锂电池硅负极深度：CVD硅碳重塑产业链，迈向动力场景0-1

投资逻辑 核心观点：CVD硅碳工艺的出现大幅提速硅负极的产业化，25年硅负极预计在手机领域扩大渗透，也有望在动力场景 实现01，我们建议关注硅负极放量背景下，新工艺带来的产业链增量环节投资机会。 CVD法硅碳成新主流工艺，加速硅负极产业化，重塑竞争格局。1）球磨法向CVD法迭代：在硅的纳米化工艺上，CVD法能将硅径粒精确控制在10nm以内，并实现均匀包覆，取代球磨法成为新一代主流工艺；2）CVD硅碳相比硅氧优势扩大：目前CVD法硅碳硅氧产品的克容量约18001500mAhg且CVD硅碳可支持超1000次循环，并实现低于硅氧的 膨胀水平。3）新工艺重塑格局：CVD法下工艺、设备较硅氧大幅迭代，重塑先前硅氧的竞争格局，当前天目先导、兰溪致德、璞泰来、贝特瑞等在CVD硅碳进展领先。 成本：中期向石墨负极靠近，多孔碳、设备仍有较大降本空间。硅负极成本构成中由高到低分别为多孔碳、硅烷气、设备。我们假设当前采用高性能树脂多孔碳，中期采用生物质多孔碳，价格从50万吨降至15万吨；硅烷气从9万 吨下降至7万吨；单吨制造成本从65万吨下降至35万吨，则测算CVD硅碳负极的成本有望从当前4045万 吨下降至中期1520万吨，硅碳负极价格有望持续向石墨负极靠拢。 市场：消费场景先落地，动力迈向01。1）小动力：高倍率小圆柱电池已开始应用硅负极；2）手机：25年手机迈向7000mAh时代，苹果、华为、荣耀、小米等品牌已将推出硅负极机型，硅负极从高端机向中低端渗透；3）电车：特 斯拉、宝马大圆柱电池明确搭载硅碳负极，25年部分国内新能源高端车型有望应用硅负极；4）固态半固态电池：未来有望在车、手机、低空等领域逐步落地应用，掺硅量较其他场景更大。我们预计到28年全球硅负极需求45万吨，假设30万元吨，对应市场135亿元，其中小动力手机电车固态半固态电池对应需求02800934075万吨。产业链多孔碳迈向规模化01，硅烷市场大幅扩容，PAA、CNT打开新应用场景。 1）多孔碳：迈向规模化01，树脂生物质路线构成主流。伴随CVD硅碳的应用，多孔碳预计迈向规模化01，未来 看好双路线并行发展，预计生物质路线发挥成本优势，在低端市场占据主导，通过性能提升向中高端市场渗透；树脂路线则依靠性能优势占据高端市场，通过降本向下渗透，国内代表企业分别为元力股份、圣泉集团。 2）硅烷气：预计市场大幅扩容。我们测算24年国内合计电子级硅烷气需求约126万吨，预计28年硅基负极对应硅 烷气需求约19万吨，规模为现有市场的15倍，大幅扩容，国产企业中硅烷科技等产能领先。 3）粘结剂导电剂：PAA、CNT打开新应用场景。粘结剂控制硅负极的体积膨胀，PAA有较优的力学性能和拉伸强度，且应用后有较好的库伦效率，国内茵地乐在PAA份额领先；需添加导电剂确保硅负极的导电性，加入单臂碳纳米管大幅改善循环性，国内天奈科技布局进展领先。 投资建议与估值 能量密度的提升是电池发展长期趋势，负极环节对应趋势则为硅负极，CVD硅碳的应用大幅加速硅负极产业化，在手机等消费类市场硅负极已迈过01，25年预计进一步放量，在车用市场25年有望实现产业化01，建议关注硅负极企业及上游的多孔碳、硅烷气、粘结剂、导电剂等环节。 风险提示 技术迭代风险，硅负极降本不及预期，硅负极性能提升不及预期。 内容目录 一、硅负极：消费场景现行落地，动力迈向014 11CVD硅碳工艺大幅提速硅负极的产业化4 12格局：工艺迭代重塑格局，天目先导、兰溪致德等进度领先7 13成本：中期向石墨负极靠近，多孔碳、设备仍有较大降本空间9 14市场：百亿级市场，消费场景先落地，长期主要看车端、固态半固态电池10 二、产业链：多孔碳分路线迭代，硅烷市场大幅扩容14 21多孔碳：多路线并行，产业化实现0114 22硅烷：硅负极有望大幅扩容硅烷市场17 23设备：预计流化床成主导，向大型化迭代18 