硅基负极专题报告：CVD技术突破硅碳负极渐成主流

深深度报告行业研究超配（维持）CVD技术突破，硅碳负极渐成主流锂电池指数走势资料来源：iFinD，东莞证券研究所相关报告n硅基负极是新型锂电池负极材料迭代方向。当前主流石墨负极已接近其性能极限，直接制约了锂电池能量密度的继续突破，成为电池新技术发展的关键瓶颈之一。在此背景下，发展适配高容量电池的负极材料是锂电池行业发展的必然趋势。具有高比容量和优异快充性能等优势的硅基负极材料被视为打破现有能量密度桎梏、推动电池性能实现阶跃式升级的主要方向之一。硅氧负极和硅碳负极是目前两个主要技术方向，硅氧路线技术较成熟、进展较快，硅碳路线比容量和首效更高、前景更大。n新型电池推广将加速硅基负极应用需求。硅基负极最早主要集中在消费电子等对价格敏感度较低的应用场景。而从市场潜力来看，更大的增量将来自动力电池领域。随着消费者对电动车续航里程和快速补能要求不断提高，众多车企的新车型已开始搭载硅基负极动力电池。此外，在eVTOL、机器人等高性能需求场景中，硅基负极亦具有广阔的应用前景。固态电池产业化进程加速推进，半固态电池已进入量产阶段，全固态电池将于2027年开始小批量生产。2025年多家主流电池厂商实现产线投产并对外供货，大圆柱电池即将迎来规模化量产。随着快充车型价格带进一步下沉至20万元以下，快充车型加速向主流市场渗透。后续新型电池的推广将加速对硅基负极的应用需求。n硅基负极产业化拐点渐近。化学气相沉积法（CVD）是一种先进的硅碳负极材料制备工艺，CVD硅碳材料在克容量、首效、循环性能、倍率等多个维度性能表现优异，膨胀问题也取得较大改善，稳定性大幅提升。CVD工艺在材料关键性能指标上实现突破，为实现高性能硅碳负极产业化迈出了关键步伐，被视为目前制备硅碳负极的最优解方案。随着CVD工艺逐步成熟，硅碳负极将成为硅基负极的主流技术路线，上游关键原材料和生产设备的需求将随之增长。n投资建议：硅基负极凭借超高比容量和优异快充性能，成为下一代高能量密度电池的关键材料之一。随着固态、大圆柱、快充等新型电池产业化推进，硅基负极需求增长潜力巨大。当前CVD硅碳工艺取得突破，关键原材料降本与设备国产化等降本路径清晰，产业化拐点渐近，高性能硅碳负极有望加速渗透并成为主流路线。建议关注在硅基负极领域前瞻布局支撑新型电池迭代的电池厂商，掌握CVD硅碳技术核心、硅基负极量产进度领先的负极材料厂商及其关键材料和设备供应商。n风险提示。下游需求不及预期风险；产业化进程不及预期风险；技术路线变革风险；市场竞争加剧风险。21.硅基负极是新型负极材料迭代方向 3 1.1锂电负极材料的分类 31.2硅基负极是下一代新型负极材料 51.3硅氧和硅碳是硅基负极两个主要技术方向 62.新型电池推广将加速硅基负极应用需求 72.1硅基负极应用加速拓展至动力电池领域 72.2硅基负极与固态电池高度适配 82.3大圆柱电池放量在即，高镍+硅基为最适配方案 92.4快充车型加速渗透，硅基负极更适配 3.硅基负极产业化拐点渐近 3.1CVD技术突破驱动硅碳负极产业化落地 3.2企业纷纷角逐硅基负极新赛道 3.2硅碳负极需求有望迎来快速增长 4.硅基负极产业链受益环节 4.1硅基负极产业链 4.2CVD硅碳负极产业链主要受益环节 5.投资建议 6.