Глубокий анализ технического ландшафта и прогресса индустриализации предварительного литирования анода [Анализ SMM]

Основные положения: Предварительная литиация анода — ключевая технология, обеспечивающая дополнительное введение активного лития в кремнийсодержащий анод для компенсации необратимой потери ёмкости при первом заряде/разряде с целью преодоления промышленных узких мест — низкой кулоновской эффективности первого цикла и слабой циклической стабильности кремниевых анодов.

,

В статье систематически рассмотрены четыре технических направления — контактное литирование фольгой, порошковое SLMP, химическая прелитиация и прелитиационные добавки — проанализирована структура их себестоимости и динамика изменений, представлен прогресс полного цикла индустриализации: от государственной политики высшего уровня, наращивания выпуска материалов от сотен до десятков тысяч тонн до ускоренного внедрения ведущими аккумуляторными компаниями. Установлено, что технология прелитиации стала обязательной общей базовой технологией для систем с высокой удельной энергией, особенно для полутвердотельных и полностью твердотельных аккумуляторов. В перспективе, при снижении цены кремний-углеродного анода ниже 80 000 юаней/т, рынок прелитиации вырастет примерно с $2,1 млрд в 2025 г. до $6 млрд в 2031 г., непрерывно проникая в сегмент доступных электромобилей.

Содержание
Введение: необходимость прелитиации

Технические направления: четыре основных подхода

Анализ себестоимости: структура и эволюция

Индустриализация: прогресс в политике, материалах и батареях

Тренды: диверсификация маршрутов, освоение рынка и вертикальная интеграция

В настоящее время в твердотельных и твердо-жидкостных батареях технология анодной прелитиации совершенствуется для преодоления проблем большого объемного расширения и непрерывного образования SEI-пленки у кремнийсодержащих анодов в традиционных жидкостных элементах.
I. Введение: зачем нужна прелитиация?
При первом заряде литий-ионного аккумулятора на поверхности анода формируется твердоэлектролитная интерфаза (SEI), необратимо потребляющая активные ионы лития из катода и вызывающая потерю ёмкости. Для стандартных графитовых анодов эта потеря составляет около 5–10%; для кремнийсодержащих анодов из-за огромного объемного расширения (около 300%) при заряде/разряде SEI-пленка многократно растрескивается и восстанавливается, что приводит к более серьёзной потере активного лития, и начальная кулоновская эффективность (ICE) часто составляет всего 70–80%.
Теоретическая удельная ёмкость кремниевых анодов до 4 200 мА·ч/г, более чем в десять раз превышающая ёмкость обычных графитовых анодов (372 мА·ч/г), делает их признанным ключевым анодным материалом для следующего поколения высокоэнергоёмких литий-ионных аккумуляторов. Однако два главных узких места — низкая начальная кулоновская эффективность и плохая циклическая стабильность — долгое время ограничивали практическое применение. Технология прелитиации — внесение дополнительных источников лития в анодную систему до сборки батареи для компенсации необратимой потери лития в первом цикле — ключевой способ преодоления этих ограничений.
II. Обзор технологий: анализ основных маршрутов прелитиации
2.1 Схема технической классификации
По способу введения источника лития технология прелитиации делится на две большие категории: анодная прелитиация и катодное дополнение литием. Анодная прелитиация — основной подход с более быстрым промышленным прогрессом, включающий следующие технические маршруты: контактную прелитиацию литиевой фольгой, прелитиацию стабилизированным литиевым порошком (SLMP), химическую прелитиацию и прелитиационные добавки
2.2 Контактная прелитиация литиевой фольгой
Метод заключается в прямом механическом контакте литиевой фольги с анодным электродным листом, когда под действием разности потенциалов металлический литий самопроизвольно внедряется в анод. Способ отличается простотой операции и высокой ёмкостью дополнения литием, но степень прелитиации трудно контролировать точно: недостаточная прелитиация не даёт значимого роста начальной кулоновской эффективности, а избыточная может образовать слой металлического литиевого покрытия на поверхности анода, ухудшая характеристики батареи. Кроме того, литиевая фольга крайне требовательна к окружающей среде, небезопасна и предъявляет высокие запросы к оборудованию.
2.3 Прелитиация стабилизированным литиевым порошком (SLMP)
Стабилизированный литиевый порошок с поверхностным пассивирующим слоем (например, Li₂CO₃) смешивают с анодной суспензией для нанесения покрытия. По сравнению с фольгой, порошок позволяет легче регулировать степень прелитиации и точнее дозировать литий. Однако химическая активность литиевого порошка остаётся сравнительно высокой, что затрудняет практические операции и также требует инертной среды.
2.4 Химическая прелитиация
Анод вымачивают в химических реагентах (например, полициклических ароматических литиевых соединениях, литий-бифенильном растворе), достигая предварительного внедрения лития за счёт химических реакций. Химическая прелитиация протекает мягко, дёшево и совместимо с промышленным производством, обладая значительным потенциалом. Стратегия контактной прелитиации «в бессолевой среде» команды профессора Сунь Юнмина из Хуачжунского университета науки и технологии использует самопроизвольную реакцию среды с металлическим литием для генерирования ионов лития in situ, что обеспечивает равномерную во времени и пространстве прелитиацию внутри электрода.
2.5 Прелитиационные добавки
Литийсодержащие добавки вводят непосредственно на этапе приготовления анодного материала. Экологически стабильная прелитиационная добавка на основе литий-кремниевого сплава, разработанная командой Шао Хуайю из Университета Макао, способна повысить начальную кулоновскую эффективность материалов анода на основе оксида кремния с 78% до 98,1%. Этот метод обладает хорошей технологической совместимостью, но требует крайне высокой стабильности добавки.
2.6 Сравнение различных технических маршрутов
График: Основные маршруты предварительного литирования

