光大證券發(fā)布研究報告稱,鈉電行業(yè)進入0-1階段,硬碳負極的研發(fā)攻關成為決速關鍵,在鈉電硬碳負極產品研發(fā)和量產進度較快的廠商,最有望受益于鈉電0-1帶來的需求彈性,主要觀點如下:
硬碳負極成為首選,支持鈉電快充過放。
相較于鋰離子電池,鈉離子原子半徑較鋰離子大35%以上,鋰離子電池中主流的石墨負極無法滿足鈉離子電池負極的要求,而軟碳材料儲鈉容量不足,因此鈉電池主流使用的是硬碳負極。硬碳材料儲鈉位置和形式多樣,理論容量可達350-400mAh/g。另外,硬碳材料使得負極能夠更好地實現快充、解決了過放電的安全問題,打開了鈉電池應用的廣度。
成本結構上重要性提升、前驅體降本空間大、來源、工藝的研發(fā)難度大,硬碳負極成為鈉電產業(yè)化的決速關鍵。
鈉電負極成本占比大幅提升至16%,比起鋰電負極成本占比翻倍。22年9月,日本可樂麗椰殼硬碳價格約為20萬元/噸,低端人造石墨負極價格約為3萬元/噸,進口硬碳材料成本較高且降本空間巨大,硬碳的重要性不言而喻。通過替代廉價、適合大規(guī)模量產的前驅體能大大降低成本,但考慮到硬碳收率較低,該行預計2025年硬碳負極成本降至與石墨負極相當。
硬碳前驅體路線多樣,供應與成本是核心考量。
生物質前驅體工藝難度小,在鈉電0-1階段,椰子殼等生物質硬碳由于其性能優(yōu)異,產業(yè)化速度較快。但當行業(yè)進入成長放量階段,難以保障原材料供應鏈的穩(wěn)定性、低成本和一致性將成為掣肘。瀝青基/樹脂基等硬碳目前生產工藝難度較大,性能也較差,但其原材料供應廣泛、成本低廉,隨著前驅體研發(fā)技術突破以及其他材料修飾技術的應用,生物質多糖、樹脂基、瀝青基以及無煙煤等材料有望后來居上。根據應用領域的需求痛點不同,未來硬碳路線或呈現百花齊放格局。
供應鏈成熟度限制修飾技術應用,預鈉化是挖潛重點。
硬碳前驅體的調控、改性、摻雜、包覆是當前負極廠商首要解決的產業(yè)化問題;電解液調控可提高硬碳材料的電化學性能,需產業(yè)鏈合作研發(fā),也有望較快產業(yè)化。預鈉化與預鋰化技術的策略與手段基本相似,對硬碳負極的性能提升較為顯著。但考慮到補鋰技術的應用要慢于鋰電技術整體發(fā)展節(jié)奏,且現有的補鈉技術還不成熟,工藝復雜且成本高,技術壁壘較高,因此產業(yè)化周期可能較長。
從專利和產品來看,生物質硬碳成為新老廠商當前布局的重點。
比容量方面,生物質、樹脂、石墨烯較高,處于300mAh/g以上,無煙煤和瀝青基比容量較低。首效方面,生物質較為領先,瀝青、無煙煤首效較低。循環(huán)壽命方面,優(yōu)異的生物質硬碳負極能達到3000次以上,足以滿足動力及部分儲能領域的應用需求。