生産ラインを導入しており、LGの新エネルギーも試験生産ラインを建設し始めた。
中国でも多くのメーカーが立地を始めています。30014は4680の技術備蓄を備え、2021年11月に荊門に20 GWh乗用車用の大きな円柱電池生産ラインを建設すると発表した。また、ビックセルでも全極耳大円柱電池の応用開発が行われており、2022年に量産規格品が発売される予定です。
また、業界情報によると、 Contemporary Amperex Technology Co.Limited(300750) は8本の4680電池の生産ラインを計画し、計12 GWhである。「 Contemporary Amperex Technology Co.Limited(300750) 現在主に直面しているのはやはり性価比の問題であり、シリコン系負極を応用するコストが高すぎて、エネルギー密度が550 Wh/kgの電池量産に達することができれば、シリコン系負極の応用が成熟したことを意味する」。あるシリコン系負極の研究開発者は証券タイムズ・e社の記者に話した。
注意しなければならないのは、中国の4680電池の一部がテスラの技術と完全に同等ではないことだ。「サイズが変わるだけなら、4680電池はすぐに作れます。先年、18650電池工場で無極耳製品の出荷を試みたことがありますが、テスラのように多くの新技術を溶け込むのは容易ではありません」。墨柯は表します。
シリコンベースの負極メーカーは、動力電池のターゲットとなるお客様を狙っています。 Shandong Shida Shenghua Chemical Group Company Limite(603026) によると、同社と中国のヘッドリチウム電池企業の前期技術のドッキング作業は継続中で、5社以上の企業の研究開発者は同社と技術共同開発協力を展開したいと表明した。
これらのシリコン系負極の研究開発者は、テスラ4680の量産後1年ほどで、中国メーカーがフォローできると予想している。シリコン系負極の動力電池分野での放出量は2023年ごろで、生産能力の不足が発生する可能性がある。
今年の下流需要が徐々に暖かくなったのは、複数のメーカーの共通の感覚だ。任建国氏も、先年の市場規模全体がプラットフォーム期の段階にあり、今年から増加傾向にあると明らかにした。中国はしばらく成熟した4680生産ラインを見ていないが、海外では徐々に量が増え始めており、ベトリーのシリコン系負極は現在、主に海外の大顧客に供給されている。
より遠くから見ると、シリコン系負極の応用は必ずしも4680電池に限られない。上記リチウム電業界のアナリストによると、円柱、四角形、ソフトパックの3つの電池ルートの中で、円柱電池の一致性が最も強いため、比較的急進的な材料を使うことができ、ソフトパック電池の安全係数が最も低いため、最も安定した材料を使う必要があるという。シリコン系負極の膨張係数を効果的に制御できる技術の改良であれば、正方形電池も軟包電池も使用できる。
車端応用について、李進氏によると、広汽エアン氏はシリコンベースの負極をより多くの車種に使用しようとしているが、業界内の他の会社もこの方面の計画を持っているという。短期的にはシリコンベース負極は依然として中高級車種に限られるが、材料の値下げに伴い、より多くの主流車種への応用が期待されている。
