7月22日，高鎳三元正極材料供應商寧波容百新能源科技股份有限公司（簡稱“容百科技”，股票代碼688005）成功登陸科創板，激發了人們對鋰電池材料行業的新想象。

資料顯示，容百科技成立于2014年9月，主要從事鋰電池正極材料及其前驅體的研發、生產和銷售，主要產品鎳鈷錳三元正極材料是新能源汽車動力電池的關鍵材料，是國內率先量產NCM（鎳鈷錳）811的三元材料企業。

其招股說明書顯示，憑借在單晶與高鎳三元正極材料領域的技術優勢，該公司在全球三元正極材料領域處于領先地位，已與寧德時代、比亞迪、LG化學、天津力神、孚能科技、比克動力等國內外主流鋰電池廠商建立了良好的合作關系。

容百科技共發行股票4500萬股，發行價格為26.62元。當天開市后，股票價格上漲到49.53元，漲幅達86.06%。截至8月18日，其市值超過200億元。

在鋰電池行業，高鎳三元正極材料是一個快速發展的風口，容百科技是一個快速成長為上市公司的巨頭。

業內預計，繼NCM811正極材料應用的爆發之后，硅負極在未來五年內有望成為鋰電池的主流材料。

從石墨負極到硅負極

在中國新能源汽車政策激勵和市場需求下，動力電池能量密度提升是必然趨勢。

從供應端來看，國家對電池產業的能量密度提升有著明確的指導性要求。2017年，國家工信部等四部委發布的《促進汽車動力電池產業發展行動方案》中提出，到2020年我國新型鋰離子動力電池單體比能量超300瓦時/公斤，到2025年單體比能量達500瓦時/公斤。

從需求端來看，國家“雙積分”政策促使車企積極使用高能量密度的電芯。2018年4月1日實行的《乘用車企業平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》對新能源汽車積分比例提出強制性要求。

新能源汽車積分的計算一方面由汽車的續航里程決定，另一方面對汽車百公里耗電量（由汽車質量決定）設定不同標準，滿足政策中百公里耗電量這一指標要求的新能源汽車，其可計算的新能源汽車積分是標準積分的1.2倍。而對于不滿足標準的新能源汽車，積分僅是標準積分的0.5倍。

在供需兩端的合力推動下，動力電池需要朝著高能量密度方向發展，這對電池的材料體系提出了變革的要求。

在鋰電池的四種主要構成材料里面，占到電芯成本40%的正極材料和占到電芯成本近30%的負極材料對電池性能的影響最大。

在高能量密度的未來發展路徑中，動力電池正極材料從2018年開始已經采用高鎳三元材料，材料配比從此前的111向523、622和811漸次升級，正是這種升級成就了容百科技的崛起。

如今，領先企業的動力電池能量密度已經達到260瓦時/公斤，若想進一步提高動力電池的能量密度，負極材料也必須有重大突破。

現有的動力電池負極材料90%都是采用石墨負極，石墨負極具有電導率和穩定性高的優勢，但在能量密度提升方面遇到了一些麻煩，當下的發展已接近其理論最大值——372毫安時/克。

實驗研究發現，硅是目前理論上容量最大的負極材料，鋰在硅中形成Li4.4Si時，比容量高達4200毫安時/克，遠遠高于石墨的理論容量，且硅具有低嵌鋰電位和低成本的優勢。

因此，硅基負極有望替代石墨成為下一代鋰離子電池負極材料。

普及面臨三大挑戰

盡管硅被視為最有發展潛力的下一代鋰離子電池負極材料，但現在受制于其自身的缺陷，還無法單獨作為負極材料使用，必須與其他材料結合。

因為單獨使用硅做負極材料時，從工作原理看，充電時鋰離子從正極材料脫出，嵌入硅晶體內部晶格間時，造成膨脹（可達300%），形成硅鋰合金；而放電時鋰離子從晶格間脫出，又形成大的間隙。由于硅晶體體積出現明顯變化，易造成硅負極材料從集流體剝離下來，導致極片露箔并引起電化學腐蝕和短路等現象，影響電池的安全和使用壽命。

從目前的研究和實踐來看，硅基負極材料需要與其他材料結合起來使用，主要是硅碳和硅氧兩種技術方向。

硅碳是具有可逆嵌脫鋰性能的硅或其化合物與碳的復合材料，其中硅或其化合物起嵌鋰作用，是主要活性物質；碳能增強材料的導電性，間接提高硅基負極材料的循環穩定性和效率。進一步而言，硅碳可分為硅碳傳統復合材料和硅碳新型復合材料，其中傳統復合材料是指硅與石墨、炭黑等復合，新型硅碳復合材料是指硅與碳納米管、石墨烯等新型碳納米材料復合。