3. Анализ затрат: экономическая жизнеспособность как главное препятствие для индустриализации
3.1 Состав затрат
Совокупная стоимость предварительного литирования анода составляет примерно 80–150 юаней/кВт·ч, что позволяет повысить плотность энергии аккумулятора на 15–25%. Разбивка затрат выглядит следующим образом:
Стоимость материалов (источник лития): составляет около 60%, крупнейшая статья затрат
Амортизация оборудования:около 15%
Труд и энергопотребление: около 10%
Затраты на контроль окружающей среды:около 15% (инертная атмосфера, осушение и т.д.)
Стоимость источника лития составляет 10–15% от общей стоимости материалов аккумулятора. Высокая цена металлического лития в сочетании с жесткими требованиями к контролю среды для литиевой фольги/порошка значительно увеличивает стоимость аккумуляторных элементов.
3.2 Тенденции изменения стоимости
Масштабное производство значительно снижает затраты. Планы мощностей ведущих игроков превысили уровень в 10 тыс. тонн, а удельные затраты снизились более чем на 60% по сравнению с 2020 годом. В 2025 году коэффициент использования производственных мощностей в отрасли достиг 73%, а средняя валовая маржа составила около 35%.
В 2025 году мировое производство предварительно литированного кремний-углеродного анодного материала достигло 362 тонн, при средней цене около 83 000 долларов США за тонну. С развитием технологий и массовым производством ожидается, что к 2030 году затраты снизятся более чем на 40%.
3.3 Экономические проблемы
Несмотря на снижение затрат, технология предварительного литирования все еще сталкивается с рядом экономических проблем:
Колебания цен на источник лития: Цена на металлический литий сильно зависит от рынка карбоната лития, что создает неопределенность в переносе затрат.
Сложность процесса: Такие проблемы, как низкая стабильность агентов предварительного литирования и недостаточная совместимость с аккумуляторными системами, повышают сложность процесса.
Затраты на безопасность: Реакционная природа металлического лития требует строгого контроля окружающей среды, что увеличивает инвестиции в производственные линии и эксплуатационные расходы.
Целевой показатель снижения затрат: В отрасли считают, что цена на кремний-углеродные аноды должна опуститься ниже 80 000 юаней за тонну, чтобы обеспечить масштабную замену графитовых анодов.
4. Прогресс индустриализации: от масштаба в сотни тонн к десяткам тысяч тонн
4.1 Государственная поддержка
В национальном «15-м пятилетнем плане» кремниевые анодные материалы указаны как одно из ключевых стратегических направлений НИОКР в секторе новой энергетики. Эта политическая установка обеспечивает поддержку на высшем уровне для индустриализации технологии предлитирования.
4.2 Сектор материалов: Быстрое наращивание мощностей
Сычуань Тяньнуо Цзюнэн: В декабре 2025 года первая очередь проекта по производству высокоэффективных предлитированных материалов оксида кремния на базе в Суйнине официально начала выпуск продукции, инвестиции составили 30 млн юаней, достигнута годовая мощность 500 т предлитированного оксида кремния и 50 т кремний-углеродных продуктов. Модель TNSO1580 имеет удельную емкость около 1580 мА·ч/г, начальную кулоновскую эффективность около 89% и сохраняет более 80% емкости после более чем 1200 циклов. Продукт перешел на этап мелкосерийных закупок для нескольких производителей силовых аккумуляторов.
