1.1 CVD 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%。
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。
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（372 mA·h/g） 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（4200 mA·h/g） 远高于石墨，工作电压(0.4V)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。
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。
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。 ①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%）； ②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； ③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（86%- 92%），但进一步提升成本。
2）硅碳负极：CVD 法、机械球磨法更适合工业化，CVD 法具备明显优势。 ①机械球磨法：通过搅拌罐将硅粉和适量的溶剂混合，形成初步的浆料，通过隔膜泵输送 至砂磨机中，转子结构与研磨介质的高速旋转，对浆料中的硅碳颗粒进行剪切、碰撞和摩 擦作用，从而实现颗粒的细化和分散，研磨结束后，通过过滤、离心等方式将研磨介质与 物料分离，得到细化的硅碳负极浆料，机械球磨法工艺相对简单，但得到的硅碳复合材料 易发生团聚，导致电池性能差； ②CVD 气相沉积法：制备出多孔碳骨架，然后在多孔碳内部通过硅烷沉积纳米硅颗粒，最 后进行碳层包覆，该技术充分利用多孔碳的内部空间，实现硅纳米颗粒的均匀分布，有效 控制硅在充放电过程中的体积膨胀，同时碳层包覆进一步提高了材料的电导率和稳定性， 显著改善了硅碳负极的首效、能量密度、循环性能和电芯膨胀等性能。
硅碳 vs 硅氧：尽管硅氧路线仍在特定领域保持优势，但新型 CVD 硅碳凭借在能量密度和 膨胀控制方面的突出表现，正逐步成为行业主流选择。 硅氧路线的首效低、克容量上限受限等问题日益凸显。根据高工锂电，预锂化处理虽然能 提升首效和循环性能，但价格从一代硅氧的 12 万元/吨飙升至 55 万元/吨，且良率较低， 制约了规模化应用。在关键的性能指标上，新型 CVD 硅碳已展现明显优势。理论上，硅材料比容量可达 4200mAh/g，是石墨理论值 372mAh/g 的 10 倍以上。目前 CVD 法硅碳的克容 量约 1800mAh/g，部分企业最新产品更突破 2000mAh/g，而硅氧产品的比容量 仅为 1500mAh/g 左右。据 GGII 数据，CVD 法硅碳还可支持超 1000 次循环，将极片膨胀控制在 25-27%。在实际应用中，新型硅碳与硅氧的竞争主要体现在膨胀系数控制上。通过持续迭 代，新型硅碳已可实现低于硅氧的膨胀水平。 CVD 法硅碳突破球磨法的性能瓶颈，成为新一代主流工艺。在硅的纳米化工艺上，传统的 机械球磨法转向了化学气相沉积法（CVD）是重要的技术迭代。CVD 法能够将硅径粒精确控 制在 10nm 以内，并实现均匀包覆，正在迅速成为新一代主流工艺。相比之下，早期的球 磨法难以将硅颗粒研磨至 100nm 以下，还容易导致颗粒团聚，影响电池的循环性能。 根据 GGII，新型硅碳预计大规模量产后成本仅高于传统硅碳和一代硅氧，2030 年新型硅 碳市场占比有望超 75%，成为市场主流。而传统硅碳和一代硅氧凭借性价比优势，占据一 定性价比市场。但目前新型硅碳仍存在成本较高、良率较低（仅 50~60%）、无法大规模量 产（行业还在做 20 公斤级设备，到百吨级设备配套产业链断层）和产品一致性难控制（受 孔隙率、多批次生产等影响）的问题亟待解决。
