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【清流資本·硬幣的另一面】物科金硅:硅基負極材料已實現噸級量產出貨

2024-02-21 17:30:16 5e

清流資本在過去十年捕捉了TMT、消費、硬科技等主流行業下的多個細分賽道冠軍,也建立了投得“穩”、“準”、“精”的基金形象。近年,清流資本推出原創科技專欄——“硬幣的另一面”,通過清流合伙人和科技企業創始人對話的形式,講述當前創投形勢下,那些科技類被投企業的故事。清流資本將持續關注新興科技賽道。

今天,我們對話的主角是物科金硅的創始人兼CEO黃杰博士

本文包含以下內容,閱讀需要15分鐘。

• 鋰電池軍備競賽新賽點--硅基負極材料

• 短期靠技術紅利,中長期靠規模和資本

• 從科學家到創始人的角色轉變

• 清流言而有信,投后使我獲益匪淺

• 清流為何投資物科金硅

物科金硅成立于2020年,是一家專注于硅基負極材料研發、生產和銷售的技術驅動型企業,量產產品包括:硅氧前驅體及其改性產品和新型硅碳負極。物科金硅創始團隊源于中科院物理所和國內頭部電池粉體材料企業,擁有全球獨創領先的氧化亞硅制備及改性和CVD(化學氣相沉積)新型硅碳核心技術,已申請國家專利17項,其中國際專利1項。

公司目前是全球唯一具備單爐噸級制備氧化亞硅負極材料能力的團隊,已建設完成產線:高端氧化亞硅前驅體800噸/年;高端預鎂氧化亞硅100噸/年,CVD新型硅碳100噸/年,目前已經服務國內10多家客戶,實現噸級出貨,新型硅碳完成產品定型,在硅基負極產業鏈中處于領先地位。去年,物科金硅完成了數千萬A+輪融資,由吉利資本、清流資本、同創偉業等機構投資。本輪融資將主要用于二期產線建設,擴大硅氧負極產能,同時完善技術迭代,實現最新型硅碳產品定型及噸級量產。而吉利作為產業方的加持,也為公司提供了堅實的產品背書和市場想象空間。

物科金硅創始人黃杰是中國科學院物理所博士,師從李泓研究員和陳立泉院士。曾任北京衛藍新能源科技有限公司研究院院長、副總經理。2018年獲得中國科學院 “科技成果轉化”特等獎,發表SCI論文6篇,已申請專利86余項,授權15項。曾作為主要研發人員參與中國科學院戰略性先導科技專項,國家重點研發計劃等多個項目。同時,作為主要技術負責人參與上汽集團、華為瓦特實驗室、LG化學、博世企業合作項目。

物科金硅創始人兼CEO黃杰博士

鋰電池軍備競賽新賽點——硅基負極材料

清流:hi 黃博,請先簡單介紹一下物科金硅是誰?

黃博:物科金硅成立于2020年,由原中科院物理所鋰電研發核心團隊組建,是一家專注于硅基負極材料研發、生產和銷售的技術驅動型企業,公司量產產品為氧化亞硅前驅體及其改性型材料,同時正在完成新型硅碳負極材料定型。

清流:為什么選擇硅基負極材料這個賽道?

黃博:新能源車為了實現長續航、快充、低成本等需求,一直在倒逼電池廠提升比容量。如今,電池形態從百花齊放到逐漸收斂,接下來就是材料體系的提升。正極材料從磷酸鐵鋰到三元、高鎳化,已經有了突破;對應地,負極材料的比容量提升將會是這場軍備競賽的下一個賽點。石墨負極的實際比容量已經接近其理論值372mAh/g,很難再有提升空間。硅基負極理論比容量高達4200mAh/g,是目前已知比容量最高的鋰離子電池負極材料,且原料來源廣泛、價格低廉。所以,硅基負極是當前負極材料中最具確定性的一條技術路線

材料體系革命離不開下游頭部主機廠的引領,硅基負極的另一個核心驅動因素是特斯拉4680大圓柱電池的推廣。由于大圓柱的弧形受力面積更均勻,對體積膨脹高的硅基負極材料具有天然的體系適配。2020年,特斯拉的4680大圓柱電池開始使用硅基負極,這直接推動了各大電池廠商在硅基負極方面的布局,加速了硅基負極的產業化。

我判斷硅基負極這兩年就會迎來市場爆發,是很好的創業時機,“天時地利人和”——我認為“天時”是最重要的,對于一個初創企業來說,選擇一個特別長遠才能看到結果的賽道其實是不利于公司持續發展的。

清流:“地利”和“人和”是什么?

