钠电产业化应用加速落地，市场规模有望达1676亿
　　钠电池产业化加速推进，材料产业链逐步完善与电池端产能建设相辅相成。随着材料规模化生产，有望长期保持钠电相较锂电的成本优势。钠电池性价比优势突出，预计将在电动两轮车率先应用，再推广至低能量密度电动乘用车、储能等领域，2027年总体市场规模有望达1676亿元。材料端多技术路线齐头并进，正极材料三种技术路线并行发展，层状氧化物进展最快，普鲁士蓝类应用潜力广阔；负极材料硬碳为大势所趋，低成本前驱体选择及核心工艺积累为产业化关键。
　　钠电池产业化提速，有望长期保持成本优势
　　过去一年钠电产业链发展明显提速，钠电材料与电池企业一并推动产业链完善。电池方面，多数企业有望率先量产层状氧化物电池，明年或将迎来产能集中释放。正极材料中，层状氧化物路线进度最快，传统锂电三元厂商产线与生产经验复用优势明显。负极材料中，无定形碳与锂电石墨负极在原材料与工艺上差异较大，传统锂电负极与新进入者齐头并进。我们认为随着钠电材料产业链成熟，价格有望大幅下降，即使考虑锂电材料价格下降，仍有望长期保持成本优势。
　　两轮车先行，乘用车、储能市场应用提速，开启钠电市场蓝海
　　钠离子电池相较锂离子电池具备成本低、电化学性能稳定、快充快放潜力大、低温性能好等优势，在电动两轮车、低速乘用车、储能等领域具有广泛市场。目前钠电池性能已能满足电动两轮车市场需求，有望在23年率先应用。钠电能量密度与循环性能适配低速乘用车，装车应用空间广阔；另外随着产业界对循环性能的研发突破，后续可实现储能领域对磷酸铁锂电池的部分替代，接力两轮车进一步打开钠电市场空间。我们预测2027年钠电装机量有望达335GWh，总体市场规模达1676亿元。
　　正极层状氧化物进展最快，负极硬碳前驱体选择与工艺为核心壁垒
　　钠电技术渐趋成熟，产业链逐渐完善。正极材料三类技术路线各具特长、并行发展。层状氧化物路线量产难度较低、综合性能优异，将率先开启产业化应用；普鲁士蓝类暂时受制于结晶水影响循环性能，但成本低廉，应用潜力较大；聚阴离子结构稳定，循环性能优秀，磷酸铁钠路线潜力较大。钠电负极以碳基材料为重点方向，无定形碳应用最为广泛，其中硬碳材料因优异的储钠容量、安全和循环性能成为主流负极厂商技术路线。前驱体选择及碳化、改性等工艺技术构筑硬碳产业化核心壁垒。
　　风险提示：技术路线的不确定性；产业链配套建设不及时；产业化进展和降本不及预期；市场规模测算存在偏差
　　
　　

研究报告全文：证券研究报告电力设备与新能源钠离子电池之二产业生态渐露雏形华泰研究电力设备与新能源增持维持2022年12月24日中国内地专题研究研究员申建国钠电产业化应用加速落地市场规模有望达1676亿SACNoS0570522020002shenjianguohtsccom8675582492388钠电池产业化加速推进材料产业链逐步完善与电池端产能建设相辅相成随着材料规模化生产有望长期保持钠电相较锂电的成本优势钠电池性价研究员边文姣比优势突出预计将在电动两轮车率先应用再推广至低能量密度电动乘用SACNoS0570518110004bianwenjiaohtsccom车储能等领域2027年总体市场规模有望达1676亿元材料端多技术路SFCNoBSJ3998675582776411线齐头并进正极材料三种技术路线并行发展层状氧化物进展最快普鲁士蓝类应用潜力广阔负极材料硬碳为大势所趋低成本前驱体选择及核心行业走势图工艺积累为产业化关键电力设备与新能源沪深300钠电池产业化提速有望长期保持成本优势4过去一年钠电产业链发展明显提速钠电材料与电池企业一并推动产业链完6善电池方面多数企业有望率先量产层状氧化物电池明年或将迎来产能集中释放正极材料中层状氧化物路线进度最快传统锂电三元厂商产线15与生产经验复用优势明显负极材料中无定形碳与锂电石墨负极在原材料25与工艺上差异较大传统锂电负极与新进入者齐头并进我们认为随着钠电34材料产业链成熟价格有望大幅下降即使考虑锂电材料价格下降仍有望Dec-21Apr-22Aug-22Dec-22长期保持成本优势资料来源Wind华泰研究两轮车先行乘用车储能市场应用提速开启钠电市场蓝海钠离子电池相较锂离子电池具备成本低电化学性能稳定快充快放潜力大低温性能好等优势在电动两轮车低速乘用车储能等领域具有广泛市场目前钠电池性能已能满足电动两轮车市场需求有望在23年率先应用钠电能量密度与循环性能适配低速乘用车装车应用空间广阔另外随着产业界对循环性能的研发突破后续可实现储能领域对磷酸铁锂电池的部分替代接力两轮车进一步打开钠电市场空间我们预测2027年钠电装机量有望达335GWh总体市场规模达1676亿元正极层状氧化物进展最快负极硬碳前驱体选择与工艺为核心壁垒钠电技术渐趋成熟产业链逐渐完善正极材料三类技术路线各具特长并行发展层状氧化物路线量产难度较低综合性能优异将率先开启产业化应用普鲁士蓝类暂时受制于结晶水影响循环性能但成本低廉应用潜力较大聚阴离子结构稳定循环性能优秀磷酸铁钠路线潜力较大钠电负极以碳基材料为重点方向无定形碳应用最为广泛其中硬碳材料因优异的储钠容量安全和循环性能成为主流负极厂商技术路线前驱体选择及碳化改性等工艺技术构筑硬碳产业化核心壁垒风险提示技术路线的不确定性产业链配套建设不及时产业化进展和降本不及预期市场规模测算存在偏差免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读1电力设备与新能源正文目录钠电池产业化提速有望长期保持成本优势3钠电产业化提速钠电材料与电池扩产共振3钠电材料产业链完善有望长期保持成本优势4乘用车储能市场应用提速打开钠电市场空间6低速乘用车有望率先应用6储能应用受制于循环寿命应用有望加速7两轮车先行储能乘用车接力市场规模有望超1600亿8钠电材料多技术路线齐头并进10正极材料三种技术路线并行层状氧化物有望率先量产10层状氧化物进展最快成本优于磷酸铁锂11普鲁士蓝类潜力较大结晶水影响循环性能为应用瓶颈11聚阴离子循环能力好磷酸铁钠潜力较大14负极材料硬碳大势所趋技术路线多样17硬碳为主流路线17前驱体路线多样生物质路线前景广阔19碳化与改性为核心工艺环节20风险提示21免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读2电力设备与新能源钠电池产业化提速有望长期保持成本优势钠电产业化提速钠电材料与电池扩产共振钠电材料产业链完善与电池企业扩产共振推动钠电产业化进程钠电池的降本依赖于材料端