硬碳負極：當下鈉電池**負極材料

? 鈉電池由于其成本優(yōu)勢突出重圍，產(chǎn)業(yè)鏈加速布局，大規(guī)模商業(yè)化在即。鋰資源價格不斷上漲，鈉電池資源存量豐富，具有更好的安全性，倍率性能、低溫性能優(yōu)異，在能量密度、循環(huán)壽命方面相較鋰電池略有不足。在成本方面，根據(jù)中科院物理所胡勇勝老師團隊測算，銅鐵錳層狀氧化物、普魯士白類、鎳鐵層狀氧化物三種材料體系的鈉離子電池理論 BOM 成本分別為 0.26元/Wh、0.26 元/Wh、0.31 元/Wh，相比鋰電池成本優(yōu)勢顯著。目前傳統(tǒng)鋰電企業(yè)與初創(chuàng)鈉電企業(yè)均在加速布局鈉電池相關產(chǎn)能。

? 鈉電池眾多負極材料路線中，硬碳具有極強的商業(yè)化潛力。目前關于鈉電池負極材料的選擇主要有碳基材料、基于轉化及合金化反應的材料、有機材料、金屬氧化物等技術路線，碳基材料來源廣泛、儲鈉能力強，已成為目前主流選擇。碳基材料按照經(jīng)過高溫處理后是否會石墨化可以分成硬碳和軟碳，硬碳材料儲鈉活性位點多，比容量高，嵌鈉后體積膨脹小、安全性好、結構穩(wěn)定，對比優(yōu)勢明顯。國內(nèi)廠商加速布局硬碳產(chǎn)能，規(guī)模化生產(chǎn)之后有望進一步降本，深化鈉電池的成本優(yōu)勢。

? 硬碳前驅體原材料來源豐富，生物質(zhì)路線未來可期。目前硬碳采用的前驅體原料主要有生物質(zhì)、樹脂基和石油基等。樹脂基制備出的硬碳性能優(yōu)勢明顯，但成本昂貴，產(chǎn)業(yè)化難度大；石油基前驅體成本低廉，原料易獲取，性價比高，但性能一般，且存在環(huán)境污染問題；生物質(zhì)具有豐富的雜原子和獨特的微觀結構，通過碳化植物生物質(zhì)基材制備的硬碳，保留了植物生物質(zhì)模板中的材料結構和孔隙通道，表現(xiàn)出更高的充放電比容量、優(yōu)異的倍率和循環(huán)性能。兼具高性能與低成本優(yōu)勢，是目前大多數(shù)負極廠商所布局的方向。

?目前新老廠商對于硬碳負極前驅體材料的選擇和工藝路線均呈多路并行態(tài)勢。佰思格是國內(nèi)**量產(chǎn)硬碳材料的企業(yè)，聚焦硬碳，團隊技術研發(fā)優(yōu)勢明顯；杉杉股份作為負極頭部企業(yè)，布局硬碳領域多年；圣泉集團自主研發(fā)生物質(zhì)秸稈精煉技術，依托秸稈項目副產(chǎn)的生物炭作為原料，具有明顯成本優(yōu)勢；貝特瑞研發(fā)成果卓著，負極產(chǎn)品硅基與硬碳創(chuàng)新迭代；翔豐華在各項前驅體技術路線皆有布局；生物質(zhì)硬碳與電容炭制備工藝具有一定相似性，元力股份作為活性炭龍頭，也在持續(xù)推進硬碳產(chǎn)品的制備。

