中國粉體網(wǎng)訊 負(fù)極材料作為鈉電池的關(guān)鍵材料之一，必須保證其具備較高一致性。而硬碳材料的結(jié)構(gòu)一致性主要依賴于前驅(qū)體的狀態(tài)和碳化工藝，只有保障前驅(qū)體具有高度一致性，碳化過程中受熱均勻才能得到一致性高的硬碳材料。
不過，硬碳產(chǎn)業(yè)化存在無法找到廉價、適合大規(guī)模量產(chǎn)的前驅(qū)體原材料的瓶頸；此外，硬碳合成工藝路線較長，構(gòu)效關(guān)系復(fù)雜，具備較高的Know-How壁壘，這極大的增加了制造成本。
目前，國外高端產(chǎn)品價格15-20萬元/噸，國產(chǎn)價格5-10萬元/噸，迫切需要開發(fā)低成本的硬碳材料。而以上原因也導(dǎo)致目前能夠穩(wěn)定出貨硬碳負(fù)極材料的企業(yè)比較少。
硬碳工藝多路并行
硬碳主要通過水熱或化學(xué)過程處理有機(jī)化合物或生物質(zhì)基前驅(qū)體獲得。根據(jù)前驅(qū)體來源不同可以分為樹脂基（酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚糠醇等）、瀝青基（煤焦油瀝青、石油瀝青、天然瀝青等）和生物質(zhì)基（纖維素、木質(zhì)素、淀粉等）硬碳。
樹脂基硬碳的成本是最高的，但同樣表現(xiàn)出最佳的電化學(xué)性能。其優(yōu)勢還在于可以精確、可控地構(gòu)建可調(diào)節(jié)的孔結(jié)構(gòu)、表面化學(xué)成分和分子水平上的活性位點(diǎn)。
瀝青基硬碳的材料來源非常廣泛，且價格低廉，煤系瀝青和油系瀝青均可使用。然而，由于原始瀝青具有石墨化的性質(zhì)，直接碳化很容易形成類石墨結(jié)構(gòu)。因此，在形成硬碳前需要進(jìn)行預(yù)氧化處理。此外，瀝青里的揮發(fā)分較多，需要額外的尾氣處理，增加成本支出，且目前工藝尚不成熟，產(chǎn)品的容量較低。
生物質(zhì)基硬碳負(fù)極路線原材料來源多樣，如核桃殼、果殼、柚子皮、動植物組織等。該路線產(chǎn)出的硬碳性能適中，加上物料來源廣泛，成本相對合適，是目前大多數(shù)硬碳負(fù)極企業(yè)的選擇。代表企業(yè)可樂麗、佰思格、元力股份、圣泉集團(tuán)、傳藝科技等。
值得一提的是，國內(nèi)傳統(tǒng)鋰電負(fù)極企業(yè)貝特瑞、杉杉股份、中科星城和翔豐華等廠家的硬碳負(fù)極工藝囊括上述三種類型的前驅(qū)體，實(shí)現(xiàn)體系化的專利布局。
已經(jīng)實(shí)現(xiàn)硬碳出貨的企業(yè)
可樂麗
日本企業(yè)，硬碳材料采用椰子殼作為前驅(qū)體，經(jīng)過碳化、破碎、堿漬、熱處理純化和CVD處理，其中CVD處理工藝難度較高。產(chǎn)品能量密度350mAh/g，首次充放電效率95%以上，循環(huán)3000次，產(chǎn)品平均價格達(dá)到20萬元/噸，產(chǎn)能2000噸/年左右。
可樂麗硬碳負(fù)極材料（來源：可樂麗）
佰思格
佰思格是國內(nèi)首家量產(chǎn)鈉電/鋰電硬碳材料的公司，對標(biāo)日本可樂麗。佰思格采用葡萄糖、淀粉、纖維素、木質(zhì)素、木屑、竹屑、椰子殼或堅(jiān)果殼等生物質(zhì)材料作為原料，通過改性處理、裂解縮聚、炭化和表面改性等步驟，可以得到滿足快充性能的鈉離子硬碳材料，該公司產(chǎn)品工藝較國外企業(yè)更加簡單，成本更加低廉。
目前公司官網(wǎng)共有兩款鈉電硬碳材料：YHC-1和NHC-330，YHC-1強(qiáng)調(diào)低成本，比容量≥280mAh/g，價格在6萬元/噸；NHC-330強(qiáng)調(diào)高能量密度，比容量≥330mAh/g，價格在8萬元/噸。公司計(jì)劃今年或者明年推出NHC360，比容量可以達(dá)到360-380mAh/g。
產(chǎn)能方面，公司現(xiàn)有產(chǎn)能2000噸/年；23年計(jì)劃擴(kuò)產(chǎn)至1萬噸/年；2025年計(jì)劃擴(kuò)產(chǎn)至5萬噸/年。
