负极材料卡着钠离子电池的“脖子”,这家企业用四十年从民企成长为行业龙头

橡胶小站 2023-06-02
2424 字丨阅读本文需 6 分钟

负极材料被行业认为是制约钠电池产业化的关键环节。

钠电负极材料路线主要包括硬碳和软碳。硬碳目前是钠电负极材料的主流,占比70%左右,具体包括生物质、树脂类、沥青类等路线。

1、钠电负极材料商业化之路

钠电池负极材料产业化的试错,也是摸着锂电负极材料的石头过河的。

钠电池与锂电池相似,都属于“摇椅式”电池,正负极材料采用嵌入式化合物,在充放电过程中,钠、锂离子可在正负极之间来回穿梭。

上世纪80年代,科学家发现锂离子在石墨中的可逆脱嵌,世界范围内开始展开对锂电池负极材料的广泛研究。其中,人造石墨凭借其稳定性的优势,在上世纪90年代得到商业化,也是当下锂电负极材料的主流方案。

而钠离子方面,由于其半径大,无法嵌入石墨材料。随后,人们发现硬碳材料具有优秀的钠离子脱嵌性能,还具有克容量高、优循环的特性,能够让大量的钠离子存储和快速通行,该研究成为钠离子电池领城的重大转折点。

然而,钠电池负极材料最先在日本得到商业化。目前,国内硬碳材料依赖日本进口,而进口硬碳材料价格约15-20万/吨,若选择国外硬碳产品为钠离子电池负极材料,则相对成熟的锂电池没有成本优势,进而影响钠离子电池产业化进程。

就目前而言,钠电池负极材料成本占整体的约16%,高于锂电池的负极材料成本的占比。对此,高工储能认为,降低硬碳成本,是加速钠电产业化进程的重要途径。

2、钠电负极材料商业化之路

钠电池负极材料产业化的试错,也是摸着锂电负极材料的石头过河的。

钠电池与锂电池相似,都属于“摇椅式”电池,正负极材料采用嵌入式化合物,在充放电过程中,钠、锂离子可在正负极之间来回穿梭。

上世纪80年代,科学家发现锂离子在石墨中的可逆脱嵌,世界范围内开始展开对锂电池负极材料的广泛研究。其中,人造石墨凭借其稳定性的优势,在上世纪90年代得到商业化,也是当下锂电负极材料的主流方案。

而钠离子方面,由于其半径大,无法嵌入石墨材料。随后,人们发现硬碳材料具有优秀的钠离子脱嵌性能,还具有克容量高、优循环的特性,能够让大量的钠离子存储和快速通行,该研究成为钠离子电池领城的重大转折点。

然而,钠电池负极材料最先在日本得到商业化。目前,国内硬碳材料依赖日本进口,而进口硬碳材料价格约15-20万/吨,若选择国外硬碳产品为钠离子电池负极材料,则相对成熟的锂电池没有成本优势,进而影响钠离子电池产业化进程。

就目前而言,钠电池负极材料成本占整体的约16%,高于锂电池的负极材料成本的占比。对此,高工储能认为,降低硬碳成本,是加速钠电产业化进程的重要途径。

3、钠电负极材料成本两大局限:来源和技术

要解决负极材料成本问题,首先要解决硬碳材料的来源问题,其次是解决工艺问题。

目前,硬碳在碳源方面多为生物质、树脂类路线,材料来源较为广泛,木质素、木屑、竹屑、椰子壳或坚果壳等均可作为前驱体来源。

其中,椰壳是碳源的主要来源。从产地来看,国内椰壳的产地主要来自海南,占比全国99%。以2022年为例,海南椰子产量约为38万吨,按照制备比例,仅可产生不到5万吨椰壳。