的进步我们认为随着钠电材料企业由小批量试产转向大规模量产正负极以及电解液等关键材料成本有望明显下降正极材料方面层状氧化物路线进度最快传统锂电三元厂商产线与生产经验复用优势明显布局相对领先美联新材依托自身原料优势与七彩化学合资投建普鲁士蓝项目负极材料方面非定型碳与锂电石墨负极在原材料与工艺上差异较大传统锂电负极与新进入者齐头并进电解液方面工艺变化相对较小预计传统锂电电解液企业仍将具有较强规模优势材料成本下降有望进一步凸显钠电成本优势配合宁德时代传艺科技维科技术等钠电池企业明年投产量产产线的规划钠电产业化进程有望加速免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读3电力设备与新能源图表1钠电产业链公司布局进展环节公司材料路线钠电池布局进展电池传艺科技层状氧化物聚阴离子02GWh中试线已投产一期45GWh钠电池产能公司预计明年初投产同时规划15万吨钠电电解液以及3万吨钠电正极材料以及4万吨钠电负极产能维科技术层状氧化物9月与浙江钠创新能源有限公司签订了战略框架协议及增资协议2GWh钠电产能公司预计将于明年6月投产宁德时代层状氧化物普鲁士蓝明年实现钠电产业化二代钠电池能量密度可实现200Whkg通过AB电池系统集成技术实现钠锂混搭有望扩展到500公里续航车型华阳股份层状氧化物参股中科海钠822年9月华阳与中科海钠联合打造的全球首批量产1GWh钠离子电池产线在山西阳泉市正式投运中科海钠层状氧化物与三峡能源合作建设1GWh22年7月投产远期规划30GWh鹏辉能源层状氧化物聚阴离子今年6月与三峡电能就钠电池联合研发和储能示范项目达成初步合作意向10月与电工时代达成合作加强在钠离子电池储能业务发展与战略客户通用五菱开发低端乘用车应用有望率先应用在五菱E50系列参股佰思格7股权多氟多层状氧化物子公司焦作新能源已具备1GWh钠电池的产能子公司广西宁福新能源规划5GWH产能六氟磷酸钠目前批量供应多家企业产能1000吨派能科技层状氧化物2021年开发出了第一代钠离子电池产品并完成小试孚能科技-预计2023年实现钠离子电池量产星空钠电普鲁士蓝普鲁士蓝钠电池已实现量产蔚蓝锂芯层状氧化物中科海钠签署协议就圆柱钠电联合开发量产应用推广和迭代开发开展合作蔚蓝锂芯钠电目前A样预计23H2量产现有1GWh钠电产线总规划15GWh湖南立方层状氧化物普鲁士蓝今年4月发布钠电池处于客户送样阶段正极美联新材普鲁士蓝拥有30万吨普鲁士蓝原料氰化钠产能和七彩化学合资一期二期三期1512万吨普鲁士蓝正极明年Q42426年投产七彩化学普鲁士蓝和美联新材合资一期二期三期1512万吨普鲁士蓝正极明年Q424年26年投产长远锂科普鲁士蓝层状氧化物普鲁士蓝类及层状氧化物均与客户进行了联合开发送测样品在容量循环等关键性能指标上表现突出格林美普鲁士蓝层状氧化物在普鲁士蓝和层状氧化物等钠离子电池材料两大技术路线均已积累了相关产业技术并和多家下游客户正在认证容百科技层状氧化物钠离子电池正极材料进入量产开发阶段月出货规模10吨以上预计明年初月出货达到百吨明年年底月出货达千吨钠创层状氧化物3000吨氧化物正极及5000吨电解液投产规划8万吨正极振华新材层状氧化物层状氧化物已实现吨级产能并销售华阳股份层状氧化物参股中科海钠8一期2000吨已投产中伟股份-钠系产品前驱体正式进入吨级量产认证阶段已完成主流客户的送样预计2023年上半年可实现批量供货当升科技-新一代钠电正极材料已完成工艺定型并向国内大客户送样厦钨新能-已完成百公斤级的钠电材料试生产工作同时积极布局小粒度产品开发新转化技术开发等工作道氏技术-目前有几十吨级的出货量负极佰思格现有小批量硬碳2万吨硬碳产能在建璞泰来硬碳领域有技术储备贝特瑞已布局钠电硬碳负极并已具备产业化能力中科电气持续进行钠离子电池所需的硬碳材料的开发硬碳翔丰华高性能硬碳负极材料产品目前正在相关客户测试中圣泉股份拟投资248亿元建设年产10万吨生物基硬碳负极材料项目硬碳已送样下游负极企业杉杉股份自主开发的硬碳材料实现自有化产业化凭借高压实密度容量明显领先的优势达到行业领先水平元力股份硬碳负极预计年底中试与金龙鱼合作布局3万吨碳化椰子壳原料华阳股份软碳电解液天赐材料-已具备量产六氟磷酸钠能力新宙邦-具有生产钠电池电解液的技术储备六氟磷酸钠产线的规划尚处于前期阶段有小量的钠离子电解液提供给合作伙伴进行测试验证于11月14日的新品发布会上推出钠离子电池电解液Neralyte调整溶剂提升钠离子传输速度调整配方改善界面副反应并使用特种添加剂抑制正极缺陷控制产气永太科技-已布局投资建设250吨钠离子电池材料项目瑞泰新材-钠离子电池材料目前处于中试阶段江苏国泰-钠离子电池材料目前处于中试阶段中欣氟材-子公司高宝科技规划六氟磷酸钠10000万吨产能其中一期5000吨计划在23年12月建成与钠创新能源浙江医药宏达化学在杭州湾精细化工园区合作建设钠电电解液产业项目资料来源公司公告Wind华泰研究钠电材料产业链完善有望长期保持成本优势随着材料产业链完善钠电降本空间较大钠电池相较锂电材料端主要变化在于正极负极以及电解液我们预计在钠电池量产后伴随材料生产商制造工艺成熟以及规模效应钠电池成本有望持续下行进一步凸显成本优势促进钠电池渗透率提升形成正向循环我们估算量产初期钠电池电芯物料成本约610元kWh远期由于材料价格下降有望降至391元kWh免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读4电力设备与新能源图表2钠电池电芯BOM成本单位价格-量产初期单位成本-量产初期单位价格-远期单位成本-远期单耗单耗单位元kg元m2元kwh元kg元m2元kwh正极材料-层状氧化物250kgkwh6001500045011250负极材料-硬碳130kgkwh900117004005200隔膜2500m2kwh225375204875电解液200kgkwh700140001663328铝箔087kgkwh3700320533002859其他材料元kwh11601160电芯BOM成本元kwh60883911资料来源鑫椤锂电华泰研究预测考虑未来锂电材料降价远期钠电仍有望保持相较成本优势由于锂电材料供需关系逐渐趋于过剩我们判断后续价格有望回落因此分析钠电成本优势需要考虑各项锂电材料尤其是碳酸锂价格变化的影响在钠电量产初期其电芯物料成本相较磷酸铁锂电池先行成本低约1255元kWh相当于碳酸锂价格位于30-40万元吨时的磷酸铁锂电池成本展望远期即使考虑锂电材