Ляньчуан Литиум Энерджи: Одно из немногих отечественных предприятий, освоивших технологию предлитированного оксида кремния, завершило приобретение земельного участка под линию мощностью 10 000 т/год. Монтаж и ввод в эксплуатацию оборудования первой очереди на 2000 т ведутся, запуск производства ожидается во втором полугодии 2026 г.
BTR: Как один из первопроходцев в сфере кремниевых анодов в Китае, уже имеет мощность по кремниевым анодам 12 500 т/год.
Другие проекты: Продукция Циндао Чжэнван с кремний-углеродными анодами, полученными методом CVD, сошла с конвейера; первый этап завода «Внутренняя Монголия Гуйюань Синьнэн» мощностью 20 000 т/год по производству кремний-углеродных анодов введен в эксплуатацию; компания «Ланьчжоу Чжидэ» завершила раунд финансирования D+, получив эксклюзивные стратегические инвестиции от Puquan Capital компании CATL.
4.3 Сектор аккумуляторов: Ведущие игроки ускоряют внедрение
В настоящее время по всей цепочке создания аккумуляторной продукции в мире десятки компаний занимаются НИОКР материалов на основе кремниевых анодов. Ведущие производители аккумуляторов, такие как CATL, EVE, Gotion High-tech, Farasis Energy, Sunwoda и SVOLT Energy Technology, активно внедряют кремниевые аноды.
CATL: Получила технологию кремний-углеродных анодов третьего поколения из паровой фазы благодаря инвестициям в «Ланьчжоу Чжидэ».
Sunwoda: Широко применяет процессы с кремний-углеродными анодами в потребительской электронике, в 2024 г. доля кремния в потребительских продуктах составила 5–10%, ожидается, что в 2025 г. она вырастет до 10–15%.
EVE: Подала патентные заявки на предлитированные кремниевые аноды.
4.4 Научные прорывы: От лаборатории к индустриализации
Команда Шао Хуайю из Университета Макао: Разработала экологически стабильную добавку для предлитирования на основе литий-кремниевого сплава, которая повысила начальную кулоновскую эффективность анодов из оксида кремния с 78% до 98,1%. Выполнено опытно-промышленное производство в масштабах килограммов, и идет совместная верификация с ведущими отечественными литиевыми аккумуляторными предприятиями.
Команда Цзоу Жуцяна из Пекинского университета: Предложила стратегию восполнения лития на месте в аноде и приповерхностной реконструкции катода с фторированием, способствующую коммерческому прорыву безанодных литий-металлических аккумуляторов с высокой плотностью энергии.
Команда У Цзяньфэя из Циндаоского института биоэнергетики и биопроцессов: Предложила синергетическую стратегию «предлитирование-крепость» с использованием «базальтоподобного пористого кремния + Li₁₃Si₄», добившись значительного прогресса в повышении характеристик сульфидных полностью твердотельных аккумуляторов с кремниевым анодом.
5. Будущие масштабы и тенденции
5.1 Прогноз объема рынка
Chart-: Прогноз рынка технологий предварительного литирования

