贝特瑞/杉杉股份疯狂扩产，干法电极技术让成本暴跌30%！

锂电池发展到今天，已经有了突飞猛进的进步，包括产业内对于未来5-10年的电池图谱布局脉络也日渐清晰。方向是光明的，但道路曲折，产业内急需突破一些瓶颈，解决与突破重大“痛点”。

负极材料迭代就是其中之一

锂电池负极材料主要分为碳基材料和非碳基材料。碳基材料包括天然石墨负极、人造石墨负极、中间相碳微球(MCMB)、软碳(如焦炭)负极、硬碳负极、碳纳米管、石墨烯、碳纤维等。非碳基材料主要分为硅基及其复合材料、氮化物负极、锡基材料、钛酸锂、合金材料等。

目前商品化负极材料以石墨为主，石墨类负极在锂电池中的理论比容量只有372mAh/g。商业化高端石墨材料的实际比容量已经在360-365 mAh/g，已经十分接近其理论比容量，改进完善石墨负极材料对锂离子电池的能量密度提升极为有限。

锂电池能量密度的提升面临瓶颈，因此寻求更高比容量负极材料成为当前产业研究的核心。硅基负极因其极高的比容量和可显著提升锂电充放电效率的优势而备受关注，被认为是进一步提高电池能量密度的有效途径。硅在锂化时的严重体积效应是硅基材料商业化的最大限制，但现阶段硅基负极膨胀问题在CVD法硅碳下已取得较大改善，未来硅基负极在应用端的需求有望进一步增长。

硅基负极是重点方向，多个企业开始重视

回首锂电池材料端可发现，2024年末至2025年初硅基负极新闻频发，布局速度明显加快。

国内方面，1月16日国家知识产权局信息显示，贝特瑞申请一项名为“负极材料、电池”的专利，公开号CN 119297287 A，申请日期为2023年6月。

月初，中天宸（包头）硅基气体及硅基前驱体项目签约，该项目投资8亿元，分两期建设，一期建设电子级硅基气体及硅基前驱体项目；二期建设2万吨新型硅基负极材料。

海外方面，1月9日，法国硅基企业Novacium宣布与本国陆军技术部门合作开发硅基负极电池，用于军事设施相关产品，该电池准备采用18650圆柱电池型号，应用Novacium所生产的硅基负极材料。

2024年12月19日，NEO Battery Materials宣布与北美某电池制造商签署硅增强电池技术联合开发协议JDA，根据协议NEO将向合作伙伴提供聚合物涂层硅基负极材料。

部分电池企业硅基负极布局情况

核心痛点

1. 体积膨胀率过高

硅在充放电过程中体积膨胀率高达300%（石墨仅为10-12%），导致颗粒粉化、SEI膜破裂、电极结构破坏，显著降低循环寿命。膨胀产生的应力还会引发电池安全隐患。

2. 导电性差

硅是半导体材料，本征导电性弱，导致锂离子和电子传输速率低，影响高倍率放电性能。此外，硅与导电剂、粘结剂接触不良，进一步削弱导电性。

3. 首次效率低

硅基负极首次充放电的不可逆锂损耗高达30%（石墨仅 5-10%），首次库伦效率仅65-85%（石墨为90-94%），主要因纳米硅颗粒团聚和SEI膜反复生成。

4. 循环寿命短

目前硅基负极循环寿命仅300-500次（石墨可达1500次以上），主要因体积膨胀导致活性物质脱落、SEI膜持续增厚和电极塌陷。

5. 成本高

纳米硅粉制备工艺复杂（如CVD法）、能耗高，且规模化生产尚未成熟，导致材料成本远高于石墨。

解决思路

1. 缓解体积膨胀

纳米化与多孔结构：将硅颗粒尺寸缩小至150nm以下，并通过中空、多孔或核壳结构（如yolk-shell）为膨胀预留空间，降低内应力。

碳基复合材料：采用硅碳（Si/C）或硅氧（SiOₓ）复合，利用碳材料缓冲膨胀并提升导电性，例如贝特瑞的硅碳负极已进入特斯拉供应链。

粘结剂优化：开发弹性聚合物（如PAA、CMC）或自修复材料（如TiO₂包覆），增强电极结构稳定性。

2. 提升导电性

导电剂复合：引入碳纳米管、石墨烯等高导电材料构建三维网络，缩短锂离子传输路径。

表面包覆：通过化学气相沉积（CVD）在硅颗粒表面包覆碳层或金属层（如Ag），改善界面接触。

3. 提高首次效率

预锂化技术：在电极中预掺锂粉或LiₓSi添加剂，补偿首次充放电的锂损耗，首效可提升至85%以上。

表面钝化处理：通过高温歧化或金属掺杂（如Sn合金），减少活性锂消耗。

4. 延长循环寿命

电解液优化：添加FEC、PFPI等成膜剂，形成稳定SEI膜，减少电解液分解。

干电极技术：避免溶剂对硅颗粒的侵蚀，提升电极均匀性和机械强度。

5. 降低成本

工艺改进：采用固相反应法、机械球磨等低能耗工艺替代传统CVD法，降低生产成本。

规模化生产：头部企业（如贝特瑞、杉杉股份）加速产能扩张，目标产能达万吨级，通过规模效应摊薄成本。

重大突破

华为攻克硅基负极难题

近日，国家知识产权局披露，华为公开了硅基负极材料的专利，名称为《硅基负极材料及其制备方法、电池和终端》。该专利主要解决了硅基材料因膨胀效应过大导致电池循环性能低的问题，提高负极的循环稳定性。

专利显示，采用该发明实施硅基负极材料制备的电池相对现有传统硅氧/碳复合负极材料制备的电池，其循环性能得到明显提升，充满电状态时电极片的膨胀率明显降低，循环600次后电芯的膨胀率明显降低。

此外，高硅氧比硅基颗粒表面导电层的设置可以提高高硅氧比硅基颗粒的电导率，提高含硅基体和硅基颗粒两种不同硅氧比结构间的界面电导率；同时可以在高硅氧比硅基颗粒表面形成限制层，有效降低脱嵌锂造成的体积膨胀。

上海联净干法电极技术

上海联净自主研发的连续式干法辊压设备只需要将混合均匀的电极原料通过多级辊压形成密度高、表面均匀的高性能的干态电极膜，再与集流体热压覆合形成结构致密且厚度均匀的电极片。

连续式干法电极设备 图片来源：上海联净自动化科技有限公司

连续式干法辊压制作电极：

1.工艺过程简单、电极更厚、无溶剂化，无干燥过程；

2.粘接剂于纤维状态下存在，活性炭颗粒之间以及导电剂颗粒接触更为紧密，电极密度大、导电性好、容量高、碳粉不易脱落、循环寿命长；

3.环境友好；

4.节省材料、时间、人工等生产成本。

干法电极工艺流程图 来源上海联净自动化科技有限公司

干法电极设备主要指标 图片来源上海联净自动化科技有限公司

文章参考资料：起点锂电、炭素邦、上海联净、科研云平台、云帆固态电池