中國儲能網(wǎng)訊：負極材料被行業(yè)認為是制約鈉電池產(chǎn)業(yè)化的關鍵環(huán)節(jié)。
鈉電負極材料路線主要包括硬碳和軟碳。硬碳目前是鈉電負極材料的主流，占比70%左右，具體包括生物質(zhì)、樹脂類、瀝青類等路線。其中，生物質(zhì)生產(chǎn)工藝難度小，產(chǎn)業(yè)化速度較快。
然而也存在一定局限：原材料依賴進口、一致性差、生產(chǎn)工藝不適配等，綜合因素疊加，具體呈現(xiàn)為硬碳制備成本高。
軟碳方面，具有成本低、結晶度高、電導率高等優(yōu)勢，但由于具有石墨化結構，儲鈉量較低，盡管可以通過造孔工藝增大容量，處理后的軟碳主要為無煙煤，但成本會增加。
在此情況下，電池企業(yè)紛紛自研鈉電負極材料技術，自建或合作投入產(chǎn)線以控制成本，另一邊，傳統(tǒng)材料企業(yè)憑借自身優(yōu)勢開始入局鈉電行業(yè)，還有新興的鈉電負極企業(yè)摩拳擦掌。
具體來看，布局硬碳路線的企業(yè)包括寧德時代、孚能科技、眾鈉能源、星恒電源等，布局軟碳負極材料的企業(yè)主要有中科海鈉等，材料企業(yè)包括則杉杉股份、美聯(lián)新材、佰思格、翔豐華等。
鈉電負極材料商業(yè)化之路
鈉電池負極材料產(chǎn)業(yè)化的試錯，也是摸著鋰電負極材料的石頭過河的。
鈉電池與鋰電池相似，都屬于“搖椅式”電池，正負極材料采用嵌入式化合物，在充放電過程中，鈉、鋰離子可在正負極之間來回穿梭。
上世紀80年代，科學家發(fā)現(xiàn)鋰離子在石墨中的可逆脫嵌，世界范圍內(nèi)開始展開對鋰電池負極材料的廣泛研究。其中，人造石墨憑借其穩(wěn)定性的優(yōu)勢，在上世紀90年代得到商業(yè)化，也是當下鋰電負極材料的主流方案。
而鈉離子方面，由于其半徑大，無法嵌入石墨材料。隨后，人們發(fā)現(xiàn)硬碳材料具有優(yōu)秀的鈉離子脫嵌性能，還具有克容量高、優(yōu)循環(huán)的特性，能夠讓大量的鈉離子存儲和快速通行，該研究成為鈉離子電池領城的重大轉折點。
然而，鈉電池負極材料最先在日本得到商業(yè)化。目前，國內(nèi)硬碳材料依賴日本進口，而進口硬碳材料價格約15-20萬/噸，若選擇國外硬碳產(chǎn)品為鈉離子電池負極材料，則相對成熟的鋰電池沒有成本優(yōu)勢，進而影響鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化進程。
就目前而言，鈉電池負極材料成本占整體的約16%，高于鋰電池的負極材料成本的占比。對此，高工儲能認為，降低硬碳成本，是加速鈉電產(chǎn)業(yè)化進程的重要途徑。
鈉電負極材料成本兩大局限：來源和技術
要解決負極材料成本問題，首先要解決硬碳材料的來源問題，其次是解決工藝問題。
目前，硬碳在碳源方面多為生物質(zhì)、樹脂類路線，材料來源較為廣泛，木質(zhì)素、木屑、竹屑、椰子殼或堅果殼等均可作為前驅(qū)體來源。
其中，椰殼是碳源的主要來源。從產(chǎn)地來看，國內(nèi)椰殼的產(chǎn)地主要來自海南，占比全國99%。以2022年為例，海南椰子產(chǎn)量約為38萬噸，按照制備比例，僅可產(chǎn)生不到5萬噸椰殼。
從行業(yè)來看，一般6萬噸椰殼才可燒制1噸椰殼炭化料，甚至無法滿足5GWh的鈉電池生產(chǎn)，而2023年我國鈉電出貨預計超過5GWh，海南的椰殼原料達不到市場需求。