料降价钠电成本优势依然显著我们估算远期钠电池电芯物料成本相当于碳酸锂价格约10万元吨时的磷酸铁锂电池成本图表3磷酸铁锂电芯BOM成本单位价格-现行单位成本-现行单位价格-远期单位成本-远期单耗单耗单位元kg元m2元kwh元kg元m2元kwh正极材料216kgkwh175737866175037716负极材料107kgkwh50053574004286隔膜1600m2kwh223440203120电解液136kgkwh63486224646310铜箔071kgkwh102172368305883铝箔039kgkwh3700145733001299其他材料元kwh945944电芯BOM成本元kwh73436806注以上材料价格基于碳酸锂保持不变假设资料来源鑫椤锂电华泰研究预测图表4磷酸铁锂-钠电池电芯BOM成本差与碳酸锂关系元kWh300250量产初期远期20015010050050碳酸锂价格万元吨1001502001020304050注钠电池以层状氧化物正极路线测算资料来源华泰研究预测免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读5电力设备与新能源乘用车储能市场应用提速打开钠电市场空间低速乘用车有望率先应用钠电相较锂电成本低能量密度与循环性能适配低速乘用车要求钠电池具备突出的成本优势根据中科海钠官网钠电池理论材料总成本相较于锂电池低30-40虽然钠离子电池的能量密度和循环性能不及锂离子电池但是在对能量密度和循环性能要求不高成本敏感性较强的低速乘用车领域有望率先实现替代和应用图表5钠离子电池和磷酸铁电池性能对比钠离子电池磷酸铁锂电池能量密度Whkg100-150120-180循环寿命次2000次以上3000次以上-20容量保持率88以上小于70耐过放电可放电至0V差快充性能优良好资料来源中国科学院物理研究所中商产业研究院华泰研究钠电装车进程快速推进锂钠搭配未来有望拓宽应用范围2022年11月29日宁德时代研究院副院长黄起森在钠离子电池产业链与标准发展论坛上表示钠电池可满足400公里续航里程车型而通过首创的AB电池系统集成技术将钠离子电池与锂离子电池同时集成到同一个电池系统里并且将两种电池按一定的比例和排列进行混搭串联并联集成再通过BMS的精准算法进行不同电池体系的均衡控制而集成钠离子电池与锂离子电池有望使钠离子电池应用扩展到500公里续航车型面向65的车型市场孚能科技表示公司钠离子电池产品已处于集中送样阶段产品已满足A0级车需求公司计划2023年全面进入产业化阶段并已与多家知名两轮车企和乘用车企开展深入合作目标2024年满足A级车的需求鹏辉能源表示上汽通用五菱对钠离子低温优异性能非常感兴趣相信会解决消费者冬天使用体验不好的痛点图表6宁德时代AB电池解决方案资料来源宁德时代官网华泰研究钠电装车应用空间较大根据乘联会数据自2020年起国内A00级新能源乘用车销量保持上涨趋势2020年2021年及2022年1-11月的同比增速分别为6272052280市场份额分别为265301199近三年来A级A0级A00级新能源乘用车的市场份额加总始终维持在60以上2022年1-11月A级A0级A00级新能源车的市场份额分别为350103199合计销量328万辆其中A00级销量100万辆免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读6电力设备与新能源图表72018-11M2022新能源车分车型销量增速万辆A00A0AB450300C及其他A00yoyA0yoyAyoy400250xx1000035020030015025010020050150010050-500-10020182019202020212022M11资料来源乘联会华泰研究储能应用受制于循环寿命应用有望加速大型储能对循环寿命要求较高是钠电应用的主要瓶颈储能电池的循环寿命是指在一定的充放电制度下电池容量降低到某一规定值之前电池能经受多少次充电与放电国家工信部电子信息司在锂离子电池行业规范条件2021年本中规定储能型电池循环寿命5000次且容量保持率80目前钠电池的循环寿命仅为2000-4000次与磷酸铁锂电池还存在一定的差距钠离子电池循环寿命的不足会导致需要频繁更替拆解电池耗费大量人力和费用成本使得电站投入成本过高运行实际收益低全生命周期内投资回报率不足不利于推广因此进一步改进钠离子电池的结构和工艺提高其循环寿命从而降低储能电站的度电成本对大规模储能的商业化应用十分重要钠电循环寿命仍有较大提升空间可以满足大储要求从理论上看钠电电池的循环寿命仍大提升空间钠电负极硬碳非结晶态形变相对更小SEI膜造成的不可逆钠消耗理应更低聚阴离子正极材料理论循环寿命可达10000次以上中国科学技术大学正着力于研发长寿命低成本钠离子电池材料及器件预期两年内实现高性能钠离子电池循环寿命超过5000次五年内将循环寿命提升至10000次钠离子循环寿命可通过正极掺杂包覆负极硬碳与电解液优化等方式提升目前钠离子电池循环寿命受限一方面是由于钠离子的体积较大在材料结构稳定性和动力学性能方面的要求更加严苛因此反应过程中嵌入脱出难度大且容易造成结构变化例如钠电正极晶格相变另一方面是钠离子电池在循环过程中电解液消耗速度过快理论上钠电正极晶格形变问题可以通过掺杂包覆以降低相变性负极采用循环性能更优的硬碳材料可提高寿命电解液消耗过快一方面可以通过开发全新的电解液体系以降低消耗速度另一方面可通过补钠技术实现循环寿命的改善然而从理论过渡到具体实践仍然需要经过一定的探索和研究免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读7电力设备与新能源图表8钠电池正极材料改进方法图表9不同电解液添加剂中钠电池的循环稳定性测试资料来源MainstreamOptimizationStrategiesforCathodeMaterialsof资料来源EngineeringoptimizationapproachofnonaqueouselectrolyteforSodium-IonBatteriesHuanXu2022华泰研究sodiumionbatterywithlongcyclelifeandsafetyHaiyingChe2021华泰研究针对以上问题各家企业对钠离子电池的研究逐步增加积极对其正负极材料及电解液进行探索以宁德时代为例正极材料采用目前具有潜在商业化价值的普鲁士白以及层状氧化物两类材料对材料表面进行重新