黃博:硅基負極性能好、場景非常明確、市場推廣相對容易。但又還沒發展到靠規模化降本去打價格戰的階段,大家還是在拼誰的技術好,能解決其中的技術問題。而技術研發正是我們所擅長的,我在中科院物理所的導師李泓老師本來就是做硅基負極研究的,我對這個方向的技術路線和政策方向等比較熟悉加上中科院物理所有很多人在新能源圈子里,有一些行業內的關系在,選擇這個方向也是在發揮我們自己的特長

清流:硅基負極材料的技術難點是什么?

黃博:總的來說,硅基負極材料需要解決循環過程中體積膨脹較大,導致SEI膜(固體電解質界面膜)不穩定造成的技術問題,例如首效低、循環壽命有待提高等。

目前硅基負極的主流技術路線分為硅氧和硅碳。硅氧一般泛指碳包覆一氧化硅,技術相對成熟,成本較低,一致性好、循環性好、離產業化更近,動力電池已經開始應用,如特斯拉以及寶馬4680,奔馳等一些車型。但首效低,目前主要3-7%和石墨混合。后來推出預鎂化和預鋰化以后(在硅氧里面加入鎂/鋰),膨脹率下降,首效有所提升。預鎂的性能目前還達不到動力電池的要求,但由于成本低、未來存在下降的預期空間,在電動工具領域開始嘗試使用;預鋰的成本相對高一些,因為碳酸鋰波動,金屬鋰價格100-200萬/噸區間,目前主要開始試用在對價格不那么敏感的高端車以及要高能量密度的電動工具,還未大范圍使用。

新型硅碳是指用納米硅分布于多孔的碳材中,其容量高、首效高、循環好,被認為是硅基負極材料的最優路線。但還有諸多技術問題沒有攻克,如價格高、壓實低于硅氧、倍率性低于預鋰硅氧,顆粒易破碎,產品一致性差(硅沉積的均一性差)等等;其次,設備選型現在還沒有統一,以及后期的設備放大方案、工藝過程的產品一致性問題等都沒完全解決,成本能降到什么程度也未可知。早期試驗過程中還發生過安全事故。

清流:你們是如何解決這一系列的問題的?

黃博:常規硅氧領域,降本就是用大型高溫升華爐+低成本CVD碳包覆,提升首效就是提前將硅氧中的氧和鎂/鋰反應形成預鎂/鋰硅氧。

我們公司是堅持做一體化,自制氧化亞硅塊材,把原料成本降到了4萬/噸以下,預計今年預鎂氧化亞硅就能降到10萬以內,隨著規模進一步擴大,價格還會更低。能實現大幅降本主要是因為我們創新性地使用了大型高溫升華爐,行業內大家都還是用幾十公斤的小爐子,我們的大爐子產量可達800-1000公斤/爐,既解決了產品的一致性,又極大地降低了綜合成本。這個爐子我們花了2-3年的時間研究,一步步攻克了設備做大過程中的各種工藝難點,現在我們的產量是國內最大的。

我們前期主攻預鋰氧化亞硅,首效可以做到91%以上,經過幾年的專利技術突破,我們已經把鋰的添加量降低30%,成本降低至30萬/噸以內。而預鎂氧化亞硅(前驅體開發我們存在先天優勢)的首效我們已經提升到了88%,極大地拓展了預鎂在應用場景的添加量和出貨量,在這方面我們也申請了一些專利。

清流:公司在硅碳領域有什么進展嗎?