风险提示 插图目录图1：锂电池工作原理示意图 3图2：锂电池材料成本构成 3图3：锂电池负极材料分类 4图4：全球固态电池出货量预测 9图5：800V高压快充车型加速向主流市场渗透 图6：全球硅基负极出货量及预测 图7：硅碳负极出货量占比有望大幅提升 图8：硅基负极产业链 表格目录表1：硅基负极与石墨负极的性能对比 6表2：不同种类的硅基负极材料优劣势对比 7表3：国内外主流电池厂商和电池初创企业的固态电池进展/规划 8表4：国内外大圆柱电池量产规划 表5：电池企业快充技术布局 11表6：主要企业在硅基负极的布局情况 表7：重点公司盈利预测及投资评级（2025/12/30） 3负极材料是锂电池的关键材料之一，对锂电池性能影响至关重要。锂电池主要由正极、负极、电解液和隔膜四大关键材料组成。负极材料在锂电池中起到能量储存与释放的作用，对于锂电池的首次效率、循环性能、能量密度、充放电倍率以及低温放电性能等具有较大的影响作用。锂电池的工作原理为：当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。作为负极的碳呈现层状结构，有很多微孔，到达负极的锂离子就嵌入到碳层的层状结构以及微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。当电池进行放电时，嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回到正极，回到正极的锂离子越多，放电容量越高。图1：锂电池工作原理示意图负极材料作为锂电池的关键材料之一，占锂电池总成本的10%-15%。图2：锂电池材料成本构成4锂电池负极材料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。图3：锂电池负极材料分类当前主流石墨负极已接近其性能极限，硅基负极为下一代新型负极材料。目前市场应用中仍以碳基材料中的石墨类负极材料占据主导地位，占比达到95%以上，其中又以人造石墨负极为主，占比达到80%以上。人造石墨系由石油焦、针状焦、沥青焦等原料通过粉碎、造粒、分级、高温石墨化加工等过程制成。天然石墨系采用天然鳞片晶质石墨，经过粉碎、球化、分级、纯化、表面处理等工序制成。当前主流的石墨负极材料具有电导率高和稳定性好的优势，但在能量密度方面已接近其发展极限。石墨负极材料的理论比容量为372mAh/g，目前实际产品的比容量可以达到360mAh/g，比容量性能已接近其理论最大值，基本达到极限水平。这种“天花板”效应直接制约了锂电池能量密度的继续突破，成为电池新技术发展的关键瓶颈之一。在此背景下，发展适配高容量电池的负极材料是锂电池行业发展的必然趋势。具有高比容量和优异快充性能等优势的硅基负极材料被视为打破现有能量密度桎梏、推动电池性能实现阶跃式升级的主要方向，是未来3-5年最有可能迅速提升应用占比的新型负极材料。5不同技术路线的负极材料产品在比容量、首次效率、循环寿命、快充性能、倍率性能等多个指标方面各有特点。硅基负极材料具有很高的理论比容量和较低的电化学嵌锂电位，是提升锂电池能量密度的下一代关键材料，并且其快充性能优异，是理想的新型负极材料选择。硅基负极具有高比容量和优异快充性能等优势。（1）理论比容量显著高于传统石墨负极。硅基材料的理论比容量高达4200mAh/g，是传统石墨材料的10倍以上，是目前已知的比容量最高的锂电池负极材料；并且拥有略高于石墨的嵌锂电压平台和较低的脱锂电位，有利于综合优化电池整体性能。比如采用高镍正极和硅基负极的电池材料体系，相较于传统的高镍－石墨体系，能够实现显著的能量密度提升。根据现有技术进展，硅基体系电池的能量密度可达到350Wh/kg以上，其相对传统体系电池提升幅度可达20%-50%。因此，硅基材料在提高锂电池能量密度上有着巨大的应用潜力，是未来最有可能替代石墨材料成为新型负极材料的主要方向。（2）快充性能优异。石墨材料的嵌锂过程较慢限制了锂电池的快充应用。