1.2 格局：工艺迭代重塑格局，天目先导、兰溪致德等进度领先
CVD 工艺区别于过往石墨生产工艺。气相沉积（CVD）技术是一种通过使用多孔碳结构来存 储硅的方法。采用多孔结构的碳颗粒，然后将硅烷气体引入这些碳颗粒的孔隙中。在高温 条件下，硅烷气体通过热解反应在多孔碳的空隙中沉积形成硅纳米颗粒。CVD 法核心在于 硅、碳的沉积，与传统石墨的石墨化工艺完全不同，以流化床法工艺流程为例，包含多孔 碳研磨筛分处理、硅沉积反应、碳沉积反应等，具体为： 步骤 1：原料破碎多孔碳物料经过破碎、研磨和筛分，制得小颗粒多孔碳反应原料；步骤 2：流态化硅沉积反应：小颗粒多孔碳反应原料置于搅拌流化床反应器中，通入硅源与载 气混合气体进行化学气相沉积，制得硅基中间体；步骤 3：流态化碳沉积反应：向硅基中 间体通入碳源与载气的混合气体进行化学气相碳沉积，以改善和强化硅材料的结构。
由于工艺不同，负极新玩家具备进场机会。布局硅负极的企业众多，大致可分为几类：1） 传统石墨负极企业：如璞泰来（江西紫宸）、贝特瑞、杉杉股份，为石墨负极的老牌企业， 有较长的硅负极开发经验；2）一级企业：如兰溪致德、天目先导等，专注于硅负极开发， 仍在一级融资阶段；3）跨界布局企业：如胜华新材、硅宝科技等，从其他领域切入硅负 极。 贝特瑞在硅基负极份额领先，天目先导、兰溪致德等 CVD 硅碳进展较快。2022 年全球硅 基负极第一梯队厂商主要有贝特瑞、信越化学、韩国大洲(Daejoo)，占有大约 86%的市场 份额；第二梯队厂商有天目先导、洛阳联创、杉杉股份、兰溪致德、凯金能源、Group14 和正拓能源等，共占有约 9%的份额。除贝特瑞外，国内天目先导、兰溪致德、璞泰来等进 展相对领先，如天目先导研发的新一代硅碳负极材料已成功进入比亚迪、宁德时代以及韩 国 LG、SK 等国内外龙头企业的供应链；璞泰来 CVD 沉积硅碳负极取得小批量量产订单。
1.3 成本：中期向石墨负极靠近，多孔碳、设备仍有较大降本空间
当前 CVD 硅碳价格仍较高。根据高工锂电，CVD 硅碳目前售价约达 75 万元/吨。生产 1 吨 的硅碳负极需要约 0.5 吨多孔碳和 0.6 吨的硅烷气，成本构成中由高到低分别为多孔碳、 硅烷气、设备，后续降本重点主要在于产业链多孔碳、设备的降本。 1）多孔碳：降本空间较大。当前技术路线分两条，根据高工锂电，树脂路线的多孔碳价 格在 20 万元以上，性能好的甚至达 30 万元以上，业内年产能停留在百公斤级，背后是树 脂转化效率极低，通常仅 10-20%，先进水平也仅达 30-40%。生物质路线成本优势明显， 普通品 3-5 万元/吨，高端品 8 万元/吨，性能接近多孔碳指标的产品可达 15 万元/吨，虽 然性能与树脂路线存在差距，影响容量、长循环性能和极片膨胀等，但可通过后端加工解 决。往后看，生物质路线的多孔碳提升路径 2）硅烷气：价格已显著下降。由于光伏电池片增长放缓+硅烷气产能大幅释放，硅烷气行 业陷入供大于求，硅烷气价格从 23 年最高 24 万/吨降至当前约 7-10 万/吨，同时负极厂 开始自建产能，如兰溪致德规划 8000 吨硅碳项目配套有 5000 吨硅烷产能。行业龙头硅烷 规模扩产，以及部分硅碳厂自备硅烷产能，预计推动硅烷气成本下探。 3）设备：瓶颈同样制约降本。目前 CVD 流化床仅为 20kg 级，单价 65 万元/台，要达到 200 吨年产需要 200 台设备，纽姆特虽已开发出 100kg 量产级流化床，但尚待批量验证。 未来伴随 100-200kg 级流化床产品的推出应用，预计单吨制造成本将大幅下降。 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 6.5 万/吨下降至 3.5 万/吨， 则测算 CVD 硅碳负极的成本有望从当前 40-45 万/吨下降至中期（约 2-3 年）15-20 万/ 吨。当前中端石墨负极材料价格 2-3 万/吨，考虑到硅负极已实现克容量突破 1800mAh/g, 约为当前石墨负极的 5 倍，未来仍有提升空间，硅碳负极价格有望持续向石墨负极靠拢。
