硅碳负极产业化元年，利好哪些个股？
摘要
硅碳负极性能优异，产业化脚步开始临近。硅碳负极具有能量密度高，放电平台合适等优点，是较具潜力的下一代负极材料之一。过去几年受制于产品售价较高及配套产业链不成熟等原因，硅碳负极产业化进展不及预期。但2021年以来，特斯拉，宁德时代等企业相继开始量产使用硅碳负极的动力电池产品，部分负极企业也开始投资建设硅碳负极产线，我们判断2022年有望成为硅碳负极产业化元年。
动力及消费电池催化，硅碳负极需求量有望高增。我们预计2025年全球硅碳负极需求量有望达到20万吨，较2020年约万吨的需求将有明显提升。我们认为硅碳负极需求增长的主要驱动力在于硅碳负极在消费/动力电池中渗透率的提升。考虑到消费用硅碳负极技术较成熟，我们预计2025年渗透率有望达50%，对应约7万吨硅碳负极需求；而对于动力用硅碳负极，受益于产业链配套逐步完善，我们预计2025年硅碳负极在圆柱动力电池/方形动力电池中渗透率有望达到35%/20%，对应约13万吨硅碳负极需求。
硅碳负极需求增长，配套材料有望同步受益。随着硅碳负极需求量增长，我们认为与之配套使用的纳米硅粉，补锂剂，硅碳负极粘结剂，碳纳米管导电剂，新型电解液添加剂等产品需求同样将得到显著催化。我们判断到2025年，硅碳负极需求增长有望带动纳米硅粉/补锂剂/碳纳米管导电剂需求达到2万/2万/32万吨。
风险
硅碳负极产能投放不及预期，技术路线变革风险，新能源汽车渗透率不及预期。
正文
硅基负极：高比容量的下一代负极材料
锂电负极主要分为三类，石墨类负极最为常用：锂电池负极材料主要包括1）碳材料，主要包括天然石墨，人造石墨及无定形碳等。2）含碳化合物，主要包括B-C-N系化合物及C-Si-O系化合物（即硅基材料）3）非碳材料，主要包括金属氧化物，锂-过渡金属氧化物如钛酸锂、锂合金等。由于具有成本及循环稳定性等多种优势，石墨类负极是目前最为常用的锂电池负极材料，据高工锂电统计，2020年中国锂电负极出货量达37万吨，其中天然石墨及人造石墨出货量合计达35.9万吨，占比超过97%。
图表1：锂电池负极出货量
石墨类负极性能提升空间已较为有限：负极作为锂离子电池的重要组成部分，使用高容量的负极材料可以有效提升全电池能量密度。经过数十年发展，目前最常用的石墨材料实际比容量已经可以达到360-365 mAh/g，十分接近理论比容量（372mAh/g），继续改善石墨负极性能对锂离子电池性能提升十分有限。
硅基负极是较具应用前景的下一代锂电负极材料：硅基负极具有能量密度高，原料分部广泛，放电平台合适等优点，被认为是较具前途的下一代锂离子电池负极材料。其中硅基负极主要包括两类，1）单质硅负极，其理论比容量高达4,200 mAh/g，超过石墨负极的10倍。2）氧化亚硅负极，其理论比容量达2,600mAh/g，同样远高于石墨负极。
图表2：主流锂电池负极性能对比
硅基材料在实际应用中存一定问题：虽然单质硅材料拥有较高的比容量，但是仍存在一些问题1）循环稳定性弱：硅充放电过程中体积膨胀收缩变化达320%（石墨仅12%），会产生较大的机械应力，多次循环后硅颗粒会发生断裂和粉化，造成负极失效；2）导电性不佳：硅与导电剂及负极粘结剂的接触较差，导致电极整体导电性不佳；3）首次循环库伦效率低：锂离子电池充电过程中，有机电解液会在负极表面分解，形成SEI（固体电解质相界面）膜，不可逆的消耗锂离子电池中来自正极的锂离子，降低了锂离子电池容量和能量密度，硅材料的首次充电不可逆循环损耗最高达到30%（石墨为5-10%）。
图表3：硅负极失效机理
资料来源：美国化学会，中金公司研究部
硅基负极改性技术多元，部分技术已开始产业化
硅基负极改性方法多元，部分技术已开始产业化。为解决硅基负极所面临的膨胀及失效等问题，科研人员开发了多种硅基负极改性方式，主要包括1）硅氧化，2）纳米化，3）复合化，4）多孔化，5）合金化，6）预锂化。其中复合化，硅氧负极，纳米化技术的产业化技术较为成熟，预锂化也初步开始了产业化，这些改性方法也可同时使用以提升硅基负极的整体性能。
硅氧化（氧化亚硅）
相较于单质硅颗粒，氧化亚硅（SiOx）在锂嵌入过程中发生的体积膨胀较小，因此相对纯硅负极，其循环稳定性有较为明显改善，但是氧化亚硅负极在充放电过程中会生产Li2O等非活性物质，导致SiOx材料首次效率较低（约70%）。
氧化亚硅负极产业化进展较快：由于循环稳定性较好，加之容量也明显由于传统石墨负极，目前各大负极材料厂商对氧化亚硅负极均有所布局。信越化学（日本），大洲（韩国），杉杉股份（中国）及贝特瑞（中国）等企业目前均有可以量产出货的硅氧负极产品，在电动工具等领域已经得到了部分应用。
纳米化
通过降低硅基材料粒径至纳米级别，也可以改善硅基材料在充放电过程中发生的体积变化。纳米级硅材料拥有较小的颗粒尺寸和更多的空隙，更容易缓冲硅在脱嵌锂离子过程中产生的应力和形变。此外，纳米颗粒可以缩短锂离子扩散距离，增长硅材料储锂能力，常见的硅纳米结构主要包括0D，1D和2D材料。
1D硅纳米线负极产业化相对迅速：目前1D硅纳米线负极的产业化进展较为迅速，以斯坦福大学崔屹教授课题组技术为基础的美国安普瑞斯（Amprius）公司通过CVD（化学气相沉积）方式制备的含硅量100%的硅纳米线负极材料，已经在部分消费类电池产品得到应用。这种硅纳米线负极结构解决了硅负极膨胀及失效等问题，也有效降低了负极的厚度，提升了系统整体能量密度。虽然硅纳米线负极具有诸多优势，但生产成本较高，材料均一性不好等缺陷也一定程度上限制了其大规模应用。
硅碳负极概念股，供大家参考。
（1）、璞泰来：2021年第三季度，璞泰来营收同比增长62.59%至23.72亿元，净利润同比增长108.61%至4.56亿元。
公司的人造石墨以及硅碳材料以及隔膜业务绑定宁德时代，已经对其进行使用授权和专利合作，并与中科院合作研发高性能纳米硅碳材料。预计2021年产硅碳负极产量将达到1000吨。
（2）、硅宝科技：硅宝科技2021年第三季度营收同比增长68.93%至6.74亿元，毛利润为1.220亿，毛利率18.65%。
公司在互动平台上表示，在2019年已经完成年产50吨硅碳负极材料生产线中试。。
（3）、杉杉股份：2021年第三季度，杉杉股份营收同比增长145.05%至57.65亿元，净利润同比增长1034.67%至20.14亿元，毛利润为15.27亿，毛利率26.74%。
公司自2009年起开始研发硅碳负极材料技术，目前包括硅碳负极材料在内的锂电池负极材料产能共有6万吨，后期10万吨在建产能有望年内完成。
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