1. 鋰價高企，鈉電池發(fā)展迎來新機遇

1.1 鈉電池由于其成本優(yōu)勢突出重圍，或將成為鋰電池的有效補充

鋰資源價格不斷上漲，成本優(yōu)勢驅動鈉電池產(chǎn)業(yè)化加速。隨著新能源車市場的 快速興起和爆發(fā)，以碳酸鋰為代表的鋰電池材料價格持續(xù)上漲，目前電池級碳酸 鋰的平均報價已升至 50 萬元/噸以上，遠高于兩年前 4 萬元/噸左右，鋰電池成 本的居高不下推動了鈉電池產(chǎn)業(yè)鏈的加速布局。數(shù)據(jù)顯示，截止 2023 年 2 月 26 日，純堿現(xiàn)貨價僅為 2948 元/噸，意味著鈉電池存在明顯的原材料成本優(yōu)勢，性 價比較高。另一方面，鈉資源較鋰資源而言限制程度較低，我國鈉資源存量豐富， 分布廣泛，可以支撐產(chǎn)業(yè)鏈大規(guī)?？沙掷m(xù)發(fā)展，同時保障我國的能源安全。與鋰 電池進行對比，鈉電池具有的優(yōu)勢是：更好的安全性（發(fā)熱少，溫度低）、倍率 性能優(yōu)異（如寧德時代**代鈉電池的充電速度約為鋰電池的兩倍）、低溫性能 優(yōu)異、電化學性能穩(wěn)定；所具有的劣勢是：鈉電池在能量密度、循環(huán)壽命方面仍 存在天然的不足。由此決定了鈉電池未來將在低速電動車、兩輪車、儲能等領域 形成對鋰電池的有效補充和替代，以緩解鋰電池成本持續(xù)上漲給供應鏈帶來的壓 力。

1.2 鈉電池產(chǎn)業(yè)鏈加速布局，大規(guī)模商業(yè)化在即

得益于鋰電產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，各廠商高效布局鈉電上下游。與鋰電池工作原理相 同，鈉電池同樣是依靠離子在正負極間往返嵌入脫出的搖椅式電池。從制備工藝 和生產(chǎn)路線上來看，二者高度相似，因此鈉電池可與鋰電池共用已有產(chǎn)線中的大 多數(shù)環(huán)節(jié)。生產(chǎn)體系相通，整體技術壁壘較小、產(chǎn)線建設成本小，助力多家廠商 加速布局鈉電池相關產(chǎn)能。

2. 硬碳成為當下鈉電池**負極材料

2.1 鈉電池眾多負極材料路線中，硬碳具有極強的商業(yè)化潛力

石墨負極難以適用于鈉電池，負極材料需重新選型。負極材料起著負載鈉離子的 重要作用，是鈉電池的核心構成材料，直接影響到電池的能量密度、循環(huán)性能、 首次效率等性能。在鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈中已經(jīng)成熟的石墨負極在鈉電池中難以適 用，這是由于其片層間距僅為 0.3354 納米，而鈉離子原子半徑比鋰離子大 35%以 上，無法與石墨形成熱穩(wěn)定的插層化合物，使其應用受到很大限制；另外，研究 表明鈉離子-石墨嵌入反應的結合能 G 大于 0，導致鈉離子在石墨層間進行嵌脫的 有效性下降。在選擇負極材料時，應綜合考慮離子電子導電率、穩(wěn)定性、電化學 性質(zhì)、比容量、原料及工藝等方面的要求，目前關于鈉電池負極材料的選擇主要 有碳基材料、基于轉化及合金化反應的材料、有機材料、金屬氧化物等技術路線。

碳基材料來源廣泛、儲鈉能力強，已成為目前主流選擇。在眾多鈉離子負極路 線中，基于轉化及合金化反應的材料在儲鈉過程中體積膨脹嚴重，活性物質(zhì)粉化， 導致容量衰減，循環(huán)穩(wěn)定性差，另外成本高昂；有機材料在循環(huán)中容易出現(xiàn)極化 問題，首次效率低，且有機分子易在電解液中溶解；金屬氧化物的穿梭效應較為 嚴重，比容量偏低，加之原材料成本較高。以上材料與碳基材料相比優(yōu)勢均不明 顯。碳基材料按照經(jīng)過高溫處理后是否會石墨化可以分成硬碳和軟碳，在經(jīng)過 2800°C 的高溫處理后不會石墨化的碳稱之為硬碳，軟碳是高溫處理后可以石墨 化的碳。

硬碳材料儲鈉活性位點多，比容量高，對比優(yōu)勢明顯。相較軟碳而言，硬碳內(nèi)部 晶體排布孔隙較多，雜亂無序，存在多種類型的可逆儲鈉位點，儲鈉容量高。硬 碳儲存鈉離子的位點主要包括：