1.4 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
硅负极不同掺硅量适应不同场景的需求。低硅占比（5%-10%）适用于对循环性能要求较高 的场景，如消费电子产品、新能源车；中等硅占比（10%-20%）适用于能量密度要求更高 的高端新能源车、无人机；高硅占比（20%-30%）适用于对能量密度要求极高的场景，如 低空载人飞行器、长航时飞行器等。
1）手机：25 年迈向 7000mAh 时代，硅负极进一步扩大渗透。 电池容量扩大是核心趋势。更长续航是手机一直以来的追求。2024H1，iQOO Z9、vivo Y200 等一批搭载 6000mAh 电池的新机密集发布，标志着手机电池正式进入 6000mAh 时代；24 年 11 月中旬，游戏手机红魔 10 Pro+率先搭载 7050mAh 超大电池，随后 12 月 11 日发布的真 我 Neo7 搭载 7000mAh“泰坦电池”，手机已踏向“7000mAh”时代。苹果折叠屏手机预计 也将采用两块超薄的硅碳负极电池，容量约为 5000mAh。 容量突破主要依赖于硅碳负极的应用。手机电池容量的大幅提升主要依赖于硅碳负极的应 用，如一加 Ace 3 Pro 的 6100mAh 电池，比传统 5000mAh 电池容量增加了 23.1%，6%的硅 含量带来约 1000mAh 的容量提升，同时体积相比 5000mAh 电池减少 3%，原因在于硅碳负 极材料拥有更高的能量密度。 25 年硅碳负极有望从旗舰向中低端渗透。24 年硅碳负极主要在旗舰机型推广应用，面向 高端手机，随着手机品牌采用“中端机型，旗舰配置”的的策略，大容量电池也在中低端 逐步应用，以提升用户体验，如同时真我 Neo7、红米 Turbo4 等中低端机型（参考价 2000 元以内）已搭载有硅碳电池。我们预计 25 年硅碳负极在手机电池的渗透保持扩大。
2）可穿戴设备：硅负极有助于解决 AI 眼镜的续航痛点。 AI 眼镜续航仍是痛点。根据雷科技，AI 眼镜依然极度依赖充电，远无法做到如智能手机的全天候使用，且 AI 计算能力越强，AI 眼镜掉电越快，主要基于：1）AI 对话功能背后 隐藏大量的计算和联网需求：大部分 AI 眼镜还是采用了本地+云端 AI 的方式来确保综 合体验，不管是本地 AI 计算需要依靠高能效芯片满足基础语音交互需求，还是持续运行 网络连接云端实现 AI 体验，都会造成续航的严重缩水；2）摄像头高耗能：Ray-Ban Meta 引领风潮之后的大部分 AI 眼镜都配备了摄像头，用于拍照、录像、AI 视觉识别，但这 些均为高耗能任务，而 AI 眼镜无法使用足够大的电池来支撑长时间的视觉处理；3）AR 功 能高耗能：市场上部分产品为 AI+AR 眼镜，需要一套完整的光学显示系统，耗电量进一 步提升。 硅负极为重要解决方案。随着 AI、XR 硬件等追求有限空间内长续航的应用领域更多产品 的落地和普及，对高能量密度、安全优质的电池产品需求会进一步爆发，硅负极为重要解 决方案。产业内如豪鹏科技已完成高硅含量的锂离子电池开发，并应用于穿戴类产品，公 司将与欧洲某硅材料战略合作伙伴共同围绕 100%硅负极锂离子电池产品展开研发工作， 并将在未来集中转化应用于北美知名智能穿戴类品牌客户的相关项目。