设计解决了材料在循环过程中容量快速衰减这一难题在负极材料方面宁德时代开发出了具有独特孔隙结构的硬碳材料具备优异的循环性能能够让大量钠离子存储和快速通行同时宁德时代还研发出新型独特的电解液体系以适配全新研发的正负极材料目前已有大型储能探索应用钠电2021年12月中科海钠联合三峡能源三峡资本在阜阳规划5GWh钠电池产能2022年11月29日一期1GWh钠离子电池生产线产品下线标志着该生产线正式具备了规模化生产GWh级钠离子电池的能力在开辟储能产业新赛道钠离子电池产业化发展等领域具有里程碑式意义后续将推动30GWh钠电池量产规划此外三峡能源安徽阜阳南部风光储基地项目储能系统拟建设60MWh钠离子电池储能项目公司预计23年投产标志着钠电将正式应用于大型储能项目两轮车先行储能乘用车接力市场规模有望超1600亿钠电池现有性能已可满足电动两轮车需求其成本优于锂电池性能远超铅酸电池我们预计钠电明年或率先在电动两轮车批量应用新能源汽车领域由于低速乘用车具有对能量密度要求不高成本敏感性较强等特点钠离子电池可凭借其良好的性价比及更加稳定的电化学性能快充及低温性能率先在低速乘用车发展在储能领域钠离子电池具有成本低原材料资源丰富等优势虽然暂时受制于循环寿命的限制但随着各企业对循环性能的研发突破后续可实现对磷酸铁锂电池的部分替代因此基于目前产业界钠电研发及新能源车和储能行业快速推进的大背景我们预计钠电装机量2027年有望达到335GWh钠电池总体市场规模将达到1676亿元2024-2027年CAGR为164正极材料负极材料电解液2027年对应市场空间分别达377172123亿元免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读8电力设备与新能源图表10钠电池市场空间测算2022E2023E2024E2025E2026E2027E低能量密度电动乘用车中国乘用车销量万辆208962214923257244202564126923新能源车渗透率272836004500550058006000钠电渗透率0410204070钠电装车量万辆321052695951131平均单车带电KWh220235252270288国内钠电池装机量GWh072568160326海外新能源车销量万辆38775130682690241173114898钠电渗透率135平均单车带电KWh277296317国外钠电池装机量GWh13104236全球钠电池装机量GWh072580265562电动两轮车国内电动两轮车销量万辆587846231163558648296612567448平均单车带电KWh072072072072072072钠电池渗透率35153050钠电池装机量GWh112370143243存量车万辆302913085031429320253263933269存量车更换电池钠电池需求GWh111958118200总钠电装机量GWh2242128260442储能电池国内储能电池需求GWh2362933985788681302海外储能电池需求GWh76415072302347246876327全球储能电池需求GWh10018027040555547628钠电池渗透率1351530钠电池装机量GWh18812038332289电动工具电动工具装机量GWh179197217239263289钠电池渗透率1351020钠电池装机量GWh0207122658合计钠电池装机量GWh4915442213843351单价元Wh0706050505钠电池对应市场空间亿元3459232111692216755YoY167129228142资料来源华泰研究预测图表11钠电材料市场空间预测2023E2024E2025E2026E2027E正极材料单位用量kgkWh2525252525正极材料需求量万吨123385105634618378单位价格元kg6050454545正极材料对应市场空间亿元740192447501557437700负极材料-硬碳单位用量kgkWh136131128128128负极材料需求量万吨06720254217764299单位价格元kg9065404040负极材料对应市场空间亿元60213132167710517198电解液单位用量kgkWh22222电解液用量万吨09930884527696702单位价格元kg70442184184184电解液对应市场空间亿元69013601554509512332资料来源华泰研究预测免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读9电力设备与新能源钠电材料多技术路线齐头并进正极材料三种技术路线并行层状氧化物有望率先量产钠电三类正极材料各有优点未来或将长期共存钠电正极材料主要有层状氧化物普鲁士蓝聚阴离子三条技术路线层状氧化物正极结构与锂电三元材料类似且兼顾能量密度与循环寿命且较少使用到钴镍等价格较高的过渡金属成本可控因此最早量产有望明年装车应用但是层状氧化物材料空气稳定性差需要通过包覆或掺杂提高其空气稳定性这会提升其制造成本普鲁士蓝类正极能量密度高结构稳定倍率性能好成本低廉但是由于其晶格中配位水的存在普鲁士蓝类正极与商用有机电解液的兼容性差循环寿命也受影响且普鲁士蓝类正极的生产涉及到剧毒的氰化物生产要求较高聚阴离子正极的循环性能较好且工作电压高但能量密度较低导电性较差大电流充放电性能较差需要使用碳包覆或掺杂提高电子电导率图表12三条钠电正极材料技术路线对比图表13三条钠电正极材料技术路线对比资料来源UnderstandingtheDesignofCathodeMaterialsforNa-Ion资料来源PerspectiveDesignofcathodematerialsforsustainablesodiumionBatteriesGuptaetal2022华泰研究batteriesSayahpouretal2022华泰研究图表14钠离子电池正极材料优劣势对比技术路线层状氧化物普鲁士蓝类似物聚阴离子化合物示例NaNi13Fe13Mn13O2Na192Fe2CN6Na3V2PO42F3Na09Cu022Fe03Mn048O2Na2Mn015Co015Ni01Fe06FeCN6Na3V2PO43工作电压VvsNaNa315V左右325V左右34V左右压实密度gcm330-3416左右实际比容量mAhg130左右150-160110-130理论循环寿命低较高高实际循环寿命较低