新型硅碳性能、成本构成、起源及产业链梳理

新型硅碳技术优势明显，未来前景可期。

工艺技术快速迭代，新型硅碳实现突破。硅负极材料膨胀剧烈，导电性较差，因此工 艺上采用纳米化和碳包覆的方式来改善其性能。第一代工艺是采用研磨法制备硅碳 负极材料，该路线核心是通过硅颗粒之间的空隙来缓冲材料的综合体积膨胀，为材料 膨胀提供了体积变化以及应力释放的空间；但由于其粒径较大，无法有效解决膨胀问 题，循环性能一般。第二代采用的是硅氧路线，是目前主流工艺；硅氧或者预锂化硅 氧的路线主要是在材料的嵌脱锂过程中通过化学反应使硅氧材料中的单质硅粒径控 制在 5nm 以下，颗粒间空隙更丰富，同时提供了更大的应力缓冲空间，降低了材料 的整体膨胀系数。然而硅氧首效较低，首次充放电加入锂金属、镁金属等作为预锂剂， 能让预锂化后的硅氧负极首效提升，但成本偏高；此外该工艺路线仍有一定程度的膨 胀，存在产气现象。CVD 气相沉积硅碳路线即新型硅碳，属于新技术突破的工艺路 线。CVD 气相沉积硅碳路线的核心是通过低成本生产的多孔碳骨架来储硅，并通过 多孔碳内部的微孔来缓冲硅嵌锂过程中的体积膨胀，从而改善其循环性能。

新型硅碳电化学性能优异。与硅氧相比，硅碳材料采用的是硅颗粒作为活性材料，因 此其首圈库伦效率较高，其复合材料克容量可以做到 1750mAh/g 以上。其次，新型 硅碳采用 CVD 方法将纳米硅负载在多孔碳中，多孔碳的空腔保留足够的空间利于硅 负极的膨胀，电极材料与电解液的界面保持稳定，无剧烈膨胀，循环性能优异。

新型硅碳理论成本较低。新型硅碳主要是由硅烷气、多孔碳制备而成，在其成本构成 中，硅烷气体成本占比高达 50%，多孔硅碳前躯体占比约 35%；从质量对比来看， 新型硅碳中硅和碳的质量占比约为 1:1，生产 1 吨硅碳负极母料需要 0.6 吨以上硅 烷。硅烷目前价格较高，预计未来可能降低至 10 万/吨甚至更低，显示出巨大的降本 潜力；另一方面，多孔碳当前价格约为 20 万/吨，预计未来可能降至 8~10 万/吨。因 此在制备成本方面，新型硅碳理论制备成本有望控制在 20 万/吨以内。由于新型硅碳 材料的克容量是石墨的 5 倍，再加上多孔硅碳规模上量以及技术的进步，在成本上 有望于石墨负极材料相媲美。

硅碳负极用途广泛，满足不同应用需求。硅碳负极凭借其高能量密度与快充的性能优 势，在手机、电动工具以及新能源汽车都具有潜在的应用前景。随着手机智能化的进 一步提升，对电池高能量密度、长续航提出了更高的要求；2024 年 2 月，小米发布 的 14Ultra 手机，利用硅碳负极材料将电池的能量密度提升至 779Wh/L，其中最高 硅含量 6%，使电池体积降低了 8%，续航能力提升了 17%；在新能源汽车领域，硅 碳负极材料目前已经得到了初步的应用，随着新型硅碳技术的成熟，有望加速渗透。

新型硅碳市场空间巨大，前景可期。传统的硅氧负极材料由于库伦效率较低，膨胀剧 烈，需要采用与石墨掺混（硅比例小于 10%）的方式来保障负极的整体性能；新型 硅碳首效较高，体积膨胀小，循环性能稳定，可以大比例掺混的方式（20%，30%以 上）来提高电池的能量密度，有望大幅提高硅基材料在负极中的渗透空间。硅碳负极 在电池的首效、容量、循环、膨胀等均领先于传统硅碳和硅氧材料，是硅基负极材料 产业化的重大技术革新，未来发展空间巨大；根据高工锂电数据显示，23 年我国硅 基复合材料出货 1.9 万吨，预计 2030 年出货量将超 30 万吨，年复合增长率超 50%。

