电力设备行业硅碳负极深度3：产业趋势渐明，看好动力领域放量

证券研究报告 行业报告：行业深度研究2025年01月02日 电力设备 硅碳负极深度3：产业趋势渐明看好动力领域放量 作者： 分析师孙潇雅SAC执业证书编号：S1110520080009 天风证券 TFSECURITIES 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 行业评级：强于大市（维持评级） 上次评级：强于大市 摘要 为什么需要发展硅碳负极？高比能（续航）、强快充。目前主流负极企业比容量可做到355-360mAh/g，接近理论比容量372mAh/g，负极材料急需升级，硅材料理论比容量达4200mAh/g，是石墨的10倍以上。从结构看，硅负极快充性能优于石墨。 硅负极应用场景：消费电子、小动力、高端乘用车。手机电池掺硅趋势明显，比例在5-10%，不局限于高端机型。电动工具锂电池头部供 应商表示，根据客户对电池性能的需求，部分容量2500-2600mAh的高倍率圆柱电池有硅基负极应用需求，而容量上到3000-3350mAh 及3500mAh的产品绝大部分必须用到硅基负极。民用无人机等对能量密度要求高故对硅负极有需求。硅负极在高端乘用车已展开应用，具体包括智己、奔驰、保时捷、特斯拉等。 我们认为随看CVD工艺的推出，硅负极在消费电池已形成成熟化应用，动力处于放量前期。 √需求侧：璞泰来表示硅碳负极产品已小批量供应下游消费电子客户，硅碳负极的中试产能已供不应求。 √成本侧：目前CVD法硅碳（纯品）克容量约1800mAh/g，而人造石墨理论区间在310-360mAh/g，简单测算经济性的方式为容量平价 即硅碳和石墨单位克容量平价。根据鑫锂电，目前CVD硅碳售价高达75万/吨。根据隆众能源，2024年10月负极：中端产品主流价格 1.9-2.9万元/吨，高端动力产品主流价格2.6-3.3元/吨，则硅碳负极较目前中端负极的容量价格平衡点在11-15万元/吨，高端动力容量价 格平衡点在15-17万元/吨。 从成本端出发，CVD硅碳负极成本中原材料是核心，多孔碳>硅烷气>流化床设备。多孔碳：当前在消费电池中用的树脂类多孔碳价格高 达30-50万/吨，硅烷气：23年时硅烷价格高达25万/吨左右，24年H2以来硅烷价格下降（光伏需求偏弱），硅烷气价格有望持续下降 投资建议 增量空间和格局为第一要义。首推增量空间弹性大且格局好的CNT-【天奈科技】、建议关注PAA-【日播时尚】；其次推荐增量大但格局仍需观察的硅碳环节-【璞泰来】，建议关注【贝特瑞），建议关注多孔碳-【元力股份）、【圣泉集团】；最后建议关注硅负极率先应用的消费电池公司【豪鹏科技】。 风险提示：电动车销量不及预期、硅负极研发不及预期、原材料价格下降不及预期、新技术送代超预期、产能扩建不及预期 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明天风证券 T 应用端：市场空间 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 为什么需要发展硅碳负极？高比能（续航）、强快充 口硅负极的理论克容量是石墨10倍。续航里程是新能源车发展的痛点之一，能量密度是制约续航里程的最关键因素。电池能量密度受正负极比容量影响，目前三元正极已经迭代至8系，甚至9系，模拟计算表明，在当前正极材料基础上提升负极材料的比容量对提高整个电池的能量密度仍然有较大贡献。目前主流负极企业比容量可做到355-360mAh/g，接近理论比容量372mAh/g，负极材 料急需升级，硅材料理论比容量达4200mAh/g，是石墨的10倍以上。 口从结构看，硅负极快充性能优于石墨。锂离子电池充电的时候，锂离子向负极迁移，快充电芯实际上重要的技术难点为锂离子在负极的嵌入问题。