低高热稳定性一般较好较好安全性较好较好较好空气稳定性一般一般较好电池能量密度高中低成本中低高优点制备简单比容量较高循环寿命长综合性能较好循环寿命长工作电压高成本低廉结构稳定性好缺点空气稳定性不好易形成结晶水影响循环寿命钒基成本较高循环性能较弱制备涉及有毒氰化物理论上高温可能产电子电导率差大电流快速充电性能差生有害气体能量密度低资料来源Fundamentalsstatusandpromiseofsodium-basedbatteriesUsiskinetal2021AssessmentofthefirstcommercialPrussianbluebasedsodium-ionbatteryMinglongHeetal2022华泰研究免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读10电力设备与新能源层状氧化物进展最快成本优于磷酸铁锂层状氧化物产业化进展最快成本明显低于磷酸铁锂铜铁锰基成本优势更为明显钠电层状氧化物正极有浙江钠创为代表的铁镍锰酸钠NaNi13Fe13Mn13O2和中科海钠为代表的铜铁锰酸钠Na09Cu022Fe03Mn048O2基于理论物料成本估算NaNi13Fe13Mn13O2的单吨成本约为259万元Na09Cu022Fe03Mn048O2单吨成本约为208万元均低于目前磷酸铁锂材料的单吨成本148万元考虑到单GWh钠电电芯的层状氧化物正极的用量为3000吨则NaNi13Fe13Mn13O2的成本约为0078元WhNa09Cu022Fe03Mn048O2成本约为0063元Wh相较磷酸铁锂优势明显图表15NaNi13Fe13Mn13O2成本拆分理论物料成本基于22年11月均价原料单吨金属含量kg单吨原料用量kg原料价格元吨单吨正极材料成本元Na2CO32059474572900137626NiSO4176146224405001872080FeSO4167453246401290771MnSO41642450736700301990BOM合计成本万元吨260单GWh正极材料需求量吨3000单Wh成本元0078资料来源Wind鑫椤锂电华泰研究图表16Na09Cu022Fe03Mn048O2成本拆分理论物料成本基于22年11月均价原料单吨金属含量kg单吨原料用量kg原料价格元吨单吨正极材料成本元Na2CO318843367752900125766CuO1281600291690001104201Fe2O315321822159500207310MnO2240379857917100649557BOM合计成本万元吨208单GWh正极材料需求量吨3000单Wh成本元0063资料来源Wind鑫椤锂电华泰研究图表17磷酸铁锂成本拆分理论物料成本基于22年11月均价原料单吨金属含量kg单吨原料用量kg原料价格元吨单吨正极材料成本元Li2CO3440212259520012630145FePO435409543227002166232BOM合计成本万元吨148单GWh正极材料需求量吨2160单Wh成本元0320资料来源Wind鑫椤锂电华泰研究普鲁士蓝类潜力较大结晶水影响循环性能为应用瓶颈普鲁士蓝类材料能量密度接近铁锂成本低廉是潜力较大的钠电正极材料普鲁士蓝类材料的结构通式是AxM1M2CN6y1-yzH2O其中A为碱金属M1和M2是过渡金属代表材料中的结构缺陷H2O是材料中的结晶水双电子转移型普鲁士蓝类材料M1和M2MnFeCo的理论比容量可以达到170mAhg与磷酸铁锂材料的理论比容量接近其中锰基和铁基普鲁士蓝类材料更是具有成本低廉的优点免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读11电力设备与新能源图表18普鲁士蓝材料结构资料来源StructureandPropertiesofPrussianBlueAnaloguesinEnergyStorageandConversionApplicationsHaocongYietal2021华泰研究普鲁士蓝类材料具有开放型三维通道离子电导率与循环性能优异普鲁士蓝类材料中过渡金属离子分别与氰根中的碳和氮形成六配位形成的立方形结构稳定钠离子处于三维通道结构和配位孔隙中离子扩散通道较大离子扩散能垒较低可以实现钠离子的快速扩散以及较小的晶格畸变因此普鲁士蓝类材料的理论循环稳定性高循环寿命长图表19三类钠电正极路线中钠离子的扩散通道和能垒资料来源RevealingtheanionicredoxchemistryinO3-typelayeredoxidecathodeforsodium-ionbatteriesYangYuetal2021Subzero-TemperatureCathodeforaSodium-IonBatteryYaYouetal2016OrganicInorganicAnionsCouplingEnabledReversibleHigh-ValentRedoxinVanadium-basedPolyanionicCompoundHuangxuLietal2022华泰研究工业上主要采取共沉淀方法合成普鲁士蓝材料普鲁士蓝类材料有共沉淀法水热合成法球磨法三种合成方法水热合成法通常需要高温高压等苛刻反应条件且能源消耗大还有安全隐患一次产量也较低不适合大规模工业化生产球磨法则是固固反应存在反应不充分以及合成的一次颗粒会团聚的问题且适用材料单一目前局限于合成Na2FeFeCN6共沉淀法可以用于合成多种普鲁士蓝类材料生产工艺较为简单且反应温度较低能耗较小因此被广泛使用免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读12电力设备与新能源图表20普鲁士蓝合成方法资料来源ChemicalPropertiesStructuralPropertiesandEnergyStorageApplicationsofPrussianBlueAnaloguesWeijieLietal2019普鲁士蓝类化合物作为钠离子电池正极材料的研究进展魏程等2021华泰研究图表21三种普鲁士蓝合成方法对比合成方法优点缺点共沉淀法对设备要求低合成工艺易调节最常用的制备方法合成材料有缺陷会引入结晶水水热法产物纯度高分散性好对设备要求较高产量低球磨法简单易行可降低材料的结晶水减小粒径合成的一次粒子容易团聚固-固反应不充分容易混入杂质适用材料比较单一资料来源普鲁士蓝类化合物作为钠离子电池正极