黃博:硅碳領域中,核心重點在于如何將硅做得更小,從而降低其脫嵌鋰過程中的膨脹問題,產業界傳統工藝包括了微米硅的球磨/砂磨法,但這條路線硅顆粒僅能做到90-100nm,無法很好地控制硅在脫嵌鋰過程中的膨脹問題,在動力領域應用受到一定限制。另一條路線則是由G14引導的硅烷沉積法,核心是使硅烷氣體吸附于2nm左右的孔中并裂解形成納米硅,并對其外層均勻包覆碳。

公司在原料硅烷供應上,和國內最大的硅烷氣體廠家陜西天宏瑞科達成戰略合作協議,在天宏瑞科附近建設工廠,利用管道輸運硅烷氣體獲得新型硅碳上的硅碳氣和包覆氣源的優勢降低充裝運輸成本,為未來奠定成本進一步下探的基礎。同時,利用當地的豐富的電石資源,自制包覆氣源,副產品與天宏公司廢料中和,優勢互補,廢料互相利用,形成循環經濟。借力天宏瑞科在硅烷氣體領域的工程化經驗,加速物科金硅新型硅碳負極的產業化進展。

多孔碳方面,公司在已有第一代多孔碳,和行業內龍頭深度合作,同時開發新一代多孔碳技術,以提升其更高倍率和更低膨脹的要求,目前已經進入公斤級制備,自研吸附和裂解分離硅烷沉積設備,將極大提升沉積均勻性。

同時,公司緊跟國內頭部企業研發,加速優化產品,加深對新型硅碳的認識和理解。已經形成自己的核心工藝能力和特殊硅碳結構,產品已經定型,未來更多要做的是如何實現批量、穩定的量產。

短期靠技術紅利 中長期靠規模和資本

清流:公司發展至今經歷了哪些重要的milestone?

黃博:2021年8月,我們完成了硅氧產品的小試,獨創的高溫升華爐成功放大。2022年鋰價上升,客戶降本需求倒逼我們去尋找更優的解決方案,同期開啟了硅碳技術路線的研究。

2022年10月,我們開始調試硅氧產品的量產產線。過程中雖然遇到了一些問題,但通過不斷地調整克服,終于在2023年上半年完成了調試,實現硅氧產品百噸級量產

2023年6月,我們開始給客戶送樣,產品陸陸續續通過了客戶的測試,且獲得了很好的反饋,容量和首效都處于行業領先水平。已經拿下10多個行業頭部客戶的訂單合同,接下來就是根據客戶的反饋優化產品,配合客戶需求開發下一代產品。

現在,我們硅氧產品的二期產線也即將投產,預計2024年可實現千噸量產;硅碳產品已經定型,目前正在推動100公斤單爐放大。

物科金硅產品矩陣

清流:聊聊你對公司未來的規劃?

黃博:未來1-2年是靠技術突破的紅利占據領先優勢,3-5年是規模化的紅利,再到后面就要靠資本了。更長期來看,保持技術上的領先性是我們這類研發型企業的立身根本。

首先,我們的硅氧系列產品已經在客戶端取得了不錯的成績,現在主要是擴大量產產線和保證產品質量。公司與客戶都希望能夠降本提效,接下來我們會繼續優化工藝,努力提高產品的天花板,爭取把預鎂首效做到88-90%,把降低成本作為第一要務。

未來1-2年,我們會集中精力解決新型硅碳的技術問題,放大自研的多孔碳技術,完成新型硅碳的碳骨架開發,確保多孔碳以及硅在其中分布的一致性,積極合作上游廠商突破設備研發和原料供應等等。過程中我們也會保持和市場的同頻,了解各技術路線的進展,以確定我們的技術方向是符合客戶需求的。

3-5年就是規模化擴產,確保產品的品控一致性,同時進一步降本。

10年以后,我希望公司是以硅碳負極產品為主,附加一兩個新的技術方向布局。

我認為新能源的后續發展方向是通過技術降低成本,過程中材料也會不斷升級,因此還是有很多機會的,只要有自己的思考、想法,想做事,就可以大有所為。

清流:你也認同未來是硅碳的天下?

黃博:目前硅氧和硅碳兩種技術都存在各自的市場,硅氧負極未來主要朝著低成本發展,原料來源廣泛、價格便宜,在10萬/噸以內逐步降低,未來應用于電動工具和動力電池;新型硅碳在解決完動力電池要求基本性能后,3年后售價有望做到25萬/噸以內,在3C和動力電池內廣泛應用,長期來看,硅碳市場會大一些。未來我個人的主要精力也在新型硅碳開發上。

清流:你親自去抓硅碳,那硅氧怎么辦?如何保證后續的品控一致性、高性價比、且能實現批量出貨?