1）通過嵌入反應儲鈉

2）在閉孔內(nèi)形成原子團 簇儲鈉 

3）在電解液表面通過電容型吸附儲鈉 

4）在缺陷位點通過贗電容方式儲 鈉。

而軟碳材料只能通過嵌入反應儲鈉，因此硬碳具有更加豐富的儲鈉活性位點， 理論容量高于石墨和軟碳材料。對于軟碳而言，可以通過造孔工藝增大容量，但 是會進一步增加成本，抵消掉了原本在軟碳前驅體選擇上的成本優(yōu)勢。另外硬碳 還具有在嵌鈉后體積膨脹小、安全性好、結構穩(wěn)定、導電性能良好、環(huán)境友好等 優(yōu)點，并且在快充性能、低溫性能方面的表現(xiàn)良好。目前行業(yè)內(nèi)主流企業(yè)均使用 硬碳負極路線，硬碳具有極強的商業(yè)化潛力。

2.2 負極是鈉電池的核心材料，國內(nèi)廠商正全力布局硬碳產(chǎn)能

鈉電池的成本結構中負極材料占比約為 16%，高于鋰離子電池的負極材料占比。在當前碳酸鋰價格不斷升高的情況下，鋰電池成本結構中正極占比約為 50%，石 墨負極成本占比為 5%-8%。而根據(jù)中科海鈉的測算，鈉電池的負極材料占比約為 16%。由于負極材料的選擇會直接影響到電池的能量密度、首次效率、循環(huán)性能 等，因此相較于鋰電池而言，鈉電池的負極選材重要性有所提升。對于硬碳而言， 其原材料的收得率較低，例如從生物質(zhì)到硬碳的收得率大約只有 30%，而石墨負 極的收得率大約為 80%。因此鈉電負極原材料的選擇是目前研發(fā)的瓶頸所在，選 擇適合大規(guī)模量產(chǎn)的前驅體材料是當前鈉電池發(fā)展亟待解決的問題。

鈉電負極降本空間大，國內(nèi)廠商加速布局硬碳產(chǎn)能。目前進口的硬碳負極材料 （如日本可樂麗椰殼硬碳）價格高于 20 萬元/噸，開發(fā)低成本硬碳材料的需求極 為迫切。從長期來看，隨著國內(nèi)多家負極廠商的加速布局，鈉電負極的降本路線 清晰。首先，硬碳原材料成本低廉，遠低于人造石墨的價格，如生物質(zhì)原材料價 格僅在數(shù)千元/噸；其次，成功選型并大規(guī)模量產(chǎn)之后，硬碳的制備工藝簡單， 相對石墨而言能耗較低，促成制備成本的下降；*后，硬碳負極材料前驅體供應 充足，能夠很好地滿足市場對于鈉電負極材料的需求。目前多家企業(yè)已進入中試、 投產(chǎn)階段，硬碳規(guī)模化生產(chǎn)之后有望進一步降本，深化鈉電池的成本優(yōu)勢。

2.3 硬碳前驅體工藝多路并行，生物質(zhì)路線未來可期

硬碳前驅體原材料來源豐富，前驅體選擇和工藝技術積累將構筑核心門檻。硬 碳前驅體原材料的選擇性較多，選擇時需綜合考慮原料供應難易程度、成本、性 能等標準，不同材料的制備工藝存在差異。在選材時，需要綜合考量原料可獲得 度、原料供應量、儲存與運輸方便程度、純化過程是否存在難題等方面。同時也 需要關注所生產(chǎn)出的硬碳的性能情況，如容量損失度、循環(huán)性能與首次庫倫效率 等。不同前驅體材料生產(chǎn)出的硬碳產(chǎn)品具有顯著的電化學性能差異，因此如何正 確選擇前驅體材料成為各公司發(fā)展硬碳負極材料的核心戰(zhàn)略。

硬碳前驅體制備工藝路線長且復雜，制備流程難度較大。硬碳材料制備方法多 樣，主要流程包含各類預處理、交聯(lián)處理、中高溫碳化、深度純化以及表面改性 等，其中工藝核心是交聯(lián)固化碳化環(huán)節(jié)。此環(huán)節(jié)技術壁壘較高，且為了保證硬碳 負極材料的純度，需要在全工藝流程中做好純度控制，采取高通量多級純化工藝 獲得*終的硬碳產(chǎn)品。因此，碳化環(huán)節(jié)中的純度控制、溫場域流場的一致性要求 復雜度高。

