钠电池研究报告：钠电池负极，硬碳材料（27页）

行业报告下载 2022年11月17日 08:51 管理员

近期，《面向硬碳负极材料的储钠性能强化：通过低温氢气还原反应调控前驱体氧元素含量》（Towards enhanced sodium storage of hard carbon anodes: Regulating the oxygen content in precursor by low-temperature hydrogen reduction）发表在 Energy Storage Materials 期刊，研究团队在测试硬碳材料的电化学性能时，发现其作为钠离子电池的负极材料时，某样品呈现 369.8mAh/g 的高比容量；南方科大卢周广课题组研究发现，硬碳具有较低的氧化还原电位（0.1-1.0V）。由于硬碳前驱体生物质相关前驱体的广泛使用，也是硬碳成为了绿色环保的电池负极材料选择。总结而言，在钠离子电池应用领域，硬碳相比较石墨层间距更大且能够与钠形成热力稳定的插层化合物、相比较软碳储钠容量更大，在钠离子电池电极、钠离子电容器电极、钠基双离子电池电极这些钠离子电池相关领域具有较好的应用场景，目前也已经被贝特瑞、杉杉新能源等公司研究并投入应用。在 EVTank 联合伊维经济研究院共同发布的《中国钠离子电池行业发展白皮书（2022 年）》中，在综合对比分析了钠离子电池、磷酸铁锂电池、三元电池和铅酸电池在能量密度、循环寿命、平均电压、安全性、倍率性能和快充性能、高低温性能等方面的特点之后，认为钠离子电池在电动二轮车、低速电动车、储能、启停等应用场景具备较好的前景。

EVtank 认为，在理论上钠离子电池在 100%渗透的情况下在 2026 年的市场空间可达到 369.5GWh，其理论市场规模或将达到 1500 亿元。假设 2023 年-2025 年钠电池替代比例分别为 5%，15%，25%，则对应钠电池装机量为 9GWh，33.7GWh，72.5GWh。若按照硬碳 300mah/g 容量，3.4V 电压平台测算，1GWh 钠电池消耗硬碳约 1075 吨，我们预计 2023-2025 年钠电池对应硬碳需求量为 0.97 万吨，3.62 万吨，7.79 万吨。从国内企业布局硬碳的情况来看，较多企业选择在锂离子电池领域使用硬碳来增强性能，根据公司的发明专利信息，锂离子电池采用硬碳负极材料后充放电可逆容量能达到 450mAh/g 以上，且首效均能超过 50%。而以翔丰华为例，钠电池的首次放电量能够达到 230-260mAh/g，且首效也能达到 90%左右，同时还有更多的企业在电池负极材料中布局硬碳。性能良好的硬碳需要具有较低的外表面积，以最小化与 SEI 形成相关的第一次循环不可逆电荷损失，并具有高浓度的内部微孔隙，以最大化比电荷存储。其中气体吸附的研究方法智能探测开放的微孔隙，而对内部微孔隙则相对不敏感，相应的 HR-TEM、X 射线衍射相关测量、PXRD 的 PDF 分析、小角度 X 射线散射等方法对于硬碳结构的研究仍然具有不确定性与难度，也需要在硬碳测量相关配件、角度修正等方面作进一步的完善，这也一定程度上妨碍了对于硬碳储钠机理的探究，进一步影响硬碳在钠离子电池产业化的应用。