黃博:我們過去通過不斷試錯、磨合、總結經驗,逐漸形成了一套可循環的生產機制,從品控的標準制定到測試、評估、監督、整改、結果反饋、考核評分形成了一套SOP,各環節的同事分工合作,已經能實現批量一致性和高性價比。未來,硅氧量產的重點是工程化,我們內部有經驗很豐富的人在負責這部分工作。

從科學家到創始人的角色轉變

清流:從實驗室出來、到衛藍新能源的副總經理,再到自己創業,怎么跨越學術界和產業界之間的鴻溝?

黃博:創業過程中最難的就是角色的轉變,我從一個科研工作者轉變為管理者,這個過程對科研工作者來說是最難的,我也走過很多彎路。

我本科讀的是理論物理,后來的研究方向是新能源。和理論物理相比,新能源這個行業已經進入中年時期,產品已經得到廣泛應用,很多科學問題的大體機理已經形成輪廓了,而產業應用方面的很多問題也是值得付出力量去解決。

其次,這些年的科研經歷也讓我越來越意識到,每個人都有自己的優勢和天花板,對我來說更好的職業發展是來到產業化的方向,在公司解決實際問題。產業界對產品的要求和學術界不一樣,學術界追求個別性能的極致,產業界更多追求性價比的平衡、同時追求高性能,這和學術界有很大不同,首先在思維上就需要轉變。

另一個難點是從做科研轉變成做管理,一個人的能力是有限的,公司要發展起來還是需要制度,需要協調各部門分工合作。我現在逐漸把自己的任務分解出來,明確什么事我應該去做,什么是不必去參與的。

清流:什么事是你應該做的?

黃博:其實這也是我創業這幾年對于自己定位的思考,作為公司的創始人,最重要的是選好方向。對于我們這個行業,技術方向的把控十分重要,包括技術路線的確定和技術要點的拆解。必須要有產業化的思維,從第一性原理角度去拆解和分析,確定路線、分析未來技術把控點、提前布局和突破。于我而言,我應該多從宏觀層面去思考問題,落腳點在未來,比如新型硅碳現在的核心競爭點是什么?未來市場是什么?什么是我該做的?這些是我需要思考的問題。

其次是管理團隊,把方向和解決思路傳遞給下面的人,讓他們去調研、試驗、找到解決方案。發揮團隊每一個人的主動性,實現1+1>2的效果。把目標指標定好、考核做到位、把權放下去、該配人就配、不合適就調整。建立公平公正的考核制度和員工激勵機制,讓大家得到公平的待遇與光明的職業發展前景,激發員工的積極性。我自己反而需要管住自己的手、管住自己的嘴,多去思考如何把這些人團結在一起往前走。當然,一些重要的技術攻關我也會親自帶頭做。

清流:挺好,你已經從科學家在轉變成一位CEO了。都說科學家創業找對合伙人很重要,你是如何找到合伙人的?

黃博:我的合伙人石總是我的老朋友,我們在衛藍是同事,創業的時候我就給他打了電話,他答應得很爽快。我深知他在這個領域的能力與見解,也是一個想做事的人。他豐富的粉體材料工廠建設和供應鏈管理經驗對我幫助很大,我們的廠房落地選址和品控SOP、考核機制設計這些都是他在負責,我只需要參與指標的制定和結果分析。

清流:過程中是否有經歷一些磨合?怎么處理的?

黃博:每個人都是一個獨立的個體,在合伙的過程中難免有意見不一致的情況,這個是很正常的。意見相左時,要站在對方的角度多思考、多交流,如果難以互相說服,畢竟公司還有一個主導者,現在我是這個主導者,所以有時候也按照我的思路來。

科學家容易極端自信,但我還是抱著一種合理接納他人建議的態度,即使當時不同意,也先聽人家把話說完、記在心里,以后再拿出來想一想,因為大家的出發點是想把公司做成功。相同的事情,在決策的十字路口,不同人的解決思路不一致,來自生活閱歷不一樣。可以多去拜訪同行,了解對方的公司成長發展軌跡,學習吸收,對公司發展也會有很大幫助。其次,要深度剖析自己的優勢和不足,在自己不熟悉的領域要謙虛地接受對方的意見。大家需要保持謙虛的態度,在同一個發展理念下找到契合點。

清流言而有信,投后使我獲益匪淺

清流:有什么建議給想創業的科學家們嗎?

