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1、鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化在加速
受益于新能源賽道的高景氣度，鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化在加速。
近日，七彩化學(xué)與廣東美聯(lián)新材料股份有限公司簽署了《戰(zhàn)略合作協(xié)議》。雙方暫定共同投資25億元人民幣，建設(shè)年產(chǎn)18萬噸電池級(jí)普魯士藍(lán)（白）產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，致力于鈉離子電池正極材料普魯士藍(lán)（白）系列產(chǎn)品的研究開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化。
傳藝科技發(fā)布公告表示，其控股孫公司傳藝鈉電項(xiàng)目各生產(chǎn)設(shè)備及裝置安裝調(diào)試進(jìn)展順利，已具備中試生產(chǎn)條件并即將投產(chǎn)運(yùn)行。其孫公司擬規(guī)劃建設(shè)一期5萬噸/年、二期10萬噸鈉離子電池電解液項(xiàng)目。其中，一期計(jì)劃于2022年11月份開工建設(shè)，2023年3月份投產(chǎn)。
動(dòng)力電池龍頭寧德時(shí)代在互動(dòng)平臺(tái)上回答投資者提問時(shí)也表示正致力推進(jìn)鈉離子電池在2023年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。據(jù)了解，寧德時(shí)代預(yù)計(jì)于明年投產(chǎn)的鈉離子電池中，既有用于電動(dòng)汽車的鈉離子動(dòng)力電池，也有用于儲(chǔ)能電站的鈉離子儲(chǔ)能電池。
此外，鋰電負(fù)極材料龍頭杉杉股份近日表示，其自主開發(fā)的硬碳材料率先實(shí)現(xiàn)自有化、產(chǎn)業(yè)化，憑借高壓實(shí)密度、容量明顯領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì)領(lǐng)跑行業(yè)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)技術(shù)空白，并已批量供貨頭部電池企業(yè)。杉杉股份認(rèn)為，近年來鈉離子電池因其生產(chǎn)成本低、安全性能高等優(yōu)勢(shì)，引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注和戰(zhàn)略布局。作為該類電池的電極材料，硬碳因其結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)勢(shì)更適合于存儲(chǔ)半徑較大的鈉離子，且具有低成本、綠色可持續(xù)性，因而在實(shí)用化鈉離子電池中具有先天優(yōu)勢(shì)且前景廣闊。
據(jù)民生證券預(yù)計(jì)，樂觀情景下，2022年鈉離子電池的需求量約35.1GWh，2025年需求量約505.9GWh，三年CAGR143.2%。
2、鈉離子電池為硬碳材料提供機(jī)遇
目前，由于鋰資源供給緊張，在一定程度上制約了鋰電行業(yè)的發(fā)展，尋找鋰電替代技術(shù)，成為一種迫切需求。與鋰離子電池有著相似工作原理的鈉離子電池受到重視，其產(chǎn)業(yè)化也被提上日程。相關(guān)人士表示，目前鈉離子電池的各種材料主要以各研發(fā)企業(yè)自主開發(fā)為主，成本仍然比鋰離子電池高，需要產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，降低配套材料的制造成本。此外，鈉離子電池對(duì)電池的正負(fù)極材料、電解液材料提出了更高的要求，這也成為其產(chǎn)業(yè)化遲遲未能實(shí)現(xiàn)的原因。
相較于鋰離子，鈉離子質(zhì)量和半徑更大，離子擴(kuò)散速率較低，反映在電池性能上，電池的理論容量和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征較為遜色，需要對(duì)正極材料進(jìn)行改性。目前，層狀氧化物、聚陰離子化合物和普魯士藍(lán)類化合物是鈉離子正極材料的三種主要發(fā)展方向。
另一方面，由于鈉離子比鋰離子半徑更大，鈉離子電池負(fù)極材料需要滿足多個(gè)關(guān)鍵要素（圖1）。目前，鈉離子電池的負(fù)極材料主要有無定形碳（硬碳，軟碳）、合金類、過渡金屬氧化物等。
圖1鈉離子電池負(fù)極材料的關(guān)鍵要素
（資料來源：中金公司研究部）
在眾多負(fù)極材料中硬碳材料具有結(jié)構(gòu)多樣、價(jià)格低廉、導(dǎo)電性良好、儲(chǔ)鈉容量高、嵌鈉后體積形變小、環(huán)境友好和低氧化還原電位等優(yōu)點(diǎn)。硬碳有望成為率先商用的鈉離子電池負(fù)極材料。
3、硬碳材料的優(yōu)勢(shì)
鈉離子摩爾質(zhì)量是鋰離子的3倍，直徑是鋰離子的1.3倍，進(jìn)而導(dǎo)致鈉離子無法在有效的電位窗口內(nèi)在石墨層間進(jìn)行可逆的嵌入、脫出，同時(shí)鈉離子-石墨嵌入的化合物在熱力學(xué)上并不穩(wěn)定，容易形成NaC64。相比于石墨等材料而言，硬碳材料無法石墨化且碳層排列規(guī)整度低于軟碳，層間形成了較多的微孔進(jìn)而方便鈉離子的嵌入和脫出，而且硬碳具備儲(chǔ)鈉比容量高、較低儲(chǔ)鈉電壓、循環(huán)穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)，是當(dāng)前首選的鈉離子電池負(fù)極材料。
硬碳與石墨、軟碳性能對(duì)比
（資料來源：中金公司研究部）
4、硬碳材料的前景
目前，鈉離子電池主要面向大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域，少部分應(yīng)用于動(dòng)力電池領(lǐng)域。
全球已經(jīng)有多家公司進(jìn)行了鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化布局，大部分公司采用的技術(shù)路線都是基于硬碳負(fù)極。去年，寧德時(shí)代推出的首款鈉離子電池，負(fù)極側(cè)也是選擇了硬碳材料，能量密度達(dá)到了160Wh/kg。隨著鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化的不斷推進(jìn)，硬碳材料的市場(chǎng)需求將會(huì)持續(xù)擴(kuò)大。此外，硬碳負(fù)極與石墨負(fù)極相比，在冷啟動(dòng)及快速充電模式中更具有優(yōu)勢(shì)，所以硬碳材料在鋰電領(lǐng)域也具有應(yīng)用前景。
中金公司發(fā)布研報(bào)指出，儲(chǔ)能場(chǎng)景為鈉電應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)支撐，動(dòng)力電池豐富了鈉電應(yīng)用場(chǎng)景。作為一種可供選擇的鈉離子電池負(fù)極材料，硬碳市場(chǎng)從無到有，市場(chǎng)增速快。中金公司表示，國(guó)內(nèi)硬碳產(chǎn)業(yè)化尚未成熟，但考慮硬碳在鈉電池以及鋰電負(fù)極摻雜領(lǐng)域良好的應(yīng)用前景，預(yù)計(jì)2022-2025年硬碳材料需求量有望從0.2萬噸/年提升到10.5萬噸/年，考慮硬碳價(jià)格回落，預(yù)計(jì)至2025年硬碳材料市場(chǎng)空間有望達(dá)到63億元。
目前，市場(chǎng)上能夠生產(chǎn)高端硬碳材料的企業(yè)還比較少，而隨著鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化的推進(jìn)，未來將會(huì)有更多的企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)參與到硬碳負(fù)極材料的研發(fā)及應(yīng)用工作中。
鈉離子電池負(fù)極生產(chǎn)企業(yè)及主要進(jìn)展
參考來源：
寧德時(shí)代鈉離子電池預(yù)計(jì)明年產(chǎn)業(yè)化，分別適用電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能.澎湃新聞
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（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/文正）
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