硅的氧化物主要包括SiOx（0<x<2）和SiO2。SiOx具有比容量較高（理論容量大于2000 毫安時/克）、電壓平臺較低、原材料成本低廉等優點，因此和硅一樣成為替代石墨材料的極具潛力的一類負極材料。通過降低材料中整體的氧含量以及控制粒徑，從而控制體積膨脹，提高硅氧材料的容量與循環穩定性能。

比較而言，在膨脹率上，硅氧負極材料低于硅碳負極材料；在首次充放電效率上，硅碳負極一般高于硅氧負極；在工藝上，硅碳負極比硅氧負極相對簡單。因此，業內人士對硅碳負極材料相對看好。

不過，目前硅碳負極材料尚未大規模應用。根據起點研究院(SIPR)調研統計數據顯示，2017年中國鋰電池硅碳負極材料產量已經超過1500噸，同比增長超過130%，但在全年鋰電負極材料總產量中僅占比1%。

研究發現，硅碳負極材料在產業化路上還面臨三大障礙：一是循環性能和膨脹問題沒有得到徹底解決。硅材料較低的壓實密度和嵌鋰后體積的顯著膨脹，這在一定程度上影響了電池結構的選擇和設計。二是首次充放電效率低。硅碳負極在首次充放電時會形成固體電解質界面（SEI膜），SEI在硅的體積變化影響下被反復破壞與重新形成，鋰離子被大量消耗，從而造成電池容量下降。三是材料加工成本高。電池負極材料在走向納米化，不同的材料對物料的研磨工藝有不同的要求，硅碳負極對研磨機的性能有很高的要求，目前其納米化生產效率不高，復合過程復雜，導致成本比石墨高很多。

價格方面在使用硅碳負極時，電池容量在提升5%?10%的情況下，電池的成本要增加20%?30%甚至更高。著眼于未來，由于“NCM811＋硅碳負極”被視為高能量密度電池的最佳組合，隨著NCM811在電芯行業的迅速推廣，必將推動硅負極材料行業的技術進步和商業應用。

下一個“容百科技”在這里

盡快推動硅負極材料的應用，我國已經釋放出明確的信號。

硅負極材料已經成為國家重點鼓勵的新能源電池材料之一，2017年9月12日和2018年12月26日，先后兩次被列入工信部的重點新材料首批次應用示范指導目錄。

國際范圍內，新一輪負極材料競爭也在全球展開。從全球來看，日韓企業走在硅碳材料產業的前列，代表性的公司有日立化成、三菱化學、昭和電工、日本信越、吳宇化學、韓國GS公司等。

其中，日立化成是全球最大的硅碳材料公司，其負極材料由人造石墨和10%的硅碳材料復合而成，其比容量超過550 毫安時/克。作為日本松下和特斯拉的的供應商之一，特斯拉新一代Model 3電動汽車的鋰離子電池能量密度達到了驚人的300瓦時/公斤。

從國內來看，貝特瑞、杉杉股份、江西紫宸、斯諾實業、星城石墨、江西正拓、創亞動力、大連麗昌等傳統的材料企業也已在硅基材料領域布局。

其中，貝特瑞和杉杉股份比較領先。公開資料顯示，貝特瑞的硅碳負極材料在2013年通過三星認證之后，2014年?2016年產量處于攀升階段。惠州貝特瑞已經具備1000 噸/年的產能，并且還有1000 噸/年產能在建設當中。杉杉股份早在2009年開始研發硅碳負極，當前實現月產噸級規模，具體年產量預計不大，但具體客戶和出貨量情況同樣不詳。

此外，正拓能源今年年初對外宣稱，預計今年可實現2000噸產能，目前產品項目已完成設備安裝，進入小批量試產階段。

如今，硅碳材料也成為業界競逐的風口。2017年成立的中科院物理所背景的天目先導和中科院化學所背景的壹金新能源等公司，作為創業公司已經布局這一材料技術的研發。從電池企業來看，寧德時代、比亞迪、國軒高科、力神、比克等企業都在積極探索硅基負極材料體系的電芯。

不過，由于行業硅碳負極尚未形成廣泛推廣的成熟方案，主流的電池生產企業對于硅碳負極的使用，主要以摻雜形式，且各個企業摻雜比例也存在差異。隨著摻雜比例的提高，基于摻雜20%的比例來測算，預計未來五年，硅碳負極材料市場空間可超過百億，值得期待。