而硅基材料能够从各个方向为锂离子提供嵌入和脱出的通道，这使得硅基负极在拥有高比容量的同时，也能够满足快充所需要的高倍率性能要求。（3）硅元素储量丰富。与石墨相比，硅元素在地壳中储量丰富，分布广泛，是地壳中储量第二丰富的元素，并且成本低廉。长远来看，硅基负极材料是锂电池降本增效的有效选择路径。硅基负极存在体积膨胀率高和导电性差等缺陷。目前限制硅基负极大规模应用存在的主要挑战在于体积膨胀率高、导电性差、首次效率低等。其中体积膨胀率高被认为是主要的问题。（1）体积膨胀率高。由于硅基负极的材料特性，其在充放电过程中会产生巨大的膨胀和收缩，其最大的体积膨胀率高达300%，远高于石墨负极的10-12%。巨大的体积膨胀会导致活性颗粒破碎粉末化、表面SEI膜结构不稳定而连续生长，以及严重的电极结构崩塌等问题，使得硅负极电化学性能快速衰减，从而影响电池的循环寿命。因此，硅基负极的应用对于电芯结构、材料搭配的安全性、稳定性要求很高。（2）导电性差。硅的导电性能较石墨差，原因在于硅是一种半导体材料，其本征导电性较差，从而影响电子的传输速度；此外硅与导电剂及负极粘结剂的接触较差，也导致电极整体导电性不佳。（3）首次效率低。在首次充电过程中，电解液会在负极表面分解，形成SEI膜，造成不可逆地消耗大量锂离子，而硅材料超过300%的剧烈体积膨胀会导致SEI膜反复破裂、再生，持续消耗活性锂和电解液，从而造成实际可用容量大幅下降。通常，未经优化的纯硅负极首次效率仅约80%，低于石墨负极的90%以上。6表1：硅基负极与石墨负极的性能对比>1500>1000好差差硅基负极核心痛点体积膨胀问题可通过多种改性技术路径解决。为解决硅基负极材料体积膨胀率高的问题，行业内开发了多种硅基负极材料改性方式以改善硅基负极的电化学性能，包括硅氧化、复合化、纳米硅、多孔硅、合金硅、预锂化等方式。根据分散基体的不同，硅基负极材料主要有硅氧复合负极材料、硅碳复合负极材料及硅基合金负极材料三大类，各有优劣势。硅氧负极和硅碳负极是目前两个主要技术方向，硅氧路线进展较快，硅碳路线前景更大。硅氧负极和硅碳负极结合了碳材料的高电导率、稳定性好及硅材料的高比容量优点且工艺相对成熟，综合电化学性能较优，成为引领锂电池负极材料行业发展的新方向。其中硅氧路线进展较快，已进入产业应用阶段，主要用于动力电池领域，但成本较高。硅碳负极因其具备更高比容量和首次效率高，应用前景更大。虽然硅基合金负极材料相对石墨负极材料的比容量提升效果明显，但由于其工艺难度高、生产成本高，且首次效率较低，因此目前尚未大规模应用。硅氧负极是指采用氧化亚硅和石墨材料混合，氧化亚硅相比硅材料而言，氧化亚硅材料在嵌锂过程中的体积膨胀大大减小（氧化亚硅在嵌锂过程中体积膨胀118%左右，硅为300%以上），因此其循环性能得到较大提升。但硅氧负极的首次效率低，生产成本高，制备过程非标准化。目前比较成熟的技术路线是碳包覆氧化亚硅结构，通常是先制备锂电池用氧化亚硅，然后进行碳包覆等后续工艺。硅碳负极是指纳米硅与碳材料混合，通过降低硅基材料粒径至纳米级别，可以拥有更多的空隙，用于缓冲硅在脱嵌锂离子过程中产生的应力和形变。在硅碳负极的制备过程中，需要首先制备纳米硅颗粒，最外层由碳做包覆层，形成壳核结构。硅碳负极具备更高比7容量和首次效率高，但体积膨胀较大，因此其循环性能相对较差。总的来说，硅氧负极的优势在于循环寿命好，但首效低，可以通过预锂化等技术提高首效。硅碳负极的优势在于首效高，但循环寿命较低，可通过硅的纳米化，降低膨胀破碎风险，提高循环寿命。表2：不同种类的硅基负极材料优劣势对比理B.循环性能和倍率性能相对于其他硅基负硅基合金近年来硅基负极应用正加速拓展至动力电池领域。