3）电动工具：硅基负极的应用相对成熟。 硅基负极在小圆柱电池中的应用已较为成熟，根据高工锂电，电动工具对硅基负极的需求 随电池容量升高而递增，2500-2600mAh 的高倍率小圆柱电池已开始应用硅基负极，而 3000-3500mAh 的产品则更为依赖。根据天鹏电源（蔚蓝锂芯）官网，其倍率型三元电池已 经广泛使用硅氧、硅碳负极。
4）电车：有望实现 0-1 放量，先拓展高端车场景。 特斯拉、宝马大圆柱电池已明确搭载硅碳负极。特斯拉 4680 电池始终采用硅负极；宝马 动力电池第六代产品，使用大圆柱电芯，与第五代方形电芯相比，正极镍含量更高，钴含 量减少，负极硅含量增加，能量密度提高 20%，续航里程提升 30%，充电速度提升 30%。特 斯拉 4680 电池已实现批量的供应，而宝马大圆柱电池率先应用于今年亮相的首款新世代 车型，以及 2026 年起量产的国产新世代车型，并将广泛应用到其他纯电车型，包括未来 的纯电 M 车型。 25 年国内硅负极有望上车。根据《财经》，车用动力电池的装车前验证需要更长时间，根 据新车计划，2025 年有多家车企的新能源高端车型都将应用含硅负极技术，其中低硅负 极材料，量产难度较低，成本增加少，在提升能量密度的同时，循环寿命损失不明显，终 端客户无需复杂调整即可能量密度提升。 多家车企已与硅基负极企业建立紧密联系。2024 年，兰溪致德在 D 轮融资中引入上汽旗 下金石资本的投资。海外 Group 14 则已与保时捷等车企建立股权及供货关系，进一步印 证了新能源汽车终端对于硅碳负极的应用需求。
5）固态电池/半固态电池：硅碳应用确定性强，掺硅量预计更高。 固态电池长期发展趋势确定。较液态电池，全固态电池在理论上具备更高能量密度、更安 全、长寿命、更广温度工作范围，是进一步打开车、低空飞行器、机器人续航上限的理想 方案，也是国家巩固电池领域科技定价权的重要抓手，政策+市场双加持下，长期发展趋 势确定。 全固态电池产业化稳步推进，硅碳负极为全固态电池中期的主流方案。2025 年 2 月，欧 阳明高院士表示，当前全固态电池的技术路线，要聚焦以硫化物电解质为主体电解质，匹 配高镍三元正极和硅碳负极的技术路线，以比能量 400Wh/kg、循环寿命 1000 次以上为性 能目标，确保 2027 年实现轿车小批量装车。 半固态电池已步入市场推广，掺硅量高。 1）车领域，2024 年部分车企已经量产装车半固态电池，如卫蓝新能源供应蔚来，清陶能 源供应上汽智己；2025 年，上汽名爵等更多车企将在新车型上搭载半固态电池。 2）消费电子领域，24 年初手机厂商开始在旗舰机型，尤其折叠屏机型上搭载半固态电池， 24 年底 vivo 开始在 2000 元—4000 元价位的中端机 S20 上搭载半固态电池（蓝海电池）， 蓝海电池的负极材料采用了业内领先的二代硅技术，能量密度达 780Wh/L，相较于上一代 的极限石墨电池，能量密度提升 15.4%。 3）低空领域，宁德时代布局有凝聚态电池，可用于电动飞机，根据高工锂电，硅负极的 添加比例或在 20%以上。
硅负极在消费场景率先落地，长期市场更多依靠在电车端的渗透，及固态/半固态电池的 应用。根据我们的测算，我们预计到 2028 年全球硅负极需求约 4.5 万吨，假设 30 万元/ 吨，对应市场 135 亿元。其中： 1）小动力类：根据起点研究，2024 年全球电动工具+二轮车（小动力类）应用小圆柱约 61 亿颗，基于电动工具（驱动因素主要为全球工具市场的增长及锂电渗透率的提升）、电动 二轮车市场（驱动因素主要为东南亚等海外地区的较快增长）仍呈现一定增长趋势，我们 假设到 2028 年，全球电动工具+二轮车小圆柱电池需求 82 亿颗，单颗容量 11Wh，硅负极 渗透率 26%，掺杂比例 12%，对应硅负极需求 0.28 万吨； 2）智能手机：根据 Canalys，2024 年，全球智能手机出货 12.2 万台，基于手机更换的需 要以及 AI 手机的拉动，我们假设到 2028 年全球智能手机出货 14 万台，单机带电量 14Wh， 硅负极渗透率 40%，掺杂比例 