黃博:創業一定要有充分的準備,過程中會遇到很多困難,它沒有想象得那么容易。

我認為做公司最重要的就是堅信自己能夠做成,強烈的信念是我們解決問題的動力,遇到困難想方設法去克服,過程中不斷反思、不斷調整。第二,要對創業保持謙虛的敬畏,像敬畏科研一樣,多分析、多交流。如果沒有勢在必得的信念,很大概率會做不成;但又不能盲目自信,要保持對技術和市場的敬畏之心。這兩方面是矛盾的,一定要結合好。

堅持也很重要。我記得有一幅講兩個人挖鉆石的漫畫,一個人馬上就要挖到鉆石了,但他放棄了;另一個人堅持挖,把鉆石挖到了。但換個角度來說,會不會這個人只是享受挖的過程大于對鉆石的渴望?鉆石只是他挖過程的一個副產品,但他通過一直努力做這個事情,最后的確得到了。有些事情我們堅持盡力去做,只要過程對了,我覺得結果不會差。

清流:看出來你很享受創業的過程。還記得當時怎么跟清流認識的嗎?

黃博:應該是我們上一輪融資剛結束,清流deal team的茆總聯系的我。因為我剛融完資,加上忙業務也沒有太多時間,1個月以后我才回復他,但他立馬又回復我了,在這個過程中他一直和我保持聯系和溝通,我覺得他和我脾氣很相投。我們作為一個創業公司,在和其他公司的合作中也是這樣的,要多去主動聯系、積極溝通,資源是自己爭取來的。

清流:這輪融資的時候產業方也進來了,為什么選擇清流這樣的純財務投資人?

黃博:之所以選擇清流,一方面是因為真誠,清流的deal team在和我溝通的過程中讓我感受到了真誠。我印象最深刻的就是茆總一直在聯系我,說明清流在很認真做這件事情。

清流不屬于自帶資源的產業投資,但我能感覺到你們和其他投資人有很大不同。有的投資人會覺得自己做過公司,比我們更了解這個行業,但清流不是這種態度;而有的投資人前期工作做得不到位,對我們的方案一無所知,這也不在我們的考慮范圍之內。聊的時候能感覺到清流的團隊前期做了很多研究工作,非常了解我們的方案,所以我們和清流非常聊得來。而且,清流的品牌也會給公司背書帶來一些提升。

另一方面是你們言而有信,說到做到,迅速且有執行力。

清流:舉個例子?

黃博:說什么時候見夢秋總就什么時候見,說什么時候給TS就打TS。而且,清流的錢到得很快,對于一個創業公司來說,融資有很多不確定性,(打款快)這對公司的發展很重要。

清流:投完以后清流給公司提供了哪些幫助?

黃博:首先,清流deal team經常給我提供資本市場和行業的最新信息,給我很好的建議,茆總經常打電話提醒我需要注意什么。可能打一次電話我沒太在意,但打多幾次電話以后我就會去想,也會引發我的思考。包括你上次跟我講的公司內部管理的一些思路,可能不能立馬100%吸收,但我回去以后也會思考,后面會慢慢吸收。我能感覺到你們的思維是偏互聯網的,和我們做實體的有一些不同,為我們的思維提供了不同的角度。

另外,清流投資了一些產業上下游的公司,例如做4680圓柱電池的藍京新能源、做鈉電硬炭負極的容鈉新能源,清流平時也會組織CEO們一起閉門交流,給大家提供一些合作機會

清流投后的這幾點都讓我受益匪淺。

清流:哈哈哈會說可以多說點兒~

黃博:清流在融資策略上為我們提供了很大幫助,幫我們及時調整公司的發展策略和融資節奏,讓公司管理層系統思考資本、技術和市場三者的關系,保持對資本市場敏感度,在公司管理方面提供組織架構和人員招聘的建議等。真的能感覺到清流是在為我們好、為公司好