从市场应用来看，硅基负极最早主要集中在消费电子、电动工具、蓝牙耳机等带电量较小，同时对电池循环性能要求不高、对价格敏感度较低的应用场景。而从市场潜力来看，其更大的增量将来自动力电池领域。新能源汽车的续航能力取决于电池的能量密度，随着消费者对电动车续航里程和快速补能的要求不断提高，高能量密度和快充成为动力电池的必然发展趋势，从而推动具备高比容量和快充性能的硅基负极应用。在新能源汽车领域，包括特斯拉、比亚迪、智己、蔚来、埃安、极氪、奔驰等众多车企，都已经开始在新车型上搭载硅基负极动力电池。此外，在eVTOL、机器人等高性能需求场景中，硅基负极亦具有广阔的应用前景。硅基负极产品实现群体性性能达标，意味着在动力电池领域规模化应用即将开启。近年来，以化学气相沉积法（CVD法）为核心的多孔硅碳技术路线，通过将硅纳米颗粒均匀分散在多孔碳骨架中，大幅缓解膨胀效应，使得循环次数突破1000次，首次效率提升至90%以上，预计将成为硅碳负极主流技术路线。该技术路线让硅碳负极材料的性能实现了群体性突破，包括天目先导、兰溪致德、索理德等国内主要硅基负极厂商的产品均达到了动力电池领域的性能要求。并且在生产方面，多孔硅碳路线可以减少预锂化、预8镁化，相比于硅氧路线具有大幅降本的潜力。硅基负极产品实现群体性性能达标，意味着硅基负极在动力电池领域的规模化应用进程有望加快。高比容量的硅基负极为固态电池的优选新型负极材料。从锂电池的发展趋势来看，固态电池被认为是全球下一代锂电池的核心技术方向。固态电池对高能量密度的要求，正在促使负极材料从目前传统的石墨负极向高比容量的硅基负极迭代发展。中国科学院院士欧阳明高指出，全固态电池需匹配硅碳负极以实现＞500Wh/kg的超高能量密度。固态电池产业化进程加速推进。近年来国内外主流电池厂商，以及专注于固态电池的初创企业，不断推进固态电池的研发与应用，各家电池厂商持续公布在固态电池领域的最新进展与技术突破。从各家企业的表态来看，全固态电池将于2027年开始小规模量产。表3：国内外主流电池厂商和电池初创企业的固态电池进展/规划计划2025年底量产60Ah全固态电池，能量密度达40研发的全固态电芯能量密度超过400Wh/kg，应资料来源：鑫椤固态电池，高工锂电，财联9半固态电池进入量产阶段，固态电池出货量即将迎来高速增长。半固态电池作为液态电池向全固态电池转型的过渡技术，在国内率先得以推广，自2024年开始进入了量产阶段。2026年随着更多搭载半固态电池车型上市与储能领域应用拓展，半固态电池将进一步放量。全固态电池将于2027年开始小批量生产。预计未来5年固态电池出货量年均复合增长率超过120%。图4：全球固态电池出货量预测“高镍正极+硅基负极”为大圆柱电池最适配方案。大圆柱电池对硅基负极的高膨胀率容忍度提升，成为硅基负极应用的良好载体。原因在于：1）大圆柱电池的体积更大，为硅基负极的膨胀预留了一定的空间；2）大圆柱电池为弧形表面结构，在硅基负极膨胀时有多个方向分摊膨胀压力。比如2020年特斯拉发布的4680大圆柱电池采用了“高镍正极+硅碳负极”组合，结合全极耳和干法电极技术，使得电池能量密度达300Wh/kg。在特斯拉和头部电池厂商的推动下，“高镍正极+硅基负极”的高能量密度配套成为大圆柱电池的最适配方案。大圆柱电池即将规模化量产，推动硅基负极应用需求。特斯拉和宝马等车企巨头明确对于46系列大圆柱电池的需求使得大圆柱电池成为电池新技术中的一种新风向。根据盖世汽车统计，目前全球主要针对46系列大圆柱电池的产能规划已经突破500GWh。2025年多家主流电池厂商实现产线投产并开始对外供货，大圆柱电池从技术验证阶段迈向规模化量产阶段，其应用场景也正从电动汽车拓展至eVTOL、人形机器人等新兴领域。