實際情況是，目前我國硬碳原材料主要依靠印尼、菲律賓、斯里蘭卡等東南亞國家進口。
技術方面，由于椰殼等生物脂原料進口地、年份、部位不一，不同的原材料需要不同的工藝適配，導致了生產(chǎn)工藝適配性差，都會影響硬碳質(zhì)量。
除生物脂外，性能好、成本低、供應穩(wěn)定的樹脂和無煙煤混合硬碳研發(fā)技術尚未成熟，篩選合適前驅(qū)體和穩(wěn)定批量供應難度大。
綜合來看，高工儲能認為，現(xiàn)階段需要吸引更多的老牌、新興負極材料企業(yè)入局鈉電產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)國產(chǎn)化降本，并且協(xié)同攻關鈉電負極材料制備技術。
高工產(chǎn)業(yè)研究院（GGII）分析，國產(chǎn)高容量硬碳產(chǎn)品成本為5-6萬/噸，相比海外的15-20萬/噸更具優(yōu)勢。未來若進一步解決硬碳來源問題，其成本將進一步降低。
值得注意的是，目前，國產(chǎn)高容量硬碳克容量已達300-330mAh/g，已經(jīng)接近海外的310-350mAh/g，其首效在83%-88%，與海外的85%-90%差距較小。未來，在技術進一步突破下，國產(chǎn)高容量硬碳產(chǎn)品的性能將遠超海外。
鈉電負極材料投產(chǎn)追蹤
目前，國內(nèi)鈉電硬碳材料產(chǎn)線目前大都處于中小試階段。在此情況下，電池企業(yè)基于硬碳材料來源路線的不同，選擇與材料企業(yè)深綁合作。
具體來看，鵬輝能源在硬碳上的布局較早，2021年對硬碳負極材料企業(yè)成都佰思格進行了投資，并持有成都佰思格8.33%股權，以保障鈉離子電池負極關鍵材料供應，控制成本，提升盈利水平。
眾鈉能源，于今年2月與鑫森炭業(yè)在蘇州簽署量產(chǎn)開發(fā)戰(zhàn)略合作協(xié)議，雙方將在硫酸鐵鈉電池量產(chǎn)所需的生物質(zhì)硬炭負極產(chǎn)品的持續(xù)開發(fā)及量產(chǎn)配套等環(huán)節(jié)緊密合作。值得一提的是，鑫森炭業(yè)已完成關鍵材料的國產(chǎn)化替代，將進一步助力眾鈉能源降低鈉電池成本。
材料企業(yè)方面，杉杉股份表示，硬碳負極量產(chǎn)規(guī)模預計在今年達到千噸級。作為國內(nèi)頭部材料企業(yè)，杉杉股份硬碳材料的布局較早，目前已擁有硬炭及鈉電池相關專利逾 40 項，授權發(fā)明 14 項，其最新研發(fā)的硬炭容量為350 mAh/g，已達國際水平。
美聯(lián)新材、七彩化學、美彩新材與星空鈉電簽署投資協(xié)議，進一步擴大鈉離子電池布局，星空鈉電擬將鈉離子電池硬碳負極材料等合計17項相關技術及專利權無償轉讓給美彩新材。
元力股份，其表示已在實驗室成功開發(fā)鈉電硬碳，初步規(guī)劃在今年年中完成千噸級以上的中試線投入，下半年實現(xiàn)一定出貨量；后期規(guī)劃5萬噸的量產(chǎn)產(chǎn)能。
佰思格硬鈉電硬碳比容量已達350 mAh/g，目前主要供貨寧德時代和鵬輝能源。產(chǎn)能方面，佰思格四川產(chǎn)地擁有兩條硬碳產(chǎn)線，其首條千噸級產(chǎn)線已于今年1月17日正式投產(chǎn)。
總的來看，高工儲能認為，鈉電負極材料未來得到規(guī)模化降本、生產(chǎn)工藝得到突破后，將加速鈉電池進一步量產(chǎn)，也將促進更多的鈉電應用落地，鈉電池市場化將更加完備。