當然,我們團隊也比較open,面對他人的建議會去思考、吸收對我們有益的。

清流為何投資物科金硅

在過去30年間,隨著鋰電池技術的發展,能量密度已經提升了近6倍。近年,電池能量密度的提升主要靠電池的結構創新,如:4680大圓柱、麒麟電池、刀片電池來實現。但在當前電池生產工藝下,單純的結構創新難以再進一步提升能量密度,匹配的電池材料體系升級是下一步各大電芯廠主要布局的方向。相輔相成,正極材料主要通過增加三元材料中鎳的含量來提升比容量,增加整體電池的能量密度,從而提升續航。然而,正極材料比容量的不斷提升對負極比容量也提出了更高要求,傳統石墨負極材料已接近其理論值372mAh/g,因此,負極材料已經成為鋰電池向更高能量密度發展的核心制約環節

在負極材料的發展上,硅基負極相比石墨負極具有更高的比容量,理論克容量可達4200mAh/g,較傳統石墨提升了10倍以上,是理想的下一代負極材料。雖然硅基材料從科學本征層面,存在體積膨脹大、首效較差、導電性差的問題,但隨著近年來產研界不斷的研發,形成硅氧、硅碳兩大硅材料改性路徑。兩種改性路線在過去15年產業化過程中也是螺旋交替式的上升,一代硅氧首效較低,后由韓、日企業率先采用預鎂、預鋰的方式提升首效;同時,硅碳膨脹率高、循環性較弱,材料公司開始從傳統球磨法轉向由G14引領的硅烷沉積的路線。歸根結底,都是需要解決高克容量、高首效、高倍率、長循環和成本的最優解。隨著不同技術路線硅基負極改性工藝和量廠調試制備能力的提升,在鋰電行業領域已經基本達成共識——在現有鋰離子電池技術體系中,硅負極是高能量密度鋰電技術必經之路,并且,硅負極材料因其高容量特點也必然是半固態、準固態甚至是全固態電池的首選負極材料,行業內玩家上市公司或初創企業已經處在攻克小試到工程化放大的關鍵時間節點,下游客戶均已進入導入初期。

藍京新能源作為清流資本在鋰電領域布局的錨點,其布局的4680大圓柱電池不僅在熱穩定性上因其不易熱失控的特性與高鎳三元熱穩定性差形成互補,同時因其大圓柱的弧形表面更耐硅負極膨脹的結構優勢,進一步推動了硅基負極的應用。因此,我們在鋰電池4大主材中的硅基負極領域,著重關注具備行業最領先研發能力、強工程化量產、高性價比產品的團隊進行布局,旨在抓住硅基負極放量在即的時間窗口的同時,打造被投企業間的協同效應

黃杰博士率領的物科金硅團隊在過去的產學研生涯中,針對硅基負極的產業化過程中存在的硅氧前驅體氧化亞硅燒結效率低、預鎂硅氧改性/調試工藝復雜、預鋰硅氧專利封鎖且殘堿性高、新型硅碳硅烷乘積流化不充分等一系列問題積累大量的綜合經驗,并有著獨特、可落地的解決方案,其批量出貨的硅氧系列產品也獲得了下游客戶的積極反饋。清流與行業內大量創業團隊、行業專家、下游客戶進行訪談后,迅速的推進了對物科金硅的投資。

自清流資本完成投資后,物科金硅在硅氧產品線上已經完成高端氧化亞硅前驅體200噸/年,高端預鎂氧化亞硅50噸/年,高端預鋰氧化亞硅100噸/年穩定生產,并實現了國內10多家客戶噸級出貨的亮眼成績,其量產工廠的籌建也在如火如荼地順利推進中,并在新型硅碳系列產品方向進入小試放大階段。硅基負極元年已來,硅基材料應用于鋰電行業,將步入大規模商業化發展階段,我們期待物科金硅乘勢而上,并憑借出色的技術實力和產業化能力在頭部占據一席之地。
 




責任編輯: 李穎

標簽:清流資本,硅基負極材料