固态/钠电产业化前夜 杉杉科技硬碳负极“破局” 2024年09月13日 今年以来,杉杉科技硬碳负极产品市场需求在钠电、锂电、固态、超级电容等领域持续放量。

为满足更高能量密度、更快充电速度、更长循环寿命和更高安全性的电池需求,新一代负极材料的产业化进程备受关注。


作为下一代负极材料之一,硬碳相比于石墨具备高安全、高倍率、低能耗、低膨胀、长循环、低温性能优越等独特优势,不仅是钠电负极公认的最佳解决方案,在锂电、固态电池、超级电容等领域也有极大的“用武之地”。


近年来,硬碳产业化关注度持续升温的一大原因,与固态电池和钠电池的产业化速度加快息息相关。


固态电池方面,数据显示,今年1-8月,国内固态电池装机约2.68GWh,占比突破动力电池总装机的1%。


作为全固态电池的过渡路线,固态电池已成为众多车企的选择。大量整车企业已实现或即将实现固态电池的量产装车。业界也普遍认为,逐渐从固态电池过渡到全固态电池仍是动力电池的研究方向。


高工产研锂电研究所(GGII)预测数据,2024年将是固态电池产业发展的一个重要节点,年内有望实现固态电池的大规模装载应用,预计全年装机总量将历史性地突破5GWh大关。


从配套的负极材料来看,目前部分企业将硬碳与石墨类负极材料掺混使用,以更好地发挥全固态电池高能量密度、长循环、宽温度、快充的优势性能。


钠离子电池(简称钠电)方面,碳酸锂价格下探影响,钠电在动力电池领域产业化受阻,但是在两轮车、电动叉车、启停电源以及储能等领域,钠电在订单、商业化方面仍在不断突破,产业化升温迹象依旧明显。


以某钠电头部企业为例,其近期成功斩获国内某著名轻型动力电池销售企业大单,合同总额近4000万元。今年以来,该企业已向两轮、城市清洁、换电、储能等多个应用场景的客户成功出货,并逐步进入至连续量产状态。


同时,今年国内多地投运的新型储能系统也陆续出现钠电的身影,包括大唐湖北100MW/200MWh钠离子新型储能电站、广州发展洪湖市经开区100MW/200MWh钠电储能电站等。


硬碳规模化量产是业内公认的制约钠电池产业化的关键环节。硬碳原料虽然来源广泛,但材料一致性差;在量产方面,虽然生物质基硬碳生产工艺难度小,但合适前驱体的筛选和稳定批量供应是行业亟待解决的难点卡点。


行业预计,至2026年,钠电硬碳负极的需求将增长至21.44万吨。叠加固态电池产业化升温,硬碳负极市场空间将持续扩大。解决硬碳负极原料来源及技术工艺问题,实现硬碳负极大规模产业化势在必行。


高工锂电注意到,杉杉科技已率先量产负极硬碳,其开发出的高容量、高首效的硬碳材料,解决了市场上硬碳负极材料量产难、容量低的固有难题,性能处于全球领先地位,在产业化进程上,其自主设计的千吨级硬碳产线已建成投产,并实现了在钠电、锂电(含固态电池)和超级电容领域的批量应用


率先打破硬碳负极量产掣肘 


与石墨相比,硬碳构效关系复杂,产品指标严苛,工程化难度更大,需要企业具备极深的技术积累和极高的工程化能力。


目前,行业内能够规模化量产供应高容量、高压实、低成本硬碳负极产品的企业,仍屈指可数。


作为国内负极材料龙头,杉杉科技在新型负极材料研究开发方面一直处于领先地位,不仅率先实现了能量密度大幅度提升,开发建设了量产线,在产业化应用推进上也处于行业领先位置


资料显示,杉杉科技硬碳材料的专利数量在国内遥遥领先截止目前,其拥有的硬碳负极相关发明专利40余件,其中过半专利已获授权。且硬碳专利内容涵盖广,针对市场需求锂电、钠电负极材料及材料表面改性等均有相应专利支撑。


早在2022年,杉杉科技凭借多年在锂电负极材料的研发经验和技术积累,率先实现了硬碳材料自有化、产业化,产品具备高压实密度、高容量等优势,性能达到行业领先水平。同年,杉杉科技实现了海内外客户的送样验证,并在国内客户实现吨级销售,应用于钠电小动力市场。


2023年,杉杉科技硬碳负极产品凭借在容量、高温和加工工艺等性能方面的持续突破,在钠电领域之外,产品在锂电和固态电池领域,也率先开始批量应用。


今年以来,杉杉科技硬碳负极产品市场需求在钠电、锂电、固态、超级电容等领域持续放量



产业化应用边界持续拓宽


当前,硬碳主流原料有生物质(果壳、淀粉等)、有机聚合物(树脂、纤维素等)、化石燃料(煤炭、沥青等)等,存在不同的技术路线,产业化难点不尽相同,也更加考验企业的技术内功与战略部署。


就优缺点而言,生物质的优点是环境友好、成本低廉以及资源丰富,但缺点是杂质种类和含量差异较大,一致性差;有机聚合物优点是成分可控,原料纯度高,工艺简单,容量高,但缺点是成本高昂;化石燃料的优点是资源丰富,压实高,成本低,但缺点是克容量和首效偏低,前驱体预处理技术壁垒高等。


技术决定指标和成本。


高工锂电获悉,杉杉科技根据对不同炭源的优缺点,采取多技术路线并举,以适配不同的应用场景要求。同时,杉杉科技专注工序简化,拥有独特的硬碳技术工艺,通过精准调控材料的微孔结构,提高材料有效容量;依靠交联工艺调控技术,提高硬碳材料性价比,产品竞争力大幅领先。


在锂电市场及非全固态电池市场,杉杉科技硬碳采用有机聚合物技术路线,通过改善材料的快充、循环、低温、降低膨胀等性能、已开发出0.8V以下、克容量350mAh/g以上小粒径高容量硬碳产品。


在钠电市场,采用生物质、树脂、沥青基等原料,通过先进分布式结构控制技术,形成快充型-高容量型-高能量型三类钠电硬碳产品,产品克容量均在350mAh/g以上,且成本低廉,可应用于储能、低速动力等领域。


在超级电容市场,通过孔结构调控、表面工程优化、杂原子掺杂等技术,杉杉科技也开发出大倍率、长循环的硬碳产品,在超级电容领域实现批量应用。


高工锂电分析认为,杉杉科技已具备适合大规模生产的硬碳材料制备技术,可满足不同市场对高性能硬碳电池负极材料需求。随着固态电池、钠电产业化持续升温,杉杉科技硬碳负极材料的产业化应用规模有望持续放大。