材料的研究进展魏程等2021华泰研究普鲁士蓝材料理论成本与铜铁锰酸钠接近根据共沉淀法的方程式测算并且考虑普鲁士蓝材料的合成过程中的辅料柠檬酸和柠檬酸三钠可测算铁基普鲁士蓝单吨理论物料成本约为239万元考虑单GWh钠电电芯需要普鲁士蓝材料约2000吨则普鲁士蓝的成本约为0048元Wh低于层状氧化物成本图表22氰化钠外购情况下Na2FeFeCN6成本拆分理论物料成本基于22年11月均价原料单吨原料用量kg原料价格元吨单吨原料成本元氰化钠9363175001638535氯化亚铁40457000283121铁粉1783510090955柠檬酸16187300118102柠檬酸三钠16186200100306BOM合计成本万元吨239单GWh正极材料需求量吨2000单Wh成本元0048资料来源洛阳中超环评书华泰研究若考虑氰化钠为一体化自制普鲁士蓝成本具有明显优势氰化钠是合成亚铁氰化钠的重要原料工业上通过天然气裂解法从制备氢氰酸开始制备氰化钠如果考虑纵向一体化自制氰化钠我们估算氰化钠的成本约为966026元吨明显低于目前氰化钠的售价若氰化钠自制则铁基普鲁士蓝单吨物料成本约为150万元对应电芯中成本约为0030元Wh相较于层状氧化物成本优势明显免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读13电力设备与新能源图表23氰化钠成本拆分元吨材料单吨消耗量吨价格元成本元直接材料764769轻油00987439728698天然气00876153535726液氨053448882611808石油焦0172346559461930烧碱28781104317684制造费用124036人工成本54067合计含税966026资料来源营创三征环评书华泰研究结晶水解决方案为提升普鲁士蓝材料循环性能关键共沉淀法制备普鲁士蓝材料是在水溶液中进行沉淀反应快速通常会引入一定数量的空位空位附近的过渡金属离子容易与水分子配位引入结晶水这不仅会造成普鲁士蓝类材料中晶格畸变影响钠离子在骨架间隙中的扩散还会影响普鲁士蓝类材料与电解液的接触稳定性与循环中的结构稳定性造成材料比容量和循环寿命偏低通过控制普鲁士蓝的沉淀反应例如在沉淀过程中逐渐增加柠檬酸钠的浓度可以减缓普鲁士蓝类材料的沉淀速度减少空位和结晶水的存在除此之外简单通过加热方法也可以除去普鲁士蓝材料中大部分的结晶水另外也可以采取新的合成方法例如球磨法不引入水环境图表24普鲁士蓝结构缺陷与结晶水资料来源PrussianBlueCathodeMaterialsforSodium-IonBatteriesandOtherIonBatteriesJiangfengQianetal2018华泰研究聚阴离子循环能力好磷酸铁钠潜力较大聚阴离子结构稳定工作电压较高聚阴离子型电极材料的通式是NaxMyXO4nXSPSiAsMoWM过渡金属按照其中的阴离子不同可以分为磷酸盐类焦磷酸盐类氟磷酸盐类复合磷酸盐类硫酸盐类和硅酸盐类六大类强X-O共价键构成的框架具有高稳定性和安全性其中丰富的晶格空位也缓解了钠离子反复嵌入脱出造成的体积变化和相变所以聚阴离子类材料普遍拥有较高的稳定性和循环寿命聚阴离子的诱导效应也使过渡金属离子的氧化还原电位提升使得聚阴离子类材料具有较高的工作电压但是聚阴离子类材料也因为其中阴离子含量多克容量普遍偏低以及存在电子电导率低倍率性能较差的缺点免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读14电力设备与新能源图表25聚阴离子材料结构资料来源PerspectiveDesignofcathodematerialsforsustainablesodiumionbatteriesSayahpouretal2022华泰研究图表26几种聚阴离子材料性能对比聚阴离子材料磷酸盐类焦磷酸盐类氟磷酸盐类硫酸盐类示例Na3V2PO43Na2FeP2O7NaVPO4FNa22xFe2-xSO43Na4MnVPO43Na2MnP2O7Na3VO1-xPO42F12xNaFePO4Na2CoP2O7工作电压VvsNaNa26-4525-41530-43325-38理论比容量mAhg110-15580-110122-143100-120实际比容量mAhg100-14580-107107-12880-110容量保持率循环次数5030000831000096510001001000优点循环稳定性好低成本工作电压高工作电压较高工作电压高低毒性循环寿命长缺点比容量低比容量低高毒性对空气敏感使用金属钒有毒性对合成设备要求高热稳定性差资料来源Polyanion-typecathodematerialsforsodium-ionbatteriesTingJinetal2020华泰研究磷酸钒钠与氟磷酸钒钠产业化进程较快但克容量较低且钒有毒性磷酸钒钠属于磷酸盐类具有34VvsNaNa的电压平台和1176mAhg的理论容量氟磷酸钒钠NaVPO4F属于氟磷酸盐类具有更高的工作电压39VvsNaNa和理论比容量143mAhg磷酸钒钠和氟磷酸钒钠都可以通过高温固相法合成工艺易于控制产业化进程较快鹏辉能源合纵科技钠创新能源等都有布局但是磷酸钒钠和氟磷酸钒钠的克容量依然偏低而且原材料钒不仅价格高而且有毒性图表27布局磷酸钒钠和氟磷酸钒钠的公司公司进度鹏辉能源在聚阴离子路线的磷酸钒钠材料方面取得较大进展试产阶段采用的是磷酸钒钠体系合纵科技控股子公司湖南雅城已开发出磷酸钒钠氟磷酸钒钠产品其电性能已接近文献和行业报道的水平钠创新能源布局磷酸钒钠专利资料来源Wind华泰研究磷酸铁钠理论比容量高材料成本低廉制备不涉及有毒物质更安全磷酸铁钠也属于磷酸盐类理论克容量154mAhg高于磷酸钒钠和氟磷酸钒钠磷酸铁钠也具有聚阴离子材料结构稳定电压平台高的优点而且原材料主要是铁价格便宜无毒无污染若只考虑原材料磷酸钒钠的材料成本高达019元Wh磷酸铁钠的材料成本仅有0072元Wh接近层状氧化物钠电正极成本免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读15电力设备与新能源图表28磷酸铁钠与磷酸钒钠比较材料磷酸钒钠Na3V2PO43磷酸铁钠NaFePO4理论比容量mAhg1171542实际比容量mAhg117125循环性能好好工作电压VvsNaNa3428制备方式高温固相法水热法溶胶-凝胶法目前主要是离子交换法成本金属钒价格高直接材料成本较高金属铁价格低直接材料成本低但是制备较