目前硬碳采用的前驅體原料主要有生物質(zhì)、樹脂基和石油基等。生物質(zhì)前驅體 原料主要有椰殼、秸稈、毛竹、核桃殼、糖、淀粉等；樹脂基前驅體主要采用酚 醛樹脂、環(huán)氧樹脂等原料；石油基前驅體采取瀝青等化石燃料作為原材料。不同 前驅體制備的硬碳材料表現(xiàn)出類似的充放電曲線，但電化學性能差別較大。

樹脂基是一種優(yōu)異的制備硬碳的前驅體，但成本昂貴，產(chǎn)業(yè)化難度大。相對于 生物質(zhì)與石油基，樹脂基前驅體的分子結構相對簡單、可控，并且可以根據(jù)需要 設計相關的分子結構，精準構建可調(diào)節(jié)的孔結構和分子水平上的活性位點，使得 硬碳材料具有更好的倍率和循環(huán)穩(wěn)定性能。使用樹脂基前驅體制備出的硬碳材料克容量高、電化學性能好、一致性好，性能優(yōu)勢明顯。但樹脂基前驅體價格高昂， 量產(chǎn)成本壓力大。

石油基前驅體成本低廉，原料易獲取，性價比優(yōu)勢明顯，但制備出的硬碳材料 性能一般，且存在環(huán)境污染問題。瀝青在碳化過程中易于石墨化形成類石墨結構， 因此瀝青制備硬碳需要進行預處理。通常是利用交聯(lián)劑將瀝青進行交聯(lián)，改變其 微觀結構，在熱解碳化過程中阻礙石墨微晶的長大，進行固相碳化過程，即可得 到硬碳材料；另外一種調(diào)制瀝青的方法是預氧化法，即利用氧化劑對瀝青進行預 氧化處理，得到有一定氧含量的預氧化瀝青。由于有氧雜原子的存在，瀝青在熱 解碳化過程中不易形成有序的結構，從而得到微觀結構相對雜亂的硬碳材料。瀝 青基制備出的硬碳材料性價比優(yōu)勢明顯，但產(chǎn)出的硬碳材料性能一般，并且需要 注意避免廢水煙氣對環(huán)境的破壞。

生物質(zhì)路線兼具高性能與低成本優(yōu)勢，是目前大多數(shù)負極廠商所布局的方向。生物質(zhì)基硬碳負極材料可通過熱解大多數(shù)碳前驅體制得。原料來源廣泛，綠色環(huán) 保，大部分是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品或是廢料。特別是從廢棄植物生物質(zhì)中 提取的可再生硬碳，價廉易得、合成工藝多元，以之為碳源制備鈉離子負極材料， 有望實現(xiàn)以廢治廢的生物質(zhì)廢棄物的高值化利用。

此外，生物質(zhì)本身具有豐富的 雜原子和獨特的微觀結構，通過碳化植物生物質(zhì)基材制備的硬碳，保留了植物生 物質(zhì)模板中的材料結構和孔隙通道，是鈉離子電池的理想負極材料。由于生物質(zhì) 原材料的特殊性，所生產(chǎn)出的硬碳難以保證一致性，但生物質(zhì)前驅體制備的硬碳 材料電化學性能優(yōu)異。有研究認為以椰殼、花生殼、柚子皮、玉米秸稈等材料作 為碳源，可制備得到多孔的碳材料。微孔的存在使得材料具有大量的缺陷位，為 鈉離子的存儲提供了活性位點，提升儲鈉容量，表現(xiàn)出更高的充放電比容量、優(yōu) 異的倍率和循環(huán)性能。生物質(zhì)前驅體有望為技術研發(fā)帶來新突破，有助于硬碳材 料的產(chǎn)業(yè)化加速。

生物質(zhì)硬碳的制備工藝多樣，其中以一步碳化法應用*廣。生物質(zhì)硬碳的制備 方法主要有：一步碳化法、活化法、水熱法等。一步碳化法通常采用熱化學法將 生物質(zhì)碳在高溫缺氧條件下進行熱分解，是制備硬碳材料的一種簡單方法；活化 法是將生物質(zhì)前驅體與化學試劑以一定比例混合，在高溫下反應，從而得到含多 孔結構和元素摻雜的生物質(zhì)衍生碳材料；水熱法是指在密封壓力容器中將溶劑和 生物質(zhì)前驅體混合，通過高溫反應來制備硬碳。另外還有模板法，得到不同結構 類型的碳材料，如碳納米片、層狀多孔碳塊和硬碳微球等。

