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鈉電來襲，硬碳迎來高光時刻？

鋰電中國 2022-11-09 10:08:13

1、鈉離子電池產業化在加速

受益于新能源賽道的高景氣度，鈉離子電池的產業化在加速。

近日，七彩化學與廣東美聯新材料股份有限公司簽署了《戰略合作協議》。雙方暫定共同投資25億元人民幣，建設年產18萬噸電池級普魯士藍（白）產業化項目，致力于鈉離子電池正極材料普魯士藍（白）系列產品的研究開發及產業化。

傳藝科技發布公告表示，其控股孫公司傳藝鈉電項目各生產設備及裝置安裝調試進展順利，已具備中試生產條件并即將投產運行。其孫公司擬規劃建設一期5萬噸/年、二期10萬噸鈉離子電池電解液項目。其中，一期計劃于2022年11月份開工建設，2023年3月份投產。

動力電池龍頭寧德時代在互動平臺上回答投資者提問時也表示正致力推進鈉離子電池在2023年實現產業化。據了解，寧德時代預計于明年投產的鈉離子電池中，既有用于電動汽車的鈉離子動力電池，也有用于儲能電站的鈉離子儲能電池。

此外，鋰電負極材料龍頭杉杉股份近日表示，其自主開發的硬碳材料率先實現自有化、產業化，憑借高壓實密度、容量明顯領先的優勢領跑行業，填補了國內技術空白，并已批量供貨頭部電池企業。杉杉股份認為，近年來鈉離子電池因其生產成本低、安全性能高等優勢，引起了學術界和工業界的廣泛關注和戰略布局。作為該類電池的電極材料，硬碳因其結構特征和優勢更適合于存儲半徑較大的鈉離子，且具有低成本、綠色可持續性，因而在實用化鈉離子電池中具有先天優勢且前景廣闊。

據民生證券預計，樂觀情景下，2022年鈉離子電池的需求量約35.1GWh，2025年需求量約505.9GWh，三年CAGR143.2%。

2、鈉離子電池為硬碳材料提供機遇

目前，由于鋰資源供給緊張，在一定程度上制約了鋰電行業的發展，尋找鋰電替代技術，成為一種迫切需求。與鋰離子電池有著相似工作原理的鈉離子電池受到重視，其產業化也被提上日程。相關人士表示，目前鈉離子電池的各種材料主要以各研發企業自主開發為主，成本仍然比鋰離子電池高，需要產業化發展，降低配套材料的制造成本。此外，鈉離子電池對電池的正負極材料、電解液材料提出了更高的要求，這也成為其產業化遲遲未能實現的原因。

相較于鋰離子，鈉離子質量和半徑更大，離子擴散速率較低，反映在電池性能上，電池的理論容量和反應動力學特征較為遜色，需要對正極材料進行改性。目前，層狀氧化物、聚陰離子化合物和普魯士藍類化合物是鈉離子正極材料的三種主要發展方向。

另一方面，由于鈉離子比鋰離子半徑更大，鈉離子電池負極材料需要滿足多個關鍵要素（圖1）。目前，鈉離子電池的負極材料主要有無定形碳（硬碳，軟碳）、合金類、過渡金屬氧化物等。

圖1鈉離子電池負極材料的關鍵要素

（資料來源：中金公司研究部）

在眾多負極材料中硬碳材料具有結構多樣、價格低廉、導電性良好、儲鈉容量高、嵌鈉后體積形變小、環境友好和低氧化還原電位等優點。硬碳有望成為率先商用的鈉離子電池負極材料。

3、硬碳材料的優勢

鈉離子摩爾質量是鋰離子的3倍，直徑是鋰離子的1.3倍，進而導致鈉離子無法在有效的電位窗口內在石墨層間進行可逆的嵌入、脫出，同時鈉離子-石墨嵌入的化合物在熱力學上并不穩定，容易形成NaC₆₄。相比于石墨等材料而言，硬碳材料無法石墨化且碳層排列規整度低于軟碳，層間形成了較多的微孔進而方便鈉離子的嵌入和脫出，而且硬碳具備儲鈉比容量高、較低儲鈉電壓、循環穩定等優勢，是當前首選的鈉離子電池負極材料。

硬碳與石墨、軟碳性能對比

（資料來源：中金公司研究部）

4、硬碳材料的前景

目前，鈉離子電池主要面向大規模儲能領域，少部分應用于動力電池領域。

全球已經有多家公司進行了鈉離子電池產業化布局，大部分公司采用的技術路線都是基于硬碳負極。去年，寧德時代推出的首款鈉離子電池，負極側也是選擇了硬碳材料，能量密度達到了160Wh/kg。隨著鈉離子電池產業化的不斷推進，硬碳材料的市場需求將會持續擴大。此外，硬碳負極與石墨負極相比，在冷啟動及快速充電模式中更具有優勢，所以硬碳材料在鋰電領域也具有應用前景。

中金公司發布研報指出，儲能場景為鈉電應用提供堅實支撐，動力電池豐富了鈉電應用場景。作為一種可供選擇的鈉離子電池負極材料，硬碳市場從無到有，市場增速快。中金公司表示，國內硬碳產業化尚未成熟，但考慮硬碳在鈉電池以及鋰電負極摻雜領域良好的應用前景，預計2022-2025年硬碳材料需求量有望從0.2萬噸/年提升到10.5萬噸/年，考慮硬碳價格回落，預計至2025年硬碳材料市場空間有望達到63億元。

目前，市場上能夠生產高端硬碳材料的企業還比較少，而隨著鈉離子電池產業化的推進，未來將會有更多的企業和研究機構參與到硬碳負極材料的研發及應用工作中。