中國硬碳負極材料行業(yè)分析

-1-中國硬碳負極材料行業(yè)分析一、概述1、簡介硬碳是指難以被石墨化的碳，是一種通過熱解高分子聚合物、石油化工產(chǎn)品、生物質(zhì)等得到的熱解碳。由于前驅(qū)體中存在大量H、O、N等雜原子，阻礙了熱處理過程中結(jié)晶區(qū)域的形成，導(dǎo)致其在2500℃以上的高溫下也很難被石墨化。2、分類根據(jù)熱解碳化溫度的不同，硬碳材料可分為1000-1400℃之間的高溫?zé)峤馓己?00-1000℃的低溫?zé)峤馓?；根?jù)碳源的不同，硬碳材料可分為樹脂碳（如酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚糠醇樹脂等）、有機聚合物碳（如PVA、PVC、PVDF、PAN等）、炭黑（CVD法制備的乙炔黑等）、生物質(zhì)碳（如植物殘渣和外殼等）等。3、相關(guān)對比與軟碳相比，硬碳具有更多的無序結(jié)構(gòu)、更高的缺陷濃度、更高的雜原子含量和更大的石墨層之間的距離，以及更封閉的孔隙結(jié)構(gòu)。這有利于為Na+離子提供更多的儲存點和擴散途徑。但硬碳的經(jīng)濟性相較于軟碳略差。其中鈉離子電池中，硬碳以其優(yōu)勢為當(dāng)前應(yīng)用的主流。此外，低成本、可持續(xù)性和制備更簡單的特性也為硬碳材料實現(xiàn)商業(yè)化提供更多的可能性。硬碳、軟碳與石墨負極對比情況硬碳、軟碳與石墨負極對比情況二、產(chǎn)業(yè)鏈分析1、產(chǎn)業(yè)鏈硬碳負極材料上游為原材料環(huán)節(jié)，主要包括樹脂基、生物質(zhì)基、瀝青、有機聚合物等；中游為硬碳負極材料生產(chǎn)供應(yīng)環(huán)節(jié)；下游主要應(yīng)用于動力電池生產(chǎn)，最終應(yīng)用于新能源汽車、3C電子、儲能等領(lǐng)域。2、上游端分析雖然硬碳的生物質(zhì)前驅(qū)體生產(chǎn)工藝難度小，但難點在于合適前驅(qū)體的篩選和穩(wěn)定批量供應(yīng)。在鈉電產(chǎn)業(yè)鏈還不成熟的行業(yè)初期階段，生物質(zhì)硬碳由于其性能優(yōu)異，產(chǎn)業(yè)化速度較快。但當(dāng)行業(yè)進入成長放量階段，難以保障原材料供應(yīng)鏈的穩(wěn)定性、低成本和一致性成為掣肘的難題。而瀝青基/樹脂基等硬碳目前生產(chǎn)工藝難度較大，性能也較生物質(zhì)基硬碳差，但其原材料供應(yīng)比較穩(wěn)定，隨著前驅(qū)體研發(fā)技術(shù)突破以及其他材料修飾技術(shù)的應(yīng)用，供應(yīng)來源廣泛、成本低廉的其他前驅(qū)體材料，例如生物質(zhì)多糖、樹脂基、瀝青基以及無煙煤等材料有望后來居上。三、行業(yè)現(xiàn)狀1、負極材料目前我國負極材料以石墨為主，硬碳由于生產(chǎn)成本較高且開發(fā)技術(shù)不足等原因，在負極市場中占比非常小。未來，隨著產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平的不斷提升，硬碳負極材料的占比有望持續(xù)提升。據(jù)資料顯示，2022年我國負極材料出貨量為137萬噸，同比增長90.3%。2、需求量從需求量方面來看，根據(jù)EVTank數(shù)據(jù)，在100%滲透的情況下，理論上鈉離子電池在2025年的市場空間可達到290.1GWh。假設(shè)2023-2025年鈉電池替代比例分別為3%、12%、24%，按照每GWh消耗1100噸硬碳測算，到2025年預(yù)計硬碳負極材料的需求將達到7.66萬噸左右。四、發(fā)展趨勢1、政策由于國內(nèi)硬碳負極材料行業(yè)發(fā)展時間較短，多數(shù)企業(yè)及研究機構(gòu)仍處于技術(shù)研發(fā)及優(yōu)化階段，因此國家非常重視硬碳負極行業(yè)的發(fā)展。近年來，國家及各省市相繼出臺了一系列相關(guān)政策，支持鼓勵行業(yè)的發(fā)展，為行業(yè)提供了良好的政策環(huán)境。2、技術(shù)電池材料體系遵循“木桶效應(yīng)”，各材料環(huán)節(jié)之間既存在協(xié)同作用，可以通過添加劑和修飾技術(shù)使得性能提升；也存在相互牽制，材料短板會影響新技術(shù)的推廣節(jié)奏。因此，基于硬碳負極的鈉電池材料體系修飾技術(shù)，以及輔材的開發(fā)，是在產(chǎn)業(yè)鏈實現(xiàn)從0到1的階段中下一步需要解決的問題。目前硬碳材料在鈉離子電池中的性能提升策略主要集中在以下幾個方面：五、競爭格局隨著國內(nèi)多家負極廠商的加速布局，目前多家企業(yè)已進入中試、投產(chǎn)階段，其中佰思格2000噸/年自動生產(chǎn)線已達產(chǎn)，計劃到2023H1將硬碳產(chǎn)能擴大至1萬噸左右，2025年進一步把產(chǎn)能擴大至5萬噸，對應(yīng)電池產(chǎn)能20-30GWh。預(yù)計未來隨著各企業(yè)對硬碳產(chǎn)能布局逐漸完善，硬碳規(guī)?；a(chǎn)有望進一步降本，深化鈉電池的成本優(yōu)勢。六、發(fā)展趨勢鋰離子電池負極材料主要是石墨，石墨的提升空間十分有限，且石墨層間的鋰擴散也制約了其倍率性能，硬碳作為一種新型負極材料，擁有和石墨類似的鋰電位和更高的比容量，且硬炭是由類石墨的微晶結(jié)構(gòu)和開口的角狀微晶組成，這種獨特的微晶結(jié)構(gòu)不僅可以提供更多的儲鋰位點，而且有利于鋰離子在石墨層間脫嵌。因此，硬碳作為新一代鋰離子電池負極材料，發(fā)展前景十分廣闊。此外，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。硬碳材料使得負極能夠更好地實現(xiàn)快充、解決了過放電的安全問題，打開