佰思格NHC-330產(chǎn)品參數(shù)（來源：佰思格）
貝特瑞
貝特瑞于2009年就開始布局硬碳材料相關(guān)技術(shù)。公司現(xiàn)有硬碳負(fù)極材料產(chǎn)能400噸/年，計(jì)劃2023年產(chǎn)能達(dá)到千噸級。今年5月16日，貝特瑞還發(fā)布了新一代硬碳負(fù)極材料--“探鈉350”，該材料比容量可達(dá)350mAh/g，首次充放電效率達(dá)90%，目前處于中試階段。
貝特瑞發(fā)布探鈉-350（來源：貝特瑞）
杉杉股份
杉杉股份硬碳材料研發(fā)始于2016年，2022年國內(nèi)客戶已經(jīng)實(shí)現(xiàn)噸級銷售，2023年產(chǎn)能規(guī)劃達(dá)千噸級。
今年有望實(shí)現(xiàn)硬碳出貨的企業(yè)
多氟多
焦作基地已經(jīng)建成了年產(chǎn)300噸的負(fù)極產(chǎn)線，目前處在產(chǎn)線調(diào)試中，規(guī)劃2000噸負(fù)極產(chǎn)線2023年投產(chǎn)。
元力股份
元力股份為國內(nèi)木質(zhì)活性炭龍頭企業(yè)，在硬碳材料制備過程中的前驅(qū)體預(yù)處理、碳化及純化較難環(huán)節(jié)優(yōu)勢明顯。目前公司硬碳材料以椰子殼類為生物質(zhì)基材料，未來或?qū)⒁悦駷橹鳎?023年公司規(guī)劃中試線千噸級別，預(yù)計(jì)年中建成，全年有效出貨1000-2000噸。公司遠(yuǎn)期規(guī)劃硬碳產(chǎn)能5萬噸。
圣泉集團(tuán)
圣泉集團(tuán)生物基硬碳負(fù)極材料作為“圣泉生物溶劑法”生物精煉一體化產(chǎn)業(yè)布局的最新成果，核心在于生物碳為自主生產(chǎn)，其可控性高、均一穩(wěn)定，利用其制備的硬碳負(fù)極材料具有生物質(zhì)和樹脂的雙重特性（這可能與圣泉集團(tuán)主營業(yè)務(wù)為酚醛樹脂和呋喃樹脂等合成樹脂及復(fù)合材料有關(guān)），因此極片壓實(shí)密度高，不低于1.1克/立方米。另一特點(diǎn)在于產(chǎn)品性能穩(wěn)定、一致性高，其第一代硬碳產(chǎn)品具有300mAh/g左右的克容量，首效≥88%。
2022年12月16日，圣泉集團(tuán)宣布，將投資24.80億元建設(shè)年產(chǎn)10萬噸生物基硬碳負(fù)極材料項(xiàng)目。公司計(jì)劃在2023年H1建設(shè)1萬噸產(chǎn)量的硬碳裝置，價格預(yù)計(jì)6.5萬元/噸，隨著設(shè)計(jì)產(chǎn)能的達(dá)產(chǎn)，還有一定降幅空間。
此外，圣泉第二代硬碳負(fù)極材料目前已經(jīng)經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室測評，產(chǎn)品容量超過330mAh/ g、首效超過90%，壓實(shí)密度得到進(jìn)一步提升，更具優(yōu)勢。
珈鈉能源
珈鈉能源硬碳負(fù)極根據(jù)不同原料和制備工藝可分為三代產(chǎn)品：第一代低成本生物質(zhì)硬碳負(fù)極材料，比容量為280mAh/g左右；經(jīng)過除雜的第二代硬碳負(fù)極材料，比容量在330mAh/g左右；第三代高端定制硬碳負(fù)極材料，比容量可達(dá)400mAh/g左右。三種路線負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程正在分步實(shí)施。
公司在2022年完成公斤級硬碳產(chǎn)品連續(xù)生產(chǎn)，送樣頭部客戶驗(yàn)證，11月份完成A輪融資，2023年3月完成百公斤級送樣客戶，5月同義ISO體系認(rèn)證，6月完成千噸正負(fù)極產(chǎn)線投產(chǎn)。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/長安）
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