为复杂资料来源Polyanion-typecathodematerialsforsodium-ionbatteriesTingJinetal2020华泰研究图表29磷酸钒钠Na3V2PO43成本拆分理论物料成本基于22年11月均价原料单吨核心元素含量kg单吨原料用量kg原料价格元吨单吨原料成本元Na2CO315132348652900101110V2O522368399441207274822272NHH2PO20395755368000604288BOM合计成本万元吨553单GWh正极材料需求量吨3500单Wh成本元0193资料来源Wind华泰研究图表30磷酸铁钠NaFePO4成本拆分理论物料成本基于22年11月均价原料单吨金属含量kg单吨原料用量kg原料价格元吨单吨原料成本元Na2CO313230415290088203FePO432286792227001970189BOM合计成本万元吨2058单GWh正极材料需求量吨3500单Wh成本元0072资料来源Wind华泰研究离子交换制备磷酸铁钠成本高橄榄石型磷酸铁钠既具备橄榄石型材料的结构稳定性又具有较高的克容量但是难以直接化学合成最常用的制备方法是基于有机溶液的离子交换法这种方法操作较为复杂制备成本较高图表31离子交换法制备磷酸铁钠资料来源一种电化学法制备橄榄石型磷酸铁钠的方法曹余良等2015华泰研究磷酸铁钠倍率性能较差可以通过离子替换改善磷酸铁钠的橄榄石型结构中相邻的FeO6八面体通过共顶点连接形成了一维离子传输通道且电子电导率也较低因此磷酸铁钠的倍率性能较差包碳可以改善磷酸铁钠的电子电导率元素掺杂可以通过晶格结构减小钠离子的迁移阻力免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读16电力设备与新能源负极材料硬碳大势所趋技术路线多样硬碳为主流路线碳基材料优势突出无定形碳率先产业化应用钠离子电池负极技术路线众多主要包括金属化合物碳基材料合金材料非金属单质四类路线金属化合物和合金材料理论比容量很高且反应电势低是制造高能量密度钠离子电池的理想材料但动力学性能相对较差且比容量衰减快面临更多的技术难题尚处于实验室研究阶段碳基材料工作电压低储纳容量可观且来源广泛技术成熟度高具备性能和成本综合性价比优势研究和应用最为广泛常见的碳基材料可根据其微观结构分为石墨类无定形碳材料硬碳软碳纳米碳材料等种类具有发达层状结构的石墨主要通过插层反应形成石墨插层化合物储钠但由于钠离子的半径较大与石墨发生嵌入反应的结合能G0不能进行有效嵌脱生成热力学稳定的Na-C化合物故在锂电池中广泛应用的石墨负极通常无法用于钠电池在其他碳基材料中无定形碳材料因具有储钠容量高嵌钠平台低和循环寿命长等优势有望率先实现产业化应用图表32钠离子电池负极材料电化学性能资料来源高功率高安全钠离子电池研究及失效分析周权2021华泰研究图表33钠离子-石墨嵌入反应结合能高石墨负极难以用于钠电池图表34碳基材料中无定形碳比容量高平台电位较低资料来源Whyissodium-intercalatedgraphiteunstableMoriwakeetal资料来源钠离子电池碳基负极材料研究进展蔡旭萍等2022华泰研2017华泰研究究免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读17电力设备与新能源无定形碳内部结构决定储钠机理学术界仍存在争议无定形碳按石墨化难易程度细分为软碳硬碳材料软碳在2800oC以上能完全石墨化而硬碳即使在高温处理下也难以出现石墨化现象软硬碳均由有机前驱体热解产生软碳前驱体通常为热塑性材料石油化工原料硬碳前驱体则采用热固性材料生物质树脂沥青等不同的碳化前驱体使得软硬碳呈现不同的微观结构从而采用不同的储钠机理具有乱层结构的软炭主要通过嵌入反应储钠而具有多孔隙和无序缺陷结构的硬炭储钠机理则较为复杂现有研究提出了插层-填孔吸附-插层吸附-填孔吸附-插层-孔充填等多种模型但仍有一些实验现象无法用上述模型解释随着观测和实验技术的改进硬碳储纳机理研究有望取得更多进展硬碳克容量高循环寿命好为主流厂商技术路线性能方面软硬碳因微观结构不同各有优劣硬碳在热解过程中短程呈现碳层堆叠结构长程则表现为无序堆积状态缺陷较多疏松多孔有更多储钠活性点位且碳层间距更大037-042nm钠离子可以从层间空隙中迅速嵌脱因此硬碳表现出更强的储钠能力300-350mAhg和较低的嵌钠电位此外硬碳负极中大量孔洞的存在也有效缓解了钠离子插层和填充前后造成的晶格膨胀在充放电过程中的体积膨胀效应远小于石墨和软碳循环寿命和安全性更好硬碳的性能劣势主要表现在首周库伦效率低83-84软碳材料有序度规整度更高具备更好的导电性能但活性点位少层间距离窄储纳容量低200-220mAhg经济性方面硬碳多使用生物质或高分子聚合物等原料制备前驱体炭化后产碳率偏低且压实密度低而软碳以石油化工原料沥青煤炭石油焦为前驱体含碳量高成本低廉在降本空间方面表现更好综合考虑材料性能和经济可行性硬碳因突出的比容量优势更胜一筹成为当前负极主流厂商选择的技术路线图表35硬软碳结构示意图图表36硬碳储钠的吸附-插层-孔充填机理示意图资料来源Theenergy-storagefrontierLithium-ionbatteriesandbeyond资料来源钠离子电池硬碳负极储钠机理及优化策略董瑞琪等2021Crabtreeetal2016华泰研究华泰研究图表37软硬碳材料性能和电化学性能对比比较项目硬碳软碳前驱体树脂沥青生物质石油化工原料沥青煤炭石油焦碳化温度1000-1500oC1000-2000oC碳层间距nm037-042034-035比表面积mg38202比容量mAhg300-350200-220平台电压01V较高首次库伦效率83-84高于硬碳低于石墨压实密度gcm309-1012电极膨胀率11-10资料来源HardCarbonAnodesforNext-GenerationLi-IonBatteriesReviewandPerspectiveLijingXieetal2021华泰研究免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读18电力设备与新能源前驱体路线多样生物质路线前景广阔前驱体选择为硬碳产业化关键生物质路线前景广阔硬碳材料可采用多种前驱体制备工艺路线选择复杂多样前驱体原料的形态结构很大程度决定了硬碳材料的空心率孔径等微观结构并进而决定硬碳的储钠性能因此找到