生物質(zhì)路線研究和發(fā)展的首要難題是前驅體的篩選和確定，這將關系到原材料 的供應難度和所生產(chǎn)出的硬碳材料的性能。不同的生物質(zhì)前驅體的分子結構、分 子量存在明顯差異，這將直接影響到所制備出的多孔碳的結構和組成，并進一步 影響到硬碳性能。在制備工藝方面，并不存在一種通用的方法可以對不同前驅體 進行加工。因此，生物質(zhì)路線的首要研究難題是前驅體的篩選和確定。椰殼是目 前產(chǎn)業(yè)化*快的硬碳材料，實踐表明椰殼作為前驅體生產(chǎn)出的硬碳產(chǎn)品性能理想， 但未來鈉電有著廣闊的發(fā)展前景，僅依賴椰殼碳作為硬碳負極生產(chǎn)的前驅體原料 無法滿足需求，原料供應鏈穩(wěn)定性不佳，且各方面的成本將會不斷攀升。因此， 未來各廠商將不斷推進技術升級，發(fā)揮各自的優(yōu)勢尋找性價比更加優(yōu)異的原材料。

目前新老廠商對于硬碳負極前驅體材料的選擇和工藝路線均呈多路并行態(tài)勢。當前硬碳市場從無到有，技術研發(fā)攻關與產(chǎn)業(yè)化進展將是各公司決速的關鍵。日 本可樂麗采用椰殼作為硬碳前驅體路線，工藝包括碳化、研磨、堿液浸漬、純化 和 CVD 處理等流程，技術難度大，所生產(chǎn)出的產(chǎn)品性能好；佰思格是國內(nèi)**量 產(chǎn)硬碳負極材料的企業(yè)，聚焦硬碳領域，團隊技術研發(fā)優(yōu)勢明顯；杉杉股份作為 負極頭部企業(yè)，布局硬碳領域多年，自 2010 年起便開始陸續(xù)申請硬碳制備領域 專利；圣泉集團自主研發(fā)生物質(zhì)秸稈精煉技術，依托秸稈項目副產(chǎn)的生物碳作為 原料，進入硬碳制備領域具有明顯成本優(yōu)勢；貝特瑞研發(fā)成果卓著，負極產(chǎn)品硅 基與硬碳創(chuàng)新迭代；翔豐華在各項前驅體技術路線皆有布局；珈鈉能源主要產(chǎn)品 包括聚陰離子型正極材料和生物質(zhì)硬碳負極材料，產(chǎn)業(yè)化進程正在分步實施；生 物質(zhì)硬碳與電容炭制備工藝具有一定相似性，元力股份作為活性炭龍頭，也在持 續(xù)推進硬碳產(chǎn)品的制備。

國內(nèi)負極廠商加速布局，生物質(zhì)路線成為當下前驅體材料的主流選擇。佰思格、 杉杉股份、翔豐華等負極企業(yè)在硬碳制造領域充分布局專利，另外，鈉電與鋰電 產(chǎn)業(yè)高度相似，得益于國內(nèi)鋰電產(chǎn)業(yè)鏈的高度成熟，為技術的突破與更新迭代提 供良好條件。

預計到 2025 年，國內(nèi)鈉電池硬碳負極需求量達到 76560 噸，對應市場空間有望 達到 68.9 億元。作為鋰電池的有效補充，鈉電產(chǎn)業(yè)有著豐富的降本空間，硬碳 負極有望實現(xiàn)廣泛應用。《中國鈉離子電池行業(yè)發(fā)展白皮書（2022 年）》中認 為，在綜合對比分析了鉛酸電池、三元電池、磷酸鐵鋰電池和鈉離子電池的能量 密度、循環(huán)性能、倍率性能、安全性、低溫性能和快充性能之后，發(fā)現(xiàn)鈉離子電 池在低速電動車、二輪車、儲能和啟停等應用場景呈現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。根據(jù) EVTank 測算，在 100%滲透的情況下，理論上鈉離子電池在 2026 年的市場空間可 達到 369.5GWh，其理論市場規(guī)?；驅⑦_到 1500 億元。假設 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 計硬碳負極材料的需求將達到 76560 噸。