12%，对应硅负极需求 0.09 万吨； 3）新能源汽车：24 年全球新能源汽车销量约 1600 多万辆，基于全球电动化率的进一步 提升，我们假设到 28 年全球电车销量超 2900 万辆，动力电池需求 1885GWh，硅负极渗透 率 15%，掺杂比例 10%，对应硅负极需求 3.4 万吨； 4）固态/半固态电池：当前半固态电池已经逐步在车、低空、机器人等要求高能量密度的 场景逐步做市场推广，24 年预计整体销量较小，固态电池仍未形成批量应用，我们假设到 28 年固态/半固态电池销量达 25GWh，硅负极渗透率 100%，掺杂比例 30%，对应硅负极需 求 0.75 万吨。
2.1 多孔碳：多路线并行，产业化实现 0-1
多孔碳在硅碳负极中作为骨架材料使用。CVD 法硅碳的做法是将硅烷通入多孔碳，然后将 硅烷热解生成纳米硅颗粒，使其沉积在多孔碳孔隙中生成硅碳复合材料；之后再进行碳包 覆，即可用于制备负极。 硅碳负极在使用中有两个最大的问题：1）硅在嵌锂过程中体积膨胀巨大，会导致材料粉 化；2）硅与电解液会发生副反应，反复生成过厚的 SEI 膜，消耗活性锂，降低电池首效 和循环次数。 多孔碳则对应两大作用：控制硅体积膨胀和降低副反应。1）多孔碳内部的孔隙可以缓冲 硅在嵌锂过程中的体积膨胀；2）碳包覆减少了硅与电解液的直接接触，抑制了 SEI 膜的 重复生长，可以提升锂电池首次效率和循环性能。由于具有超高的比表面积，多孔碳除了 作为硅碳负极的骨架材料之外，还可以用来做吸附材料、催化剂载体、超级电容器的电极 等。 硅碳负极对多孔碳有四大核心要求： 1） 精准的孔结构设计：多孔碳的孔径分布需与硅纳米颗粒尺寸高度匹配。 微孔（<2nm）：容纳硅颗粒，限制其膨胀空间，防止团聚；介孔（2-50nm）：提供锂离子快速传输通道，提升倍率性能；大孔（>50nm）：作为缓冲空间，吸收硅嵌锂时的体积膨胀（最 高可达 300%）。理想状态下，总孔容需达到 0.4-0.7 cm³/g，比表面积控制在 400-1200 m²/g，以避免过多副反应。 2） 需具备高导电性（电导率>2 S/cm），以弥补硅材料导电性差的缺陷。例如，通过石墨 化处理或掺杂氮元素，可显著提升电子传输效率。 3）机械强度与形貌稳定性：球形多孔碳因各向同性受力，相比无规则形炭，可降低辊压 破碎风险，并将压实密度提高至 1.6-1.8 g/cm³（传统无规则形仅 1.2-1.4 g/cm³）。此外， 表面需形成致密碳层，防止硅颗粒在循环中脱落。 4）低成本与规模化生产：生物质基（如椰壳、玉米芯）和树脂基（酚醛树脂）多孔碳因 原料易得、工艺成熟，成为主流路线。
路线：目前最常见的多孔碳材料前驱体主要包括生物质材料、高分子聚合物材料、煤基材 料等。 1）生物质材料（代表为椰壳）：可以是动植物等生物的器官或组织，如动物骨骼、毛发或 植物枝干、果壳等；也可以是动植物的化学成分或合成产物，如甲壳素、明胶、蔗糖、纤 维素、木质素等。生物质的来源广泛、环境友好可持续，并且以其制备多孔碳材料的工艺 简便易行，是实现多孔碳大规模生产的主要前驱体。 2）高分子聚合物材料（代表为酚醛树脂）：常见的用作多孔碳的前驱体包括酚醛树脂、聚 苯胺、聚丙烯腈等。可通过控制单体和聚合方式的手段调节聚合物的化学元素组成、分子 量大小以及分子链的形状，从而实现对多孔碳材料的成分设计与结构调控。然而，高分子 聚合物的合成通常涉及复杂化学反应和特殊工艺条件，导致成本相对较高，同时还可能伴 随有害副产物带来环境影响。 3）煤基材料（代表为沥青）：主要包括煤以及煤焦油、煤沥青等煤衍生物，均可作为多孔 碳的前驱体材料。煤由短脂肪键和醚键连接的芳香环和氢化芳香族组成，可以通过分子化 学工程策略调整煤中的芳香族基本结构单元实现多孔碳材料的功能化设计。然而煤基材料 中的杂质难以去除，且很难通过简单工艺实现孔结构精确调控，同时还伴随能耗较大的问 题。
