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    钠电硬碳bobtyapp负极应用调研添加时间:2023-01-25

      2023年是钠离子电池产业化的元年,众多钠电厂家预计在今年投产。根据统计,,主要厂商包括传艺科技、宁德时代、中科海钠等,目前可以确定投放的产能有传艺科技4.5GWh,计划四月份正式投产,全年出货量预计在2-3GWh左右;维科技术2GWh,计划在六月份正式投产。考虑到产能爬坡需要一定时间结合下游对钠离子电池的需求量,预计2023年全年钠离子电池产量在4-6GWh左右

      随着钠离子电池未来密集投产,对负极的需求将成为负极新材料的重要增长点。目前锂离子电池商业化的石墨负极材料无法直接应用于钠电当中,原因是钠离子较锂离子半径更大,而石墨负极的层间距较窄,无法镶嵌足量的钠离子,导致电池克容量极低。有关钠离子电池负极材料的应用选择上,行业内争议不断,寻找合适的储钠负极材料显得至关重要。

      无定型碳是现阶段钠离子电池负极材料的主流解决方案,由于综合性能优良且工艺较为成熟,目前主流厂家都在无定形碳的技术路径上有所布局,其中又以硬碳负极为主,软碳负极为辅。

      无定形碳包括硬碳与软碳,软碳通过高温石墨化可以生成人造石墨,而硬碳难以石墨化。硬碳相比软碳能量密度和首效性能表现更好,而软碳在成本方面具有优势,以往的无定形碳在所有负极材料中占比约为4%,如早期电动大巴市场曾大量使用软碳,随着钠电起量,无定形碳在负极中的市场份额将会大幅度上涨。

      硬碳方面,大体可以分为树脂基、沥青基、生物基三种技术路线。其中树脂基硬碳材料性能可靠、一致性达标,杂质相对较少,缺点是原材料成本高,且加工过程中易挥发造成提碳效率较低,短期来看想要大规模商用需要有效控制成本,目前树脂基硬碳负极材料价格普遍在10万元/吨以上。以贝特瑞、杉杉等老牌负极厂家在树脂基硬碳负极路径上已有技术储备;圣泉集团作为传统树脂企业,可以将副产物作为树脂基的原材料,在成本上有较大优势。

      沥青基硬碳原材料获得渠道广,造价低廉,每吨单价可以下探到2万元左右,但在首效性能以及能量密度方面表现一般,现阶段沥青基硬碳负极制备工艺较为复杂,有意愿深耕此路径的厂家不多,未来通过工艺优化提升性能后有望应用于低端电池产品。

      以生物质基作为前驱体的硬碳材料,具有工艺成熟、性能优越、一致性尚可等特点,前驱体方面可以选用椰子壳、淀粉、酒糟等含碳生物质。缺点是成本相对较高,可乐丽进口价格在15-20万元/吨,国产硬碳负极根据品质划分,价格在5-10万元/吨不等。生物质基材料是硬碳负极龙头企业日本可乐丽最初选择的技术路径,也是目前国内硬碳负极市场的主流解决方案,既有贝特瑞、多氟多等老牌新能源相关企业,也有鑫森炭业、元力股份等活性炭企业切入。

      软碳方面前驱体可选择的路径较少,煤基材料成本低廉,其中无烟煤含碳量较高,是理想的煤基硬碳负极材料前驱体,上海汉行、华钠芯能等企业在此技术路径上有所储备,汉行科技的无烟煤基软碳负极材料价格最低1-2万元/吨。虽然在性能方面略逊,但是考虑到煤基负极材料工艺处于起步阶段,未来有比较大的提升空间,重点是解决不同批次无烟煤的品控问题,提高产品一致性,可以说无烟煤也是未来钠电负极前驱体可能的发展方向之一,适用于储能电池等应用场景。

      生物质基硬碳负极前驱体选择面较广,椰子壳、淀粉、果壳、竹子等均可作为原材料。硬碳负极材料龙头企业可乐丽早年选择以椰子壳为前驱体制备生物质基硬碳负极材料,其他负极厂商大多依照此技术路线进行布局,椰壳前驱体在工艺上最为成熟,性能最为优越,是理想的前驱体材料。

      经过调研得知,生物质含碳量普遍在20%左右,考虑到加工损耗,生物质与产出硬碳的质量比约为6:1,可以测算出1GWh钠离子电池所需要的负极需要约9000吨椰子壳,而2021年整年全球椰子壳产量仅有128.8万吨,考虑到品控问题以及活性炭同样需要椰子壳作为原材料,所以可供生产钠电硬碳负极的椰壳仅在30万吨上下,如果钠电起量迅速,必然需要新的技术路径予以补充。

      目前生物质基前驱体中,除椰壳以外,部分厂家已实现用淀粉、葡萄糖生产硬碳,性能达标的同时一致性甚至更高,缺点是增加了提纯的步骤,工艺略微复杂,预计淀粉基是未来生物质基材料重要发展方向之一。据悉,佰思格已产有相应产品,山西煤化所在淀粉基硬碳负极方面拥有多项专利。

      假设2023年中国钠离子电池产量为4-6GWh,需要配套的负极材料约6000-9000吨。技术路径方面,短期内仍将以生物质基为主导,辅以无烟煤基软碳负极可应用于低端产品。长期来看,未来硬碳负极市场可能存在多种技术路径并存(生物质基和树脂基)。前驱体的选择方面,短期内仍以椰子壳为主,淀粉、糖类等亦是未来生物质前驱体的发展方向。

      bobty综合

      本文节选自上海钢联有色金属产业研究中心2022年第十一期动力电池产业周报:美IRA法案与电动车市场 详细文章请点击下载周报:

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