硅从各个方向提供锂离子嵌入和脱出的通道，而石墨只能从层状的端面方向提供锂离子嵌入和脱出的通道，因比硅负极快充性能更优 表：负极材料性能对比 图：正负极比容量和全电池比容量关系图 类型天然石墨人造石墨硅基负极 理论容量 0000000000000 340-370mAh/g310-360mAh/g400-4000mAh/g 首次效率>93%>93%>77% 循环寿命一般较好较差 安全性较好较好一般 倍率性一般一般较好 190 165 140 115 +C.=140mAh/g +C=200mAh/g +C.=300mAhlg 成本较低较低较高CommercialLIBwithgraphiteanode 能量密度高、加工5001000150020002500300035004000 优点膨胀低，循环性能好能量密度高 性能好 leo Anodespecificcapacity/(mA-h·g") 缺点电解液相容性较差，能量密度低，加工性膨胀大、首次效率低、循 膨胀较大能差环性能差 资料来源：中科电气定增募集说明书、贝特瑞公开发行说明书、石墨邦、天风证券研究所 天风证券 硅负极应用场景：消费电子、小动力、高端乘用车 口手机电池掺硅趋势明显，比例在5-10%，不局限于高端机型。今年以来华为、vivo、OPPO、荣耀、一加、小米等企业均发布了 使用硅基负极材料电池的手机，且从旗舰型手机下探到中低端手机趋势明显，带来的硅碳负极使用量将大幅增加 口小动力：1）电动工具：电动工具锂电池头部供应商表示，根据客户对电池性能的需求，部分容量2500-2600mAh的高倍率圆柱电池有硅基负极应用需求，而容量上到3000-3350mAh及3500mAh的产品绝大部分必须用到硅基负极。2）航空：包括民用无人机等。 口硅负极在高端乘用车已展开应用。 国内：智己汽车推出了搭载半固态电池的新车L6，其中即采用了硅基负极。 电池中，硅基负极是其重要组成部分。 表：硅负极在手机中的应用 品牌应用 VIVO OPPO 发布Y300Pro新品手机，采用6500mAh蓝海电池。据悉蓝海电池采用了二代硅碳负极材料，电池能量密度 超过800Wh/ OPPOFind系列产品负责人周意保在微博上透露，OPPOFindX8系列将会全系搭载采用硅碳负极电池技术的冰川电池。 华为华为在其商城发布华为畅享70S，搭载6000mAh使用硅碳负极的巨鲸电池。 荣耀正式发布第三代青海湖电池，并宣布会在最新的折叠屏旗舰MagicV3上搭载，其硅碳负极含量为10% 一加联合宁德新能源科技正式发布冰川电池并宣布将在新机一加Ace3Pro上首发搭载。冰川电池采用全新一 一加代硅碳负极电池技术，相较于传统的石墨负极电池，冰川电池大幅提升电池中的锂离子含量，将电池能量密 度提升到行业领先的763Wh/L，同时硅碳负极含量为6%。 发布数字系列旗舰小米14UItra，搭载金沙江电池能量密度达779Wh/L，并采用了最新一代硅碳负极技术， 小米 硅碳含量为6%且1600次循环后保持80%的电池寿命。 资料来源：电动中国公众号、天风证券研究所 天风证券 应用端放量节奏：消费电子成熟化应用，动力处于放量前期 口硅基负极在3C电子产品中已经有较成熟的产业化应用，在动力电池中有小批量试用，出货量接近干吨量级，处于大规模应用的前 期。 口璞泰来表示硅碳负极产品已小批量供应下游消费电子客户，硅碳负极的中试产能已供不应求。 表：硅负极技术路线发展时间线 时间发展 研磨法硅碳在产业中应用较多。研磨法通过降低颗粒尺寸缓解膨胀，理论上将粒径降至20nm以下就可以解决膨胀问题 2021年前在实际应用中，粒径难以通过研磨降到100nm以下，循环性能难以提高，现在一般用于对循环要求不高的3C电池。 硅氧负极被寄予厚望。硅氧负极中的SioX在嵌锂时与Li发生反应生成单质Si、Li20和锂硅酸盐，然后Li再与生成的Si发 生合金化。本质上是通过化学反应产生粒径极小的Si，从而解决了膨胀问题。但是生成的Li20和锂硅酸盐消耗了大量的 2021年-2023年活性锂，增加了成本，同时首效低至80%以下，与石墨的95%难以匹敌。 预镁化和预锂化可以部分解决首效问题，但是又将大幅提高材料成本。当前国内大量出货的产品以硅氧负极为主，主 要用于出口海外。 