树脂/生物质路线构成主流，树脂优势在性能更优，降本为后续发展路径，生物质优势在 成本更低，提升性能为后续发展路径。看好未来两条路线将并行发展，预计生物质路线将 继续发挥其成本优势，在低端市场占据主导。同时通过不断的技术创新，提升产品性能， 向中高端市场渗透；树脂路线预计保持其性能优势，在高端市场占据主导地位通过不断降 低成本，扩大其市场应用范围。 1）树脂路线：树脂碳材料的和导电性可精确调控，能够制备出高性能的硅碳复合材料， 制备工艺相对成熟，易于实现规模化生产。 后续降本方向包括：①低成本树脂：开发低成本、高性能的合成树脂，降低原材料成本； ②工艺优化：优化碳化、石墨化等工艺参数，提高生产效率和产品良率；③回收利用：开 发树脂碳材料的回收利用技术，降低生产成本。 2）生物质路线：成本优势明显,虽然性能与树脂路线存在差距，影响容量、长循环性能和 极片膨胀等，但可通过后端加工解决。 后续提升性能方向包括：①前驱体改性：对生物质原料进行预处理，改善其碳化后的孔隙 结构和导电性。②复合改性：将生物质碳与其他材料（如石墨烯、碳纳米管等）复合，提 高其导电性和结构稳定性。③工艺优化：优化碳化、活化等工艺参数，提高生物质碳材料 的性能一致性。
造孔工艺：物理活化法、CVD 法应用较多。 多孔碳造孔工艺主要分五种路线：物理活化法、化学活化法、模板法、生物质法、CVD 法。 其中：1）物理活化法优势在于成本较低，缺陷在于孔分布随机，比表面积波动大；2）化 学活化法优势在于孔径可控，缺陷在于污染严重、成本高；3）模板法优势在于孔径均一 性高，缺陷在于难以量产；4）生物质法优势在于成本最低，环保，缺陷在于孔径结构不 可控，灰分较高；5）CVD 法优势在于可设计空隙，缺陷在于设备投资高。 不同的应用领域对应有不同的工艺路线，其中： 1）动力电池领域：物理活化法因成本优势占据 70%份额，但高端车型开始转向模板法。 2）消费电子领域：CVD 法凭借精准控孔能力，垄断高端手机机型供应链。3）储能领域：生物质法以低价抢占市场，但需解决循环寿命短板（＜2000 次）。
伴随 CVD 硅碳的逐步应用，多孔碳规模化放量在即。假设 2028 年硅基负极出货 4.52 万 吨，CVD 硅碳占比 70%，单吨硅负极需 0.5 吨多孔碳，则对应多孔碳行业需求约 1.6 万吨。 全球龙头为可乐丽，国内代表企业为圣泉股份、元力股份等。日本可乐丽是电池级多孔碳 的龙头供应商，产品性能稳定，一致性好。超级电容和硅碳负极使用的多孔碳产品是相同 的，目前国内大部分超级电容器厂家均采购可乐丽的产品。国内的电池级多孔碳产能多由 传统树脂/活性炭厂商拓展而来，产能较大的厂商有圣泉股份、元力股份、金博股份、上 海洗霸、多氟多、索理德等。其中树脂路线代表圣泉集团千吨级树脂多孔碳项目将于 2025 年初投产，预计可将价格降至 30 万元以内；生物质路线代表元力股份多孔碳已量产，产 能达 500 吨/年；煤基路线代表金博股份完成石油焦基多孔碳系列产品的中试化开发，处 于下游客户验证阶段；介孔碳企业上海洗霸介孔碳基核心材料已获得某消费电子公司样品 的多次测试与产品验证。
2.2 硅烷：硅负极有望大幅扩容硅烷市场
硅烷是 CVD 工艺中硅元素的唯一来源。在高温反应条件下，硅烷分解生成纳米硅颗粒，并 通过化学键与碳基材料（如多孔碳、石墨）复合，形成稳定的硅碳结构。这一过程直接决 定了负极材料的比容量和循环寿命。硅烷的沉积路径直接影响材料的微观结构。通过控制 反应压力、温度和气相浓度，硅颗粒可实现纳米级分散（粒径控制在 5nm 以下），有效缓 解硅的体积膨胀问题（充放电过程中膨胀率高达 300%），从而提升电池的循环稳定性。 硅烷纯度决定性能：硅烷的纯度需达到 99.999%以上（电子级标准）。杂质（如氧气、水 分）会引入缺陷，导致电池循环寿命缩短、热失控风险增加。例如，低纯度硅烷可能引发非均匀沉积，造成硅颗粒团聚，最终使电池容量快速衰减。 硅负极的应用预计大幅扩容硅烷气市场。24 年中国光伏电池片产量 654GWh，单 GW 用电子 级硅烷气 16 吨，对应需求 1.05 万吨；液晶面板产量 1.58 亿片，单亿片用电子级硅烷气 1127 吨，对应需求 0.18 万吨；其他需求约 0.04 万吨；合计电子级硅烷气需求约 1.26 万 吨，我们预计 28 年硅基负极 4.52 万吨，假设 70%的 CVD 硅碳负极、单吨用 0.6 吨电子级 硅烷气，则对应硅烷气需求约 1.9 万吨，规模为现有市场的 1.5 倍，市场预计大幅扩容。
