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钠电来袭，硬碳迎来高光时刻？

锂电中国 2022-11-09 10:08:13

1、钠离子电池产业化在加速

受益于新能源赛道的高景气度，钠离子电池的产业化在加速。

近日，七彩化学与广东美联新材料股份有限公司签署了《战略合作协议》。双方暂定共同投资25亿元人民币，建设年产18万吨电池级普鲁士蓝（白）产业化项目，致力于钠离子电池正极材料普鲁士蓝（白）系列产品的研究开发及产业化。

传艺科技发布公告表示，其控股孙公司传艺钠电项目各生产设备及装置安装调试进展顺利，已具备中试生产条件并即将投产运行。其孙公司拟规划建设一期5万吨/年、二期10万吨钠离子电池电解液项目。其中，一期计划于2022年11月份开工建设，2023年3月份投产。

动力电池龙头宁德时代在互动平台上回答投资者提问时也表示正致力推进钠离子电池在2023年实现产业化。据了解，宁德时代预计于明年投产的钠离子电池中，既有用于电动汽车的钠离子动力电池，也有用于储能电站的钠离子储能电池。

此外，锂电负极材料龙头杉杉股份近日表示，其自主开发的硬碳材料率先实现自有化、产业化，凭借高压实密度、容量明显领先的优势领跑行业，填补了国内技术空白，并已批量供货头部电池企业。杉杉股份认为，近年来钠离子电池因其生产成本低、安全性能高等优势，引起了学术界和工业界的广泛关注和战略布局。作为该类电池的电极材料，硬碳因其结构特征和优势更适合于存储半径较大的钠离子，且具有低成本、绿色可持续性，因而在实用化钠离子电池中具有先天优势且前景广阔。

据民生证券预计，乐观情景下，2022年钠离子电池的需求量约35.1GWh，2025年需求量约505.9GWh，三年CAGR143.2%。

2、钠离子电池为硬碳材料提供机遇

目前，由于锂资源供给紧张，在一定程度上制约了锂电行业的发展，寻找锂电替代技术，成为一种迫切需求。与锂离子电池有着相似工作原理的钠离子电池受到重视，其产业化也被提上日程。相关人士表示，目前钠离子电池的各种材料主要以各研发企业自主开发为主，成本仍然比锂离子电池高，需要产业化发展，降低配套材料的制造成本。此外，钠离子电池对电池的正负极材料、电解液材料提出了更高的要求，这也成为其产业化迟迟未能实现的原因。

相较于锂离子，钠离子质量和半径更大，离子扩散速率较低，反映在电池性能上，电池的理论容量和反应动力学特征较为逊色，需要对正极材料进行改性。目前，层状氧化物、聚阴离子化合物和普鲁士蓝类化合物是钠离子正极材料的三种主要发展方向。

另一方面，由于钠离子比锂离子半径更大，钠离子电池负极材料需要满足多个关键要素（图1）。目前，钠离子电池的负极材料主要有无定形碳（硬碳，软碳）、合金类、过渡金属氧化物等。

图1钠离子电池负极材料的关键要素

（资料来源：中金公司研究部）

在众多负极材料中硬碳材料具有结构多样、价格低廉、导电性良好、储钠容量高、嵌钠后体积形变小、环境友好和低氧化还原电位等优点。硬碳有望成为率先商用的钠离子电池负极材料。

3、硬碳材料的优势

钠离子摩尔质量是锂离子的3倍，直径是锂离子的1.3倍，进而导致钠离子无法在有效的电位窗口内在石墨层间进行可逆的嵌入、脱出，同时钠离子-石墨嵌入的化合物在热力学上并不稳定，容易形成NaC₆₄。相比于石墨等材料而言，硬碳材料无法石墨化且碳层排列规整度低于软碳，层间形成了较多的微孔进而方便钠离子的嵌入和脱出，而且硬碳具备储钠比容量高、较低储钠电压、循环稳定等优势，是当前首选的钠离子电池负极材料。

硬碳与石墨、软碳性能对比

（资料来源：中金公司研究部）

4、硬碳材料的前景

目前，钠离子电池主要面向大规模储能领域，少部分应用于动力电池领域。

全球已经有多家公司进行了钠离子电池产业化布局，大部分公司采用的技术路线都是基于硬碳负极。去年，宁德时代推出的首款钠离子电池，负极侧也是选择了硬碳材料，能量密度达到了160Wh/kg。随着钠离子电池产业化的不断推进，硬碳材料的市场需求将会持续扩大。此外，硬碳负极与石墨负极相比，在冷启动及快速充电模式中更具有优势，所以硬碳材料在锂电领域也具有应用前景。

中金公司发布研报指出，储能场景为钠电应用提供坚实支撑，动力电池丰富了钠电应用场景。作为一种可供选择的钠离子电池负极材料，硬碳市场从无到有，市场增速快。中金公司表示，国内硬碳产业化尚未成熟，但考虑硬碳在钠电池以及锂电负极掺杂领域良好的应用前景，预计2022-2025年硬碳材料需求量有望从0.2万吨/年提升到10.5万吨/年，考虑硬碳价格回落，预计至2025年硬碳材料市场空间有望达到63亿元。

目前，市场上能够生产高端硬碳材料的企业还比较少，而随着钠离子电池产业化的推进，未来将会有更多的企业和研究机构参与到硬碳负极材料的研发及应用工作中。