24粘结剂导电剂：PAA、CNT打开新应用场景19 三、投资建议21 31璞泰来：锂电平台型企业，CVD硅碳进展领先21 32贝特瑞：负极龙头，硅负极出货行业领先22 33元力股份：木质活性炭龙头，生物质基多孔碳代表22 34圣泉集团：酚醛树脂龙头，树脂基多孔碳代表企业23 35硅烷科技：电子级硅烷气国内领先企业，受益市场扩容24 四、风险提示24 图表目录 图表1：负极在动力电池成本占比一般不超过154 图表2：负极材料分碳材料、非碳材料4 图表3：电池负极材料性能对比，硅基负极在克容量上具备绝对优势5 图表4：硅氧、硅碳负极工艺相对成熟5 图表5：硅氧路线迭代主要通过预镁、预锂化提升首效，但成本显著提升6 图表6：CVD法制备硅碳具备首效高、循环稳定好等优势6 图表7：硅碳、硅氧负极性能对比（2023年7月）7 图表8：CVD硅碳制备工艺（流化床法）8 图表9：部分主要硅负极企业产品布局及产能规划8 图表10：CVD硅碳负极降本路径（万元吨）9 图表11：硅碳负极的应用带动手机电池容量提升10 图表12：AI眼镜续航仍是痛点11 图表13：蔚蓝锂芯倍率型三元电池已广泛应用硅氧、硅碳负极11 图表14：vivo蓝海电池应用半固态电池和二代硅技术13 图表15：宁德时代的凝聚态电池应用新型负极13 图表16：硅碳负极市场测算，28年需求预计45万吨13 图表17：多孔碳材料的作用及材料要求15 图表18：不同路线多孔碳特点，主要分生物质、高分子聚合物、煤基三类15 图表19：树脂法、生物质法当前相对成熟16 图表20：树脂未来方向为降本、生物质未来方向为提升性能16 图表21：不同工艺路线生产多孔碳特点比较17 图表22：不同工艺路线生产多孔碳性能比较17 图表23：部分企业多孔碳布局17 图表24：电子级硅烷气需求分市场测算（万吨）18 图表25：未来预计流化床成为主流19 图表26：PAA粘结剂有助于控制硅负极的体积膨胀20 图表27：PAA布局企业进展，茵地乐份额大，进展快20 图表28：硅负极产业链标的估值（截至25年4月11日）21 图表29：璞泰来收入22 图表30：璞泰来归母净利润22 图表31：贝特瑞收入22 图表32：贝特瑞归母净利润22 图表33：元力股份收入23 图表34：元力股份归母净利润23 图表35：圣泉集团收入23 图表36：圣泉集团归母净利润23 图表37：硅烷科技收入24 图表38：硅烷科技归母净利润24 一、硅负极：消费场景现行落地，动力迈向01 11CVD硅碳工艺大幅提速硅负极的产业化 负极材料直接影响电池容量、首效、循环等性能。负极材料系先由负极活性物质、粘合剂和添加剂混合制成糊状均匀涂抹在铜箔两侧，再经干燥、滚压形成。负极材料作为锂电池不可或缺的重要组成部分，直接影响锂电池的容量、首次效率、循环等主要性能，在动力电池成本中占比一般不超过15，约在10。 图表1：负极在动力电池成本占比一般不超过15 来源：凯金能源招股说明书，国金证券研究所 负极材料一般分为碳系负极和非碳系负极。碳系负极可分为石墨、硬炭、软炭负极等，石墨又可进一步分为人造石墨、天然石墨、中间相碳微球；非碳系负极包括钛酸锂、锡类合金负极、硅类合金负极等。 图表2：负极材料分碳材料、非碳材料 来源：翔丰华可转债募集说明书，国金证券研究所 石墨负极能量密度提升空间已有限，硅基负极具备更大发展前景。能量密度提升可实现终端产品（电子产品、电动汽车等）更长的续航。目前，石墨由于理论比容量低（372mAhg）和锂离子枝晶生长等问题，性能提升空间已有限，而硅基负极的理论比容量（4200mAhg）远高于石墨，工作电压04V适宜，不存在析锂隐患，且Si在地壳储量丰富、价格低廉且环境友好，因此具备较大发展前景。 硅负极可搭配任意正极材料。硅负极可搭配任何一种现有正极材料，如磷酸铁锂、高镍三 元、富锂锰基等，都可以显著提升能量密度，且硅负极适用于固态电池等下一代电池技术，也是固态电池提升能量密度的主要技术路线。 