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，行业 内企业纷纷扩大产能，导致电子级硅烷气的市场供过于求，产品价格出现大幅下滑。从长 期来看，电子级硅烷气的市场价格出现理性回归、落入合理盈利区间，在技术、工艺、管 理、安全等行业门槛的规制下，不断淘汰和整合低质、无序产能，是行业发展的必然趋势。 下游光伏行业正在经历深度调整，处于从 P 型电池向 N 型电池转换的技术升级阶段；光 伏电池片行业 2020-2023 年处于供不应求上行期，吸引行业内外资本大幅扩张产能，2024 年产能扩充导致的供需矛盾显现，加之下游行业光伏电池片行业陷入整体性亏损，扩产大 幅停滞甚至停产收缩，对硅烷气的市场需求产生了较大的阶段性影响。 外资巨头起步较早。硅烷气体属于电子特气的细分品类，外资巨头在硅烷气生产方面的研 究起步较早，其工艺也处于全球领先的地位，目前世界上电子级硅烷气的生产技术主要集 中在美国、日本、德国等少数西方发达国家。全球范围内，核心厂商主要包括 REC Silicon、 SK Materials、林德集团、液化空气和三井化学等。2021 年，全球第一梯队厂商主要有 REC Silicon、SK Materials 和林德集团，第一梯队占有大约 43.39%的市场份额；第二梯 队厂商有三井化学、液化空气和硅烷科技等，共占有 21.42%份额。 国产替代持续进行。我国硅烷产品曾经严重依赖进口，随着我国科技水平的提高，以硅烷 科技为首的少量气体公司已经打破国外气体公司对电子级硅烷气的垄断，当前我国国产硅 烷能够完全满足光伏太阳能、液晶显示器、LED 等领域的质量要求。但对于一些质量要求 更高的芯片制造用户而言，国产硅烷在纯化、检测等环节仍需要努力。目前国内已有硅烷 科技、内蒙兴洋、中宁硅业（多氟多子公司）、天宏瑞科（陕西有色天宏与美国 REC 合资）、 亚格盛等几家公司具备电子级硅烷气的生产能力。
2.3 设备：预计流化床成主导，向大型化迭代
流化床与回转窑为常见方案，预计流化床未来成主导。 流化床设备原理：高传质效率与规模化潜力工作原理流化床通过气流使固体颗粒（如多孔 碳）悬浮并形成“流体化”状态，实现硅源气体与载体的充分接触和均匀沉积。 流化床的核心优势在于：1）传质与传热效率高：颗粒剧烈运动促进气固接触，反应速率 快，适合强放热反应；2）温度均匀性：全床层温度一致，避免局部过热导致的硅团聚问 题；3）连续化生产：颗粒可动态进出，适合大规模产线设计；4）适配多孔碳特性：多孔 碳骨架的复杂孔隙结构更易在流化态中实现均匀覆盖。
相较回转窑，流化床具备更好的技术适配性。流化床的“动态沉积”特性与 CVD 工艺高度 契合，多孔碳骨架的微孔结构需在悬浮状态下实现硅的纳米级填充，流化床的剧烈运动可 有效避免堵塞；硅烷气体（SiH₄）在流化床中扩散效率更高，单吨硅碳负极的硅烷耗量已 从 0.7 吨降至 0.5 吨，显著降低成本。 行业布局上看，流化床已逐步成为主流，未来向更大规模迭代。1）消费电子领域：高端 手机机型已采用流化床 CVD 工艺的硅碳负极，2025 年渗透率预计突破 25%；2）动力电池 布局：头部负极材料企业优先选择流化床路线。未来向更大规格迭代，从而实现降本增效。
2.4 粘结剂&导电剂：PAA、CNT 打开新应用场景
