一文读懂：为何钠离子电池的发展瓶颈是负极？

2022年12月15日下午，亿纬锂能发布了第一代大圆柱钠离子电池产品，电芯采用层状氧化物正极和硬碳负极，以C40铝壳为载体，比能量可达135Wh/Kg，10C下容量保持率高达90%，-40℃仍能正常工作，循环2500次80%容量保持率；目前与终端客户在做中试前的准备工作。

从电池电芯的能量密度和循环次数来看，亿纬锂能的钠电池略逊于国内钠电池两家技术头部企业中科海纳和宁德时代，但其亮点在于电池形状上延续了亿纬锂能的大圆柱电池偏好，并采用全极耳设计。

圆柱电池则可分为小圆柱和大圆柱两类。小圆柱电池的主流为21700圆柱电池，其直径为21毫米，高度70毫米。直径为46毫米的圆柱电池，则是目前大圆柱电池的主要发展方向，特斯拉即采用了这一电池技术路线。

大圆柱电池是亿纬锂能所看好的电池技术。在今年3月举行的中国电动汽车百人会上，亿纬锂能董事长刘金成曾表示，与方形电池和软包电池相比，大圆柱电池的安全性和经济性更为突出，将成为中高端新能源车的主要动力电池形态。

今年9月，亿纬锂能因为获得宝马集团的46系列（电池直径46mm）大圆柱锂电池的订单备受关注。而在15日的新产品发布会上，亿纬锂能方面也发布了350Wh/kg的4695大圆柱锂电池电芯的研发样品。

据了解，目前亿纬锂能自主研发的大圆柱锂电池系列中试线已经投入生产，良品率为92%，而首个大圆柱20GWh的工厂在湖北荆门即将建成，实现第一代280Wh/kg的大圆柱形锂电池产品的量产。此外，亿纬锂能陆续规划了四川成都、辽宁沈阳、欧洲匈牙利的工厂，到2025年预计大圆柱电池产能规划将超过100GWh。

亿纬锂能、蜂巢能源等都纷纷宣布采用采用硬碳作为钠电池负极材料，原因为：

• 石墨储钠困难。相较于锂离子电池，钠离子原子半径较锂离子大 35%以上，锂离子电池中主流的石墨负极无法满足钠离子电池负极的要求。

• 软碳储钠量低导致容量不足。无定形碳包括硬碳与软碳，硬碳是在 2800℃以上高温处理后不能石墨化的碳，软碳是经高温处理后可以石墨化的碳。而软碳虽然成本较硬碳低，但是由于具有石墨化结构，所以储钠量较低；虽然可以通过造孔工艺增大容量，但是会增加成本，反而不如硬碳经济。因此钠电池主流使用的是硬碳负极。

• 硬碳容量高、支持快充过放，安全性强。硬碳材料储钠位置和形式多样，理论容量可达 350-400 mAh/g。硬碳材料使得负极能够更好地实现快充、解决了过放电的安全问题，打开了钠电池应用的广度。成本占比提升，硬碳成产业化决速关键。

硬碳负极前驱体材料复杂多样，包括生物质、树脂基、沥青等。其核心制造工艺是碳化，受工艺限制，在选材时要求成本低、供应量大、易获取及储存，同时还强调容量损失少、效率较高、循环性较好，对于纯化过程也有要求。

生物质前驱体生产工艺难度小，但难点在于合适前驱体的筛选和稳定批量供应。在钠电产业链还不成熟的行业初期阶段，生物质硬碳由于其性能优异，产业化速度较快。但当行业进入成长放量阶段，难以保障原材料供应链的稳定性、低成本和一致性成为掣肘的难题。

沥青基/树脂基等硬碳目前生产工艺难度较大，性能也较生物质基硬碳差，但其原材料供应比较稳定。随着前驱体研发技术突破以及其他材料修饰技术的应用，供应来源广泛、成本低廉的其他前驱体材料，例如生物质多糖、树脂基、沥青基以及无烟煤等材料有望后来居上。

钠电的产业链与锂电相似，主要成本差异体现在原材料方面。钠电正极材料比磷酸铁锂电池正极材料要便宜三分之一左右，隔膜与电解液的成本相近。

相较锂电成本中正极材料占比50%以上，钠电正极成本占比只在26%左右，而负极成本大大上升，达到16%，比起锂电负极的成本占比翻倍。2022 年 9 月时，日本可乐丽椰壳硬碳价格约为20万元/吨，低端人造石墨负极价格约为 3 万元/吨，进口硬碳材料成本较高但降本空间巨大。另外，不同于钠电正极材料的研究进展较为顺利，多家企业已经进入中试、 投产阶段，钠电负极研发遇到的瓶颈较大，目前还难以找到廉价、适合大规模量产的前驱体材料。

成本结构上重要性提升、前驱体降本空间较大、来源、工艺的研发难度大，使得硬碳负极成为钠电产业化的决速关键。在钠电硬碳负极产品研发和量产进度较快的厂商为鹏辉能源（佰思格）、贝特瑞、杉杉股份、以及其他在钠电负极材料也有研发布局的厂商如华阳股份、璞泰来、翔丰华、元力股份。

锂矿价格居高不下使得生产商纷纷将目光投向钠离子电池，也带来了资本领域的关注。此外，由于产业的高度相似性，钠电产业化得以受益于锂电的产业链成熟度与积淀，为上下游的高效研发响应与快速迭代创新提供了很大助力。

负极材料在成本结构中占比的上升以及目前研发陷入瓶颈使其成为钠电产业化的决速环节。作为负极首选材料的硬碳还处于研发初期，尚不能实现规模量产。生物质前驱体虽然是目前性价比较高的硬碳负极材料，但是其来源过于广泛，造成生产工序与设备选型的复杂性。从长远来看，在突破技术瓶颈成功实现降本之后，沥青基硬碳负极将成为钠离子电池产业化的支柱。

最后，纵观钠离子电池市场风险，当市场需求低于预期时将出现结构性、阶段性产能过剩导致竞争加剧；政策变动与负极技术路线的变更有可能对整体行业供应格局、企业盈利能力等产生负面影响。