未来大圆柱电池的量产将成为硅基负极材料应用的重要增长点之一。表4：国内外大圆柱电池量产规划斯/规划2026年新增2条产线/等//供资料来源：盖世汽车，懂车帝，OFweek锂电网，电池的快充性能主要取决于负极材料，硅基负极与快充技术更匹配。动力电池充放电倍率（C倍率）的大小对应动力电池充放电速度的快慢，数字越大充电效率越高。快充的核心电池技术方向在于高倍率。在电动汽车快充需求快速增长的推动下，国内领先动力电池企业纷纷推出快充电池解决方案，倍率性能在4C以上的快充电池加速推进。目前包括宁德时代、比亚迪、亿纬锂能、国轩高科、中创新航、欣旺达、蜂巢能源等头部电池企业都已布局超充电池，并加速对不同品牌车型的配套。而负极材料是实现快充的关键所在，具有高倍率性能的硅基负极能够大幅提升锂电池的充放电能力，更适配快充车型。表5：电池企业快充技术布局90%，覆盖磷酸铁锂、磷酸锰铁锂和三元体系快充车型加速渗透，快充电池需求放量。快速补能是提升电动汽车差异化竞争力的关键之一，近年来高压快充路线受到越来越多主机厂的青睐。目前国内超30个汽车品牌布局了800V高压快充车型，高压快充新能源汽车销量对应市场渗透率约为15%。高压快充平台率先在高端车型上配置，而随着头部企业引领快充技术不断进步，推动快充技术向更广的价格带渗透。2025年搭载高压快充平台的车型售价进一步下沉至20万元以下，意味着高压快充平台将成为中高端电动汽车的标配，并持续向主流市场渗透，快充车型有望迎来加速放量。随着快充车型快速发展，将推动对硅基负极的应用需求。图5：800V高压快充车型加速向主流市场渗透相比于硅氧负极，硅碳负极具备更高比容量和首次效率高，应用前景更大，但体积膨胀较大，因此其循环性能相对较差。硅碳负极的生产工艺复杂，技术难度大，准入门槛高，主要分为两种技术路线：机械球磨法、化学气相沉积法（CVD）。化学气相沉积法（CVD）是一种先进的硅碳负极材料制备工艺，能够有效抑制硅的体积膨胀率，逐渐成为新一代硅碳负极的主流技术路线。化学气相沉积法（CVD）是一种以硅烷为反应原料，通过多孔碳骨架内部孔隙来实现纳米级硅颗粒的合成，碳骨架在增强材料导电性的同时，也为纳米硅膨胀预留了空间，表面包覆也有效降低了与电解液的界面副反应。因此，CVD硅碳材料在克容量、首效、循环性能、倍率等多个维度性能表现优异，其膨胀问题也取得较大改善，稳定性大幅提升。在关键性能指标上，目前CVD法硅碳负极产品的克容量约1800mAh/g，部分企业最新产品可突破2000mAh/g，而硅氧负极产品的克容量仅为1500mAh/g左右。据GGII数据，CVD法硅碳负极还可支持超1000次循环，将极片膨胀控制在25%-27%。并且，CVD工艺所需生产流程短、设备少、理论成本低，被视为目前制备硅碳负极的最优解方案。CVD工艺取得进步为实现高性能硅碳负极产业化迈出了关键步伐。根据高工锂电，截至2025年4月，布局硅基负极的企业超30家。从产业化布局来看，天目先导、兰溪致德和硅宝科技等创新企业和跨界企业基本以硅碳路线为主，而传统的负极材料头部企业如贝特瑞、璞泰来、杉杉、中科电气等在之前的硅氧技术路线上向CVD新型硅碳技术路线转型。从2024年出货量来看，国内企业贝特瑞是全球硅基负极材料龙头，其他出货量排名靠前的企业包括杉杉、璞泰来、天目先导、兰溪致德、洛阳联创、国轩高科、石大胜华、壹金新能源等。海外在硅基负极材料有实际出货量的企业包括美国Group14、韩国大洲、日本信越化学、韩国浦项制铁等。表6：主要企业在硅基负极的布局情况硅碳负极已进入多家动力电池客户的测评和平台开发 硅碳负极具备产业化基本条件。