粘结剂有助于控制硅负极的体积膨胀。硅负极在脱嵌锂时体积变化更大，需要匹配黏结力 更强的粘结剂，才能保持电极的稳定，实现负极可逆比容量的提升。粘结剂对负极材料结 构保持、负极材料之间的接触、电极的完整性具有重要影响。目前硅基负极材料方面多用 聚合物粘结剂，常用的有聚偏二氟乙烯(PVDF)、羧甲基纤维素(钠)(CMC)、聚丙烯酸(PAA)、 海藻酸钠(SA)等，还有未大规模应用的生物胶聚合物粘结剂、交联粘结剂和导电聚合物粘 结剂等。 PAA 是较为理想的粘结剂。 1）PAA 有较优的力学性能和拉伸强度。PAA 是线性聚合物，可溶于水和乙醇等有机溶剂， 是聚乙烯酸(PVA)中的一种。力学性能与 CMC 相似，但具有更多的羧基官能团，可进一步 增强与硅基材料之间的结合。另外，PAA 具有较低的杨氏模量(约 650MPa)，有较好的弹性 和刚性(PAA 的拉伸强度最高达 90MPa，比 CMC 的 30MPa、PVDF 的 37MPa 都要高)，可有效 降低硅基负极的裂缝问题，因此，PAA 粘结剂制备的硅碳负极具有更好的循环稳定性和比 容量保持率。 2）应用 PAA 有较好的库伦效率。不同粘结剂对硅负极首次库仑效率的影响不同。不同粘 结剂的黏结性或力学性能，使得充电过程中，膨胀后的电极材料恢复程度不同。较差的粘 结剂将会使更多的活性物质脱离集流体，造成不可逆比容量损失，表现为较低的首次库仑 效率。实验中，CMC 的电极首效仅为 60.4%，SA 和 PAA 的电极首效分别达到了 80.2%和 82.5%，说明 SA 与 PAA 更适合作为体积变化大的负极材料粘结剂。
茵地乐在 PAA 份额领先。茵地乐（上市公司日播时尚正在推进收购控股）的 PAA 粘结剂能 与硅形成稳定 SEI 膜，抑制电解液分解，实验显示，添加 PAA 的硅碳负极循环 100 次后容 量保持率从 70%提升至 92%。在现有 6 万吨级锂电池专用粘结剂 PAA 产能的基础上，茵地 乐启动了 20 万吨的扩产计划。据高工锂电统计，2023 年国内 PAA 类粘结剂市场中，茵地 乐的市场占有率达 52.6%，截至 2024 年 6 月末，该公司营收 2.1 亿元，归母净利润 7629.81 万元。 除此之外，截至 24 年 11 月，鹿山新材硅碳负极功能粘接材料（PAA）正在客户端测试； 截至 24 年 4 月，回天新材的锂电负极胶产品 PAA 和 SBR 均可应用于硅碳负极材料的粘接， 目前公司负极胶产品已在行业头部客户处实现批量供货或测试应用。
添加导电剂确保硅负极的导电性。一般而言，制备硅基负极时，需要添加质量分数 5%～ 25%的导电剂来确保电极的导电性。与传统粘结剂相比，导电聚合物粘结剂具有粘结剂和 导电添加剂的双重功能，在制备负极时可以减小导电剂的用量，从而降低电极材料中非活 性物质占比，提高电极材料的体积比容量。 单臂碳纳米管有望应用。单壁碳纳米管（SWCNT）只有一层碳原子，根据空间的螺旋特性 可表现出金属或半导体性能。SWCNT 长径比较高，能够在极低添加量下形成三维导电网络。 通常随机的 SWCNT 中，2/3 为半导体管，其导电性不如大部分都是金属性的 MWCNT。此外， SWCNT 细而长及较为完美的结构使其管间范德华力强，不易分散。仅从导电性和分散性的 角度分析，SWCNT 并没有优势，但实际应用中硅基负极中加入 SWCNT 会大幅改善循环性， 而多壁碳纳米管（MWCNT）的改善则有限。 天奈科技布局进展领先。截至 25 年 3 月，天奈科技碳纳米管导电浆料项目基础施工已基 本完成，预计年底可实现一期项目竣工投产。项目总投资 15 亿元，建成后可实现年产 2 万吨单壁纳米导电浆料及 500 吨单壁纳米功能性材料。公司计划在 2025 年实现百吨级单 壁碳纳米管产能，并于 2026 年进一步提升至 500 吨级。
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