3. 行業(yè)公司齊發(fā)力，路線選擇以生物質(zhì)為主

3.1 佰思格：國內(nèi)**量產(chǎn)硬碳企業(yè)，技術優(yōu)勢明顯

聚焦硬碳材料，具備強大的自主研發(fā)和創(chuàng)新能力。佰思格是一家由鋰電行業(yè)資深 專家、博士團隊于2018 年創(chuàng)立的***高新技術企業(yè)。主營產(chǎn)品包括硬炭負極 材料、軟炭材料和石墨/硬炭復合材料，具有超快充、超長壽命、超高安全及優(yōu) 異的低溫特性。公司是國內(nèi)**量產(chǎn)鈉（鋰）電池硬碳負極材料的企業(yè)，致力于 鈉電/鋰電“卡脖子”核心材料的國產(chǎn)化、產(chǎn)業(yè)化應用以及保障產(chǎn)業(yè)鏈安全。公 司擁有 46 項知識產(chǎn)權、17 項發(fā)明專利，也是我國**發(fā)布的鈉離子電池行業(yè)標 準《鈉離子蓄電池通用規(guī)范》標準的參與編制單位中**一家負極材料生產(chǎn)商和 技術提供商。

產(chǎn)品性能處行業(yè)領先水平，且售價僅為進口產(chǎn)品的 50%。目前公司鈉電硬碳產(chǎn)品 主要有 3 種，分別是 NHC-2、PHC-1 和 NHC-330，公司硬碳采用葡萄糖、糖、淀 粉、纖維素、木質(zhì)素、木屑、竹屑、椰子殼或堅果殼等生物質(zhì)材料作為前驅體。2020 年公司能夠實現(xiàn)量產(chǎn)的鈉電池負極材料，能量密度為 290-300mAh/g。具有 相似性能的日本產(chǎn)品售價達 20 萬元/噸以上，而佰思格的售價僅為 6 萬元/噸左 右。佰思格今年正在研發(fā)和生產(chǎn)的產(chǎn)品 NHC-330 的比容量比日本材料高 20%左右。另外，公司預計在 2023-2024 年發(fā)布新產(chǎn)品 NHC360，比容量可以達到 360-380mAh/g。佰思格硬碳產(chǎn)品在壓實密度和比表面積控制上均處于行業(yè)領先水平， 首次效率可以達到 92%左右。

多次獲得產(chǎn)業(yè)資本的青睞，為硬碳產(chǎn)業(yè)化布局提供助力。2021 年鵬輝能源參股 佰思格，以加速布局其鈉電產(chǎn)業(yè)鏈；2022 年獲蜂巢能源戰(zhàn)略投資，達晨 A 輪投 資，恒信華業(yè)、雄韜股份 A+輪投資，為公司進一步高效研發(fā)高性能硬碳產(chǎn)品提 供了很大的助力。

目前已完成硬碳負極材料設備安裝和生產(chǎn)，未來將按規(guī)劃擴大產(chǎn)能。截止 2022 年 11 月，公司已經(jīng)完成 2000 噸鈉離子電池硬碳負極材料的設備安裝和生產(chǎn)，完 成了園區(qū)建設規(guī)劃和設備采購，預計 2023 年初啟動建設。公司計劃到 2023H1 將 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，對應電池產(chǎn)能 20- 30GWh。

3.2 杉杉股份：以生物質(zhì)、樹脂基路線為主，廣泛布局專利

公司負極材料盈利能力強且表現(xiàn)穩(wěn)健，研發(fā)投入呈逐年上升趨勢。杉杉股份是 國內(nèi)的負極材料龍頭，成立于 1992 年，1999 年公司進軍鋰電負極材料產(chǎn)業(yè)，擁 有二十多年負極材料研發(fā)積淀和持續(xù)創(chuàng)新迭代能力。2021 年杉杉股份營業(yè)收入 為 206.99 億元，同比增長 151.9%。硅基負極方面，公司突破硅基負極材料前驅 體批量化合成核心技術，已經(jīng)完成了第二代硅氧產(chǎn)品的量產(chǎn)，正在進行第三代硅 氧產(chǎn)品和新一代硅碳產(chǎn)品的研發(fā)。2017-2021 年間，杉杉股份研發(fā)投入整體呈現(xiàn) 上升趨勢。2020 年受疫情爆發(fā)影響，研發(fā)投入出現(xiàn)小幅下降，較 2019 年減少 0.19 億元，2021 年受營業(yè)收入的影響，杉杉股份研發(fā)投入增長較快，大幅上漲 至 7.16 億元。隨著研發(fā)投入的增長，為硬碳負極材料的研究提供有力支持，硬 碳產(chǎn)品有望迎來規(guī)模放量。