从行业来看,一般6万吨椰壳才可烧制1吨椰壳炭化料,甚至无法满足5GWh的钠电池生产,而2023年我国钠电出货预计超过5GWh,海南的椰壳原料达不到市场需求。

实际情况是,目前我国硬碳原材料主要依靠印尼、菲律宾、斯里兰卡等东南亚国家进口。

技术方面,由于椰壳等生物脂原料进口地、年份、部位不一,不同的原材料需要不同的工艺适配,导致了生产工艺适配性差,都会影响硬碳质量。

除生物脂外,性能好、成本低、供应稳定的树脂和无烟煤混合硬碳研发技术尚未成熟,筛选合适前驱体和稳定批量供应难度大。

综合来看,高工储能认为,现阶段需要吸引更多的老牌、新兴负极材料企业入局钠电产业,实现国产化降本,并且协同攻关钠电负极材料制备技术。

高工产业研究院(GGII)分析,国产高容量硬碳产品成本为5-6万/吨,相比海外的15-20万/吨更具优势。未来若进一步解决硬碳来源问题,其成本将进一步降低。

值得注意的是,目前,国产高容量硬碳克容量已达300-330mAh/g,已经接近海外的310-350mAh/g,其首效在83%-88%,与海外的85%-90%差距较小。未来,在技术进一步突破下,国产高容量硬碳产品的性能将远超海外。

4、合成树脂龙头

深耕行业40余年,从民营化工厂发展为上市龙头企业。

1)以糠醛起家,完成股份制改造并向下游呋喃树脂延伸:

公司最初的业务是用玉米芯生产糠醛,1991年通过自主研发的无苯冷硬呋喃铸造树脂填补国内空白,2003年成为世界最大的呋喃树脂生产基地之一。

2)进军酚醛树脂及生物质业务,生产规模逐步达到全球首位并成功上市:

1997年,圣泉集团与英国HMC矿物及化学品有限公司合资建立济南圣泉海沃斯化工有限公司,上马酚醛树脂项目;2005年,公司酚醛树脂产销量处于国内领先地位;2013年,全球单体产能最大的20万吨/年酚醛树脂车间建成投产;2019年,第一代生物质综合利用技术研发成功,项目建成投产;2021 年,公司在上交所主板成功上市,年产23万吨酚醛树脂项目建成投产,公司酚醛树脂生产规模跃居全球首位。

合成树脂是公司传统业务之一,公司位居国内龙头、世界前列。

公司主营业务是酚醛树脂和呋喃树脂等合成树脂及复合材料、生物质化工材料及相关产品的研发与产销,应用场景包括汽车、风电、核电等机械制造,以及集成电路、液晶显示器、轨道交通、航天航空、船舶运输、冶金耐火等。

其中酚醛树脂、呋喃树脂产销规模均居国内第一,2022年产能分别达到 63万吨和 12万吨。公司近年来营收持续增长、规模优势渐显,综合毛利率保持在20%以上。

4)向全品类合成树脂拓展,市场占有率有望持续提升

高性能树脂及复合材料方面,作为圣泉集团的主导产业,目前酚醛树脂已建、在建产能达到65万吨/年,位居全球前列。

产品广泛应用于航空航天、电子材料、耐火材料、摩擦材料、保温材料、浸渍材料、涂覆磨具、轮胎橡胶、电工材料、碳材料、新能源等领域。

电子级树脂方面,公司是国内领先的PCB基板用电子树脂供应商,电子材料用高级阶酚醛树脂打破多项国外垄断,实现平板显示、芯片光刻胶用电子树脂国产化,产品广泛应用于覆铜板、半导体环氧塑封料、印制线路板光刻胶、阻焊油墨、显示面板、芯片制造等领域。其中年产 1000 吨官能化聚苯醚项目正在建设中,该产品广泛应用于 5G/6G 等先进通讯覆铜板、人工智能高算力服务器等领域。

呋喃树脂方面,其在风电铸件中的应用广泛。随风电铸件需求的提升,呋喃树脂用量有望大幅提升。呋喃树脂出货量有望在风电铸件需求带动下大幅提升、酚醛树脂有望随新产能爬坡及下游需求回暖实现量利齐升。

文章来源: 高工锂电网,远瞻智库

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