性能优越纯度较高成本低廉易于获得和存储的前驱体是硬碳产业化面临的关键挑战常用的硬碳前驱体原料包括生物质植物基树脂沥青树脂基电化学性能最佳储钠容量高循环性能优产品均一度较好但原材料成本高昂沥青基原料来源广泛价格低廉但电化学性能较差性质不稳定生物质基具有天然的多孔和层状结构可增加硬碳材料的结构缺陷层间距以及电导率有利于提高储钠性能并且物料来源广泛便于储存且环境友好主要问题在于含有较多杂质和灰分收率低且首周库伦效率较低需要先进行酸碱浸泡预处理除杂综合看来生物质基性能适中成本较低原料丰富是制备硬碳材料相对理想的前驱体图表38硬碳材料前驱体比较硬碳前驱体分类常见例子优势劣势生物质基植物残渣外壳等物料来源广泛价格低廉便于储存可首效低收率低有杂质杂质过多将降再生性好环境友好具备丰富的活性基低硬碳的容量除杂需要酸洗增加成本团和天然孔道结构易调控储纳容量较高树脂基酚醛树脂环氧树脂聚纯度高杂质少收率高产品均一度较好成本高糠醇树脂电化学性能最佳工艺可控可设计沥青基煤焦油沥青石油沥青价格低廉来源广泛性质不稳定需要预氧化处理挥发分较天然沥青多存在环保问题需要进行尾气处理资料来源中国粉体网钠离子电池碳负极材料的研究进展吴权等2021华泰研究图表39不同前驱体制备的硬碳材料性能差异显著硬碳前驱体分类碳化温度首次放电容量mAhg-首效循环次数容量保持mAhg生物质基再生棉1300315-8310030597核桃壳1000257-71300170708橡树叶1000360-74820024390樱花花瓣10003102-6735001315898藻类1300334-64120020593木质素9002215-598200203916蜂巢7003145-27220181993柚子皮1400351-7045033094莲藕茎800245-323100155633椰子壳1200400-600糖类壳聚糖850325-3210030597淀粉305-905木糖12003638-8493100155633沥青基沥青14003006-88620024390滤纸-沥青1000282-8045033094树脂及苯酚甲醛1400410-8420020593其他聚乙烯吡咯烷酮10003934-89200203916氧化石墨烯1000417-573220181993聚苯胺1150270-51650020777资料来源钠离子电池硬碳基负极材料的研究进展殷秀平等2022华泰研究免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读19电力设备与新能源图表40负极企业硬碳产品进展情况及性能产品性能公司名称进展情况前驱体路线充放电可逆容量首效振实密度日本可乐丽量产进度快已开发两代产品产品售价高于20生物质基椰子壳主流产品320-505主流产品万元吨mAhg第二代产品88-90400500600mAhg成都佰思格国内量产进度最快21年成功开发高容量钠离子植物基木质素椰子壳坚果壳纤330mAhg8807501gcm3硬炭公司已量产比容量300-650mAhg七种产维素木屑竹屑糖类葡萄糖品成本为进口产品12目前拥有2000吨钠电淀粉等硬碳产线规划10000吨产能贝特瑞09年开始布局研究硬碳负极材料硬碳产品已研生物质基花粉稻谷壳甘蔗核桃260295mAhg880809gcm3发至第五代目前拥有硬碳产能400吨壳竹子酒糟木屑的一种或几种杉杉股份钠电硬碳材料处于中试阶段树脂基沥青基古马隆树脂环氧树脂酚醛树脂和中间相沥青中的一种或多种翔丰华钠电高性能硬碳负极材料产品正在相关客户测试生物质基软木树脂基沥青基皆230-250mAhg90中有布局凯金能源处于小试阶段向ATL宁德时代等客户提供样高容量沥青基倍率型生物质基生物质硬碳生物质硬碳品评估300-500mAhg70-85聚合物硬碳聚合物硬碳400-600mAh75-85元力股份活性炭转型硬碳主推应用于储能产品的生物质基生物质基毛竹椰子壳稻壳350mAhg硬碳产品有望年底送样与金龙鱼共同布局马来西亚3万吨椰子壳硬碳圣泉集团济南拟建10万吨生物基硬碳负极材料项目大庆秸秆酚醛树脂300mAhg86-87压实密度约拟建50万吨生物基处理产线12gcm3资料来源公司官网公司公告中国专利信息中心华泰研究碳化与改性为核心工艺环节碳化与改性等工艺细节处理为硬碳制备核心难点除前驱体选择以外生产环节中对材料的纯化造孔和界面设计等工艺细节也是硬碳产业化应用的核心壁垒之一硬碳合成工艺路线较长构效关系复杂不同前驱体的制备工艺也有所差异硬碳负极生产工艺总体可分为各类预处理交联固化热处理碳化表面改性等流程其中know-how壁垒较高的关键环节在于碳化过程及表面改性调控硬碳微观结构的主要思路有两种一是调控碳化过程包括碳化温度变温速率碳化方式等从而精密调控硬碳孔隙结构和层间距提高储钠克容量首周库伦效率和循环稳定性另一种方式是进行表面包覆和杂原子掺杂等精细化的材料界面设计有效改变材料的层间距表面润湿性电子导电性从而改善其储钠性能图表41硬碳材料制备主要工艺流程介绍工艺流程原理作用预处理根据前驱体不同采用不同的预处理工艺主要包括粉碎筛分除杂降低灰分提高纯度和产碳率预处理后得到硬改性处理酸碱浸泡除杂空气预氧化等碳前驱体交联固化指在加热加压下或在固化剂交联剂紫外光作用下在通过交联反应形成网状结构增大前驱体的交联度从将酸性介质中进行交联聚合反应等使分子一般为线型分而减缓高温炭化过程中小分子的快速脱除以此降低硬子相互键合交联成三维网络结构的较稳定分子炭的比表面积提高首效热解碳化一般可以分为500-1000oC的低温热解和1000-1400oC之间热解是制备生物质碳材料的主要方法热解温度以及的高温热解有机前驱体多存在含有OSN等基团的支链加热过程中的升温速率会影响所制备碳材料的层间距结构在碳化的过程中交联形成新的网状结构不利于碳层以及缺陷类型与数量的重排从而产生具有无序堆积疏松多孔的硬碳材料表面改性对碳材料进行表面包覆和轻质杂原子掺杂如NBPS可以增加碳材料的表面缺陷结构扩大石墨微晶层间N掺杂由于可以引入缺陷提升电子电导从而提升比容量和距同时材料的电导率和电解液表面浸润性可得到明倍率性能P和S由于具有较大的原子半径往往会引起硬显的提升从而提高电极的电子传输速度及比容量碳结构产生较大的畸变从而引起层间距增大和无序度增加两种多种杂原子掺杂可以产生协同效应资料来源钠离子电池碳负极材料的制备及储钠性能研究李旭升2021中国专利信息中心华泰研究免责声明和披露以及分析师声明是报告的一部分请务必一起阅读20