图表3：电池负极材料性能对比，硅基负极在克容量上具备绝对优势 性能指标 硅基复合材料 人造石墨 天然石墨 中间相碳微球 石墨烯 钛酸锂 克容量（mAhg） 4200 310360 340370 300340 400600 165170 首次效率（） 84 93 90 94 30 循环寿命（次） 300500 1500 1000 1000 10 30000 工作电压 0305V 02V 02V 02V 05V 15V 快充性能 好 一般 一般 一般 差 好 倍率性能 一般 一般 差 好 差 好 安全性 差 良好 良好 良好 良好 好 优点理论比能量高 技术及配套工艺成技术及配套工艺成 技术及配套工艺成熟，倍率性能好， 电化学储能性能优倍率性能优异，高异，充电速度快，低温性能优异，循 熟，循环性能好 熟，成本低 循环性能好 可提高锂电池的负环性能优异，安全 技术及配套技术不 比能量已到极限， 载能力 性能优异 技术及配套工艺不 成熟，成本高，充比能量低，倍率性循环性能及倍率性 缺点 比能量低，安全性技术及配套技术不 成熟，成本高，能 发展方向 放电体积变形，导 电率低 低成本化，解决与其他材料的配套问 能差能较差，安全性较 差 提高容量，低成本低成本化，改善循 能较差，成本高 提高容量，低成本 成熟，成本高 低成本化，解决与其他材料的配套问 量密度低 解决钛锂酸与正 化，降低内阻环 题 化极、电解液的匹配 题 来源：凯金能源招股说明书，国金证券研究所 硅基负极易膨胀，为解决痛点，衍生出不同的技术路线，其中硅氧、硅碳为主流。在对硅基负极电池充放电过程发生的体积膨胀会导致负极材料粉化，引起电极表面固体电解质界面膜（SEI）破裂；当SEI膜重新形成时，将进一步耗损电解质中的Li离子，引发电池性能快速衰减；另外，硅基负极的电导率低，不利于自由电子的移动输运。根据分散基体的不同，未来最有希望实现较大规模应用的新一代高容量硅基负极材料主要有硅氧、硅碳负极材料及硅基合金负极材料三大类，虽然硅基合金负极材料相对碳负极材料克容量提升效果明显，但是因为其工艺难度高、生产成本高，且首次充放电效率较低，所以目前尚未大规模使用。硅氧、硅碳负极的工艺相对成熟，综合电化学性能较优，是目前最为主流的硅基负极材料。 图表4：硅氧、硅碳负极工艺相对成熟 主要种类优势劣势 可逆容量高，达1700 硅氧负极材料 硅碳负极材料 1800mAhg，接近理论容量；循环性能和倍率性能相对于其他硅基负极材料好 克容量高； 首次充放电效率高； 工艺相对于其他硅基负极材料较为成熟 首次效率低，无法单独使用，需要进行提高 首效处理； SiO工艺复杂，生产成本非常高 大批量生产电化学性能优异的产品难度较高； 循环性能和首次效率有待提高； 电极膨胀率较高工艺难度大、成本高； 硅基合金负极材料体积能量密度高 首次充放电效率低； 循环性能较差 来源：凯金能源招股说明书，国金证券研究所 硅氧、硅碳负极的发展经过多个阶段，硅氧路线主要通过预镁预锂化提升首效，硅碳路 线中CVD法通过工艺改进实现性能的全面提升。1）硅氧负极：通过预镁、预锂化提升首效，但成本显著提升。 第一代硅氧负极：采用氧化亚硅与石墨材料复合，氧化亚硅在锂嵌入过程中发生的体积膨胀较小，相较于纯硅负极，其循环稳定性得到改善，然而氧化亚硅在充放电过程中会生成Li2O等非活性物质，导致首次效率较低（约70）； 预镁硅氧负极：通过在制备过程中添加镁元素，利用镁与硅的合金化反应，阻止SEI膜合成，将首效提升至80左右，但预镁化产品普遍克容量不高，且预镁工艺会增加材料成本，对电芯厂来说性价比较低； 预锂硅氧负极：预锂化是通过在负极材料中预先嵌入一定量的锂，以补偿首次充放电过程中的不可逆容量损失，提高电池的初始库仑效率，在第二代基础上进一步提升首效（8692），但进一步提升成本。 图表5：硅氧路线迭代主要通过预镁、预锂化提升首效，但成本显著提升 第一代硅氧第二代硅氧