与多家企业合作，产品处氧化亚硅技术成熟，硅基负极项目已在江西宜春和山西太根据EVTank，预计2025年全球硅基负极出货量将超过7万吨，同比增长76%。随着固态电池逐步产业化，硅基负极的需求有望快速增长。展望2030年，EVTank预计全球硅基负极出货量将达到60万吨，2025-2030年年均复合增长率达57%。从技术路线来看，目前硅基负极以硅氧为主，2024年硅氧负极出货量占全部硅基负极的比例高达70%以上，CVD硅碳负极出货量占比仅20%左右。而从性能、稳定性、成本和潜力来看，CVD硅碳是优势方向。预计随着CVD工艺的逐步成熟，2030年硅碳负极的出货量占比有望超过75%，成为硅基负极的主流技术路线。图6：全球硅基负极出货量及预测图7：硅碳负极出货量占比有望大幅提升硅基负极产业链的上游原材料主要包括石墨、二氧化硅、碳源气、锂盐/锂、硅/硅合金、无机溶剂、助剂等；中游为硅基负极材料生产商，根据技术路径不同，硅基负极材料主要分为硅氧负极材料、硅碳负极材料、硅基合金负极材料；下游为电池厂商，应用于动力电池、储能电池、消费电池等领域。目前硅碳负极的商业化应用主要集中在对成本敏感度相对不高的消费电池领域，在动力电池领域渗透率低，但前景最大。图8：硅基负极产业链虽然目前硅氧技术路线的市场份额较大，但CVD硅碳作为新一代主流技术路线的潜力更大。CVD硅碳工艺的核心是以多孔碳骨架来储硅，在多孔碳颗粒内部的孔隙通入硅烷气体，通过高温热解使硅烷气体分解成硅纳米颗粒分散在多孔碳内部。主要分为三个步骤：（1）多孔碳骨架制备。使用树脂基或生物基碳源，首先在惰性气体保护下进行碳化，然后采用物理或化学方法活化刻蚀，增大表面积拓宽孔道。（2）在多孔碳内部沉积硅颗粒。目前主流使用流化床为反应器，实现硅烷在多孔碳内部吸附与沉积，得到纳米硅颗粒。（3）碳层包覆。在硅颗粒沉积后，在流化床中通入碳源性气体（乙炔/乙烯等在材料表面均匀包覆一层碳层，以提升材料的电导率和降低副反应，最终得到气相沉积硅碳。随着CVD硅碳负极产业化推进，上游原材料和生产设备的需求将随之增长。1.核心主材：多孔碳和硅烷气多孔碳和硅烷气是硅碳负极生产降本的核心所在。多孔碳：硅材料存在高体积膨胀率，影响电池循环寿命。多孔碳材料能够为硅膨胀提供空间，延长电池循环寿命，并抑制充放电过程中锂枝晶的形成和生长，提高电池安全性。因此，多孔碳是CVD硅碳负极的核心骨架，直接决定产品性能。多孔碳制备的技术壁垒高，成本占比大，是硅碳负极降低成本的关键环节。因此，拥有多孔碳自主研发能力的负极厂商，在成本控制方面占有优势。多孔碳制备主要分为树脂路线和生物质路线，树脂路线的多孔碳性能好但价格昂贵。生物质路线的多孔碳性能相对差但成本优势明显。短期将以树脂路线为主满足高性能需求，中长期有望通过生物质路线的后端加工提高性能以实现降本。硅烷气：硅烷气是CVD硅碳负极材料制造中最重要的原材料之一。硅烷气体的选择和纯化对CVD硅碳负极的生产至关重要。高纯度硅烷气体可以保证CVD沉积的均匀性和密度，从而提高硅碳负极的电化学性能。同时，硅烷气体的稳定性也是影响生产过程安全和成本控制的关键因素。随着行业龙头的硅烷大规模扩产，以及部分硅碳负极厂商自备硅烷产能，正推动硅烷气的成本持续下探，为硅碳负极的产业化提供支持。2.关键辅材：新型粘结剂和导电剂新型粘结剂和导电剂能够有效解决硅材料的膨胀问题，共同支撑硅基负极产业化推进。PAA粘结剂：硅材料的巨大体积膨胀需要粘结剂来稳定。传统的粘结剂（SBR/CMC等）难以抑制硅的体积膨胀，聚丙烯酸（PAA）因其独特的分子结构和更优的力学性能而成为应对这一挑战更适配硅基负极的主流选择。碳纳米管导电