杉杉股份在硅基負極項目上領跑行業(yè)，推動硅基負極產(chǎn)品不斷升級。目前杉杉 硅基材料已經(jīng)形成多代產(chǎn)品，并打入全球電動工具龍頭材料體系，未來供貨量將 持續(xù)提升，新型硅碳材料也在合作開發(fā)中。隨著寧波硅基 4 萬噸一體化基地的落 地投產(chǎn)，杉杉在硅基領域的優(yōu)勢進一步夯實，有望成為硅基負極材料龍頭。為加快國產(chǎn)替代，杉杉股份率先探索硬碳產(chǎn)業(yè)化之路。杉杉股份在硬碳研發(fā)上起 步較早，公司在不斷夯實鋰電負極的規(guī)模優(yōu)勢和技術領先基礎上，同時也在行業(yè) 內(nèi)率先發(fā)力鈉電負極。公司自 2012 年以來不斷完善專利布局，目前已擁有硬碳 及鈉電池相關專利逾 40 項，授權發(fā)明 14 項，專利數(shù)量在國內(nèi)領先。通過持續(xù)投 入高額研發(fā)費用，匹配專業(yè)研發(fā)人才，定制專有設備，杉杉打造了硬碳核心研發(fā) 平臺，具備強大的自主研發(fā)和創(chuàng)新能力。

公司在硬碳負極項目上具有先發(fā)優(yōu)勢，性能優(yōu)異，2023 年量產(chǎn)規(guī)模將達千噸級。在硬碳前驅體原材料選擇方面，公司多方位布局，原材料來源廣泛，以生物質(zhì)、 樹脂基路線為主。同時，杉杉股份專注工序簡潔及品質(zhì)提升，擁有獨特的硬碳技 術工藝，通過精準調(diào)控材料的微孔結構，提高材料有效容量指標。同時依靠交聯(lián) 工藝調(diào)控技術，提高硬碳材料性價比，實現(xiàn)產(chǎn)品競爭力大幅領先。目前**研發(fā) 的硬碳產(chǎn)品容量已達 350mAh/g，并且可以根據(jù)客戶需求迅速上量，預計 2023 年 量產(chǎn)規(guī)模至千噸級，在行業(yè)內(nèi)處于領先水平。

公司硬碳產(chǎn)品獲頭部電芯廠認可，已實現(xiàn)批量銷售。公司自主研發(fā)的硬炭材料率 先實現(xiàn)自有化、產(chǎn)業(yè)化，達到噸級銷量。憑借高壓實密度、高容量的優(yōu)勢，獲得 國內(nèi)頭部電芯客戶認證，同步送樣海外客戶。未來兩年，杉杉股份硬炭材料產(chǎn)能 將取得關鍵性突破。

3.3 圣泉集團：打造生物質(zhì)精煉一體化產(chǎn)業(yè)集群，*大程度降本

生物質(zhì)硬碳負極的布局與公司主營業(yè)務協(xié)同優(yōu)勢明顯。圣泉集團是以合成樹脂及 復合材料、生物質(zhì)化工材料及相關產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售為主營業(yè)務的高新技 術企業(yè)，其中酚醛樹脂、呋喃樹脂產(chǎn)銷量規(guī)模位居國內(nèi)**、世界前列。公司圍 繞著核心產(chǎn)品，打造出了包括生物質(zhì)化工原料(纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等)、 合成樹脂(呋喃樹脂、 酚醛樹脂、冷芯盒樹脂、環(huán)氧樹脂等)、復合材料(酚醛樹 脂泡沫板、輕芯鋼等)在內(nèi)的較為完整齊全的產(chǎn)業(yè)鏈，能夠充分利用產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢 協(xié)同進行技術研發(fā)和市場拓展。

布局年產(chǎn) 10 萬噸生物質(zhì)硬碳負極項目，打造生物質(zhì)精煉一體化產(chǎn)業(yè)集群。該項 目以濟南基地 30 萬噸生物質(zhì)秸稈與大慶綠色技術有限公司的 12 萬噸硬碳前驅體 生物質(zhì)為原料，建成后，將形成 10 萬噸/年生物基硬碳負極材料，以及年產(chǎn) 15/1/4/1.2/1.05/0.5 萬噸纖維素漿/納米纖維素漿/納米纖維素/糠醛/乙酸/鉀 鹽等產(chǎn)能。公司打造生物質(zhì)精煉一體化產(chǎn)業(yè)集群，依托秸稈項目副產(chǎn)的生物炭作 為硬碳制備的原材料，具備明顯成本優(yōu)勢，有望提升產(chǎn)品競爭力，打開長期成長 空間。公司依托自主研發(fā)的生物質(zhì)溶劑化秸稈精煉技術制備生物炭和硬碳。技術流程 為，將秸稈中碳含量高且易于成碳的多糖類組分有選擇性地溶解到生物質(zhì)溶劑中， 在生物質(zhì)溶劑中發(fā)生分子間及分子內(nèi)重排，進行樹脂化，形成生物基樹脂，再加 工成優(yōu)質(zhì)生物炭。進一步地，該生物碳經(jīng)過煅燒等工序處理，即可獲得電化學性 能和壓實密度較為理想的優(yōu)質(zhì)硬碳電池負極材料。

秸稈精煉技術工藝路線成熟，所產(chǎn)出的產(chǎn)品性能優(yōu)異，成本低，環(huán)境友好。圣 泉生產(chǎn)的硬碳其前驅體是樹脂化的生物質(zhì)，即公司所制備的“生物炭”，生物炭 中無定形碳的含量在 40%-45%，而酚醛樹脂的含碳量是 30-40%，木材的含碳量大 概只有 20%，因此優(yōu)勢明顯。與直接將生物質(zhì)如淀粉、蔗糖、椰殼、杏殼、木材、 秸稈等天然植物作為原料生產(chǎn)硬碳的工藝相比，圣泉的前驅體多一步樹脂化的流 程。此種方法不受季節(jié)、氣候、地域的影響，因此更為穩(wěn)定，硬碳質(zhì)量也更好。圣泉不只銷售硬碳，同時也將生物炭作為前驅體銷售給其他硬碳制造商，如貝特瑞、佰思格等。

領先的技術優(yōu)勢幫助公司實現(xiàn)硬碳材料的低成本生產(chǎn)，公司正在加緊布局建設 產(chǎn)能。目前圣泉集團硬碳出貨量已達百公斤級，生物炭出貨更多。預計到 2023 年 3 月，大慶工廠滿產(chǎn)，公司計劃在 2023H1 建設 1 萬噸產(chǎn)量的硬碳裝置。據(jù)悉， 公司目前也在研究如何進行酚醛樹脂和生物炭的摻雜，以進一步提升硬碳性能。對產(chǎn)品性能的期待將不斷推動技術的更新迭代。

3.4 元力股份：深耕活性炭行業(yè)，積極布局硬碳負極

擴張活性炭主業(yè)，拓展硅、碳產(chǎn)業(yè)，積極布局儲能行業(yè)。自 1999 年成立以來， 元力股份深耕活性炭行業(yè)，已成為國內(nèi)木質(zhì)活性炭領域龍頭企業(yè)。公司聚焦于活 性炭、硅酸鈉、硅膠等化工產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)與銷售，主導產(chǎn)品為木質(zhì)活性炭， 主要應用領域包括糖用、味精用、食品用、化工用、藥用、針劑、水處理、超級 電容、空氣凈化、揮發(fā)性有機物（VOCs）回收利用等。木質(zhì)活性炭符合環(huán)保理念， 受到政策支持。2021 年公司活性炭產(chǎn)量 113,072 噸，銷量 114,063 噸，營業(yè)收入 10.49 億元，同比增長 21%。公司正穩(wěn)步擴張活性炭主業(yè)，通過實施“年產(chǎn) 6.5 萬噸南平工業(yè)園區(qū)活性炭募投