美国 G14 率先在新型硅碳取得突破，产品性能优异。Group14 公司率先采用气相沉 积 CVD 法制备出性能优异的新型硅碳复合材料。2021 年 4 月，Group14 旗舰产品 “硅碳复合负极材料 SCC55TM”在全球首家同类 BAM 工厂（电池活性材料工厂） 开始商业化生产，SCC55TM 在内阻、循环、首效等方面性能大幅度提升。公司获得 了包括保时捷、ATL、光石、BASF、微软等公司的投资，并分别在华盛顿、韩国扩 建产能，以满足未来的市场需求。

国内一级资本纷纷涌入，新型硅碳企业百花齐放。硅碳负极企业在一级市场融资备受 瞩目，吸引了众多资本的积极投入，不仅为硅碳负极企业提供了充足的资金支持，也 进一步加速了新型硅碳技术研发和市场拓展的步伐。以碳什科技为例，从 2022 年 7 月成立起，企业在 8 个月便完成了天使轮和天使+轮融资，仅天使轮融资金额便达到 数千万元。

硅碳材料行业产能大幅扩张。新型硅烷材料布局者众多，有传统的负极材料领军企业 如贝特瑞，杉杉股份，璞泰来；也有新进入硅碳负极产业的公司如致德新能源，天目 先导等。行业硅碳产能加速扩张，规模化量产工艺主要以硅氧为主，随着新型硅碳技 术的突破，行业扩产向新型硅碳方向转变；据不完全统计，截至目前硅碳和硅氧合计 投产产能已经达到 5.3 万吨左右，在建以及规划产能已超过 50 万吨。

新型硅碳作为电池环节的中游材料，需要采用和石墨相复合的方式来制备锂电负极 材料。上游端，新型硅碳是由硅烷气和多孔碳制备而成，合成设备主要是流化床；下 游应用领域为动力电池、手机电池和电动工具等领域。

设备端：流化床产品均一性好，行业发展的主要方向。流化床颗粒固化设备，均一性好。流化床设备是一种通过气体或液体流体化固体颗粒 的工艺设备。在硅碳负极的制备过程中，通过调整流体的流动速度和温度，使硅颗粒 在床层中均匀分布，进而将硅沉积到多孔碳中，实现对硅颗粒的碳包覆。在包覆过程 中，通过加热和反应气体的作用，使硅和碳发生化学反应，形成稳定的硅碳复合材料。 流化床设备的优点：一是高效包覆，通过流化床设备，可以实现对硅颗粒的高效包覆， 确保硅碳复合材料的均匀性和稳定性。二是形态和尺寸控制，在制备过程中，可以通 过调整流化床设备的工艺参数，实现对硅颗粒形态和尺寸的控制，满足不同应用需求。 规模化难度较大，是行业发展的关键所在。硅烷吸附与裂解需要高压与高温环境以及 后端的气固分离，因此对流化床设备则要求极高的密闭性和高气压以实现小颗粒的气态包覆，操作难度高。当前业内流化床沉积设备仍以 20kg/炉小型化设备为主，已 开发出超过 100kg/炉的设备，并采用多台 20kg/炉设备联用以提升生产效率和产品 一致性，但相关设备的验证、改进及工艺优化仍需时间。

回转窑易于规模放大，产品品质仍需进一步优化。回转窑是一种用于煅烧的设备，通 过倾斜和旋转，确保物料均匀加热。在制备硅碳负极材料的过程中，将多孔碳基底材 料放入回转窑，通入惰性气体并加热至 450-900℃，引入硅源气体进行气相沉积形成 硅层，继续升温至 800-950℃，通入碳源气体进行第二次沉积，形成碳层。通过交替 沉积硅碳层，制备出硅碳复合材料。回转窑设备运行稳定，单机产能大、产品容易放 大，燃料适应性好，并且近两年技术大幅创新，能耗逐步下降。但是回转窑作为沉积 设备容易导致沉积或者包覆不均匀，硅烷利用率低，最终复合后的硅碳性能较差，需 要进一步的优化改善。