化学气相沉积法（CVD）是将硅烷通入海绵状的多孔碳，热解生成硅纳米颗粒，沉积在碳表面形成硅碳复合材料。 2023年至今硅的纳米化和多孔碳的孔隙可以明显减小嵌锂带来的体积膨胀，由于硅颗粒小，产品组分均匀、结构致密，材料膨胀率 低，循环性能得到显著提升 资料来源：石大胜华公众号、天风证券研究所 天风证券6 车端放量的核心是成本，硅负极降至20万元/吨以下，可实现对标石墨平价 口目前CVD法硅碳（纯品）克容量约1800mAh/g，而人造石墨理论区间在310-360mAh/g，简单测算经济性的方式为容量平价， 即硅碳和石墨单位克容量平价。 口根据鑫锂电，目前CVD硅碳售价高达75万/吨。根据隆众能源，2024年10月负极：中端产品主流价格1.9-2.9万元/吨，高端动 15-17万元/吨。 表：硅碳负极经济性测算（目前表示24年Q4） 项目 单位 人造石墨纯硅碳（CV 目前价格目前容量 万元/吨 mAh/g 1.9-3.375310-3601800 平价平衡点（中端）平价平衡点（高端） D法） 万元/吨 1.9-2.9 11-15 万元/吨 2.6-3.3 15-17 资料来源：鑫啰资讯公众号、隆众能源公众号、东能钠新公众号、天风证券研究所 天风证券 成本端：降本路径 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 成本构成：原材料是核心，多孔碳>硅烷气>流化床设备 口硅碳负极成本拆分中，目前材料是大头，单吨成本在几方到几十方，设备规格扩大后，有规模化降本空间。口材料主要是多孔碳和硅烷气，多孔碳占比更大。 1）多孔碳：当前在消费电池中用的高端树脂类多孔碳价格高达30-50万/吨；伴随干吨级产线投产，且材料厂商针对动力类需求开发 的高性价比树脂多孔炭推广，我们认为2025年后多孔碳价格有望降至20万/吨以内。 2）硅烷气：23年时硅烷价格高达25万/吨左右，24年以来随着硅烷新产能持续释放，光伏等核心需求增速下降，硅烷价格有望持续下降。 口设备：当前在用的流化床为20kg级对应单价约65万/台，大规格的设备有望逐步投入量产。大规格的设备投入量产有望持续推动设备 规模化降本。 天风证券 3 投资建议 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明10 投资逻辑：增量空间和格局为第一要义 首推增量空间弹性大且格局好的CNT－【天奈科技】，建议关注PAA－【日播时尚】。 其次推荐增量大但格局仍需观察的硅碳环节－【璞泰来】，建议关注【贝特瑞】，建议关注多孔碳一【元力股份）、【圣泉集团】。 天风证券 天奈科技：硅负极提升对单壁碳纳米管的需求，公司已有百吨订单 口据GG统计分析，天奈科技2023年碳纳米管导电浆料出货量占中国碳纳米管导电浆料市场份额为46.7%，排名第一。 口单壁碳纳米管是显著减轻硅负极衰减的关键解决方案。高容量高体积膨胀材料如硅碳和硅氧，目前只能与相对膨胀较小石墨结合使用，以减少体积过度膨胀引起的性能衰减。在这些硅基复合负极中，单壁碳纳米管被证明是一种简单而有效的材料，可以大幅度完善优化系统导电网络，且改善体系循环和容量保持。 口公司已经制备出了管径分布均匀的单壁碳纳米管，进一步分离得到高纯度的电子领域用的碳纳米管，单壁碳纳米管及单壁碳纳米 管复合型产品正在逐步推向市场。单壁碳纳米管的制备难度高，目前在全球范围内只有极少数厂商能够规模化生产单壁碳纳米管。公司通过多年的技术研发积累，已掌握单壁碳纳米管的负载型催化剂的制备方法、新一代寡壁和单壁碳纳米管连续制备技术等并将在该产品基础上进一步研发新型或复合型产品，从而进一步丰富公司产品矩阵，为客户提供全面的技术解决方案 口目前公司单壁及相关复合产品主要用在高能量密度、快充等下游需求的应用场景中，目前单壁及相关产品已有百吨订单，且随着 下游对电池更高性能的需求，预计对公司单壁及相关产品的需求会迅速提升， 天风证券12 日播时尚（茵地乐）：PAA可有效控制硅膨胀，茵地乐23年国内市占率53%