5.2 Прогноз уровня проникновения
При условии значительного роста уровня проникновения и объёмов смешивания мировое потребление кремниевых анодных материалов (чистого вещества) существенно увеличится в период с 2027 по 2030 год. Сектор потребительской электроники стал первым крупномасштабным сценарием применения кремниевых анодов; в секторе тяговых аккумуляторов кремниевые аноды совершили качественный скачок.
5.3 Ключевые тенденции
Тенденция 1: Дивергенция и конвергенция технологических маршрутов
Высококачественные CVD-аноды из кремний-углерода благодаря преимуществам своей структурной конструкции позволяют значительно снизить зависимость от предварительного литирования, тем самым сокращая дополнительные расходы. Это означает, что в будущем технология предварительного литирования будет дивергировать: низкобюджетный оксид-кремниевый маршрут будет полагаться на предварительное литирование для повышения начальной кулоновской эффективности, тогда как высокобюджетный кремний-углеродный маршрут будет стремиться минимизировать зависимость от предварительного литирования. В то же время ускоряется конвергенция технологии предварительного литирования с твердотельными аккумуляторами — предварительно литированные материалы на основе оксида кремния особенно хорошо подходят для высокоэнергоёмких жидкостных, твердо-жидкостных гибридных и полностью твердотельных аккумуляторных технологий.
Тенденция 2: Проникновение из высококлассных сегментов в массовые
Предварительно литированные кремниевые аноды в настоящее время используются в основном в высококлассной цифровой продукции, премиальных электромобилях и твердотельных аккумуляторах; ожидается, что после 2028 года они проникнут в сегмент массовых автомобилей. По мере дальнейшего снижения затрат и расширения производственных мощностей уровень проникновения кремниевых анодов в секторе тяговых аккумуляторов, как ожидается, превысит 15%.
Тенденция 3: Ускоренная вертикальная интеграция отраслевой цепочки
От исходного сырья, такого как металлический кремний, силан и пористый углерод, через средние стадии процессов предварительного литирования и до конечного производства аккумуляторов — предприятия всех сегментов отраслевой цепочки ускоряют своё развёртывание и интеграцию. Аккумуляторные гиганты, такие как CATL, закрепляют за собой передовые технологии посредством стратегических инвестиций, в то время как производители материалов захватывают долю рынка за счёт расширения мощностей.
Тенденция 4: Снижение затрат — вечная тема
Отраслевой консенсус сводится к тому, что цена за тонну кремний-углеродного анода должна упасть ниже 80 000 юаней. Крупномасштабное производство, оптимизация процессов и технологические достижения будут совместно способствовать снижению затрат, при этом ожидается, что к 2030 году затраты снизятся более чем на 40% по сравнению с текущим уровнем. Только когда затраты упадут до приемлемого уровня, предлитированные кремниевые аноды смогут по-настоящему заменить графитовые аноды в больших масштабах.
VI. Заключение
Технология предлитирования анодов находится на критическом поворотном этапе от технической верификации к массовому производству. С точки зрения политики, существует стратегическая поддержка со стороны «15-го пятилетнего плана»; со стороны предложения, мощности переходят от уровня сотен тонн к десяткам тысяч тонн; а со стороны спроса, ведущие производители аккумуляторов ускоряют внедрение. Мировой рынок технологий предлитирования оценивался примерно в 2,1 млрд долларов в 2025 году, и, по прогнозам, достигнет 6 млрд долларов к 2031 году.
Однако путь к индустриализации не лишен препятствий. Высокие затраты на источники лития, сложность процессов, риски безопасности и давление по снижению затрат остаются барьерами, которые необходимо преодолеть. В ближайшие пять лет тот, кто сможет добиться прорывов во всех трех измерениях — контроль затрат, техническая точность и масштабируемость — получит преимущество первого хода в конкуренции анодных материалов нового поколения. Технология предлитирования важна не только для индустриализации кремниевых анодов, но и критически важна для того, смогут ли литий-ионные аккумуляторы преодолеть потолок плотности энергии 300 Вт·ч/кг и войти в новую эру 400 Вт·ч/кг или даже 500 Вт·ч/кг.

Тел.: 021-20707860 (или добавьте WeChat 13585549799) Ян Чаосин, спасибо!

Связанная информация