多孔碳：骨架支撑作用，材料特点直接影响负极性能。多孔碳微纳米孔，储硅抑制膨胀。多孔碳材料是以碳为主体的一类具备高度发达的孔 隙结构的新型材料，其性能优异具有比表面积大、机械性能强、化学稳定性高、物理性质优良的特点。根据孔径大小，多孔碳材料通常分为微孔型（<2 nm）、介孔型 （2~50 nm）、大孔型 （>50 nm）、分级多孔型。在硅碳负极中起到导电、存储硅颗 粒，抑制硅膨胀保持 SEI 膜稳定的作用。

原材料来源丰富，制备方法多样。多孔碳的原材料主要是有木质素和树脂基两种：木 质素基来源丰富且可再生，成本低，性价比较优；树脂基合成的多孔碳孔径分布均匀， 有利于硅烷均匀沉积且膨胀率较低，循环性能提升明显。多孔碳的制备方法多样，包 括活化法、模板法、溶胶-凝胶法、溶剂热法、化学气相沉积法（CVD）、超声喷雾热 分解法等。

元力股份：生物质活性炭龙头，有望受益于新型硅碳的放量。公司是全球最大的木质 活性炭生产企业，产品矩阵丰富。在活性炭方面，公司深耕木质活性炭领域二十余年， 持续朝着全品类的方向发展，主营活性炭产品包括粉末活性炭、柱状活性炭、破碎活 性炭、超级活性炭等。此外，公司积极布局储能领域碳基新材料；在硬碳材料方面， 利用地处闽北临近全国最大种植面积毛竹林的区域优势，提高硬碳原材料供应稳定 性，成本优势明显；多孔碳方面，公司给下游送样测试顺利，未来随着新型硅碳的规模化放量，公司多孔碳业务有望受益。

硅烷气：小众市场，新型硅碳大幅扩容。硅烷气小细分品种，应用领域广泛。硅烷气，也称为硅烷（化学式 SiH4），是一种无 色、可燃、有毒的气体，主要由硅和氢组成。硅烷在光伏、显示面板、半导体、集成 电路、复合材料等新能源和新材料行业有着广泛应用。硅烷气市场规模较小，2022 年硅烷气行业需求约 7301.88 吨，硅烷科技及兴洋科技分别出货 1820、1749.4 吨， 市占率分别为 24.9%、24%。 硅烷气应用于新型硅碳领域，前景广阔。随着新型硅碳技术的突破，以及未来在动力 电池市场的放量，有望带动硅烷气体市场规模的增长；根据 GGII 的预测，2030 年 硅碳负极出货量有望达到 30 万吨，假设有 60%的比例采用的是新型硅碳，按照一吨 新型硅碳需要 0.6 吨的硅烷气制备，则对硅烷气的需求量大约为 10.8 万吨，市场空 间大幅扩容。

硅烷科技：深耕硅烷气领域，公司营收稳步增长。公司下游市场覆盖广泛，涉及半导 体、显示面板、光伏、尼龙化工等多个行业，目前已积累 TCL 华星、隆基股份、惠科电子、京东方、爱旭股份、华特气体等一批市场领先的重要客户。近年来，公司电 子级硅烷气业务发展迅速，公司营收快速增长，从 2020 年的 5.11 亿元增长到 2023 年 11.21 亿元。2021 年以来光伏行业的快速发展带动电子级硅烷气供不应求，产品 价格大幅上涨，公司盈利能力大增，2023 年达到 3.08 亿元；随着行业扩产产能的释 放，供需缓解，产品价格下滑，24 年前三季度公司归母净利 0.88 亿元，同比减少了 59.8%。 深度绑定天目先导“新一代纳米硅碳负极材料项目”。公司与溧阳天目先导电池材料 科技有限公司签订了《战略合作协议》，拟为天目先导或其项目公司长期稳定地提供 硅烷供应。天目先导是新型硅碳领军企业，目前规划产能 6 万吨/年，其中一期产能 1 万吨/年，建设期为 2023 年至 2024 年。一期项目建成达产后，将产生 6000 吨/年 以上的硅烷气采购需求，项目全部建成达产后的远期硅烷气需求量将超过 3.6 万吨/ 年。整体来看，此项目的合作有望给公司带来长期稳定的订单需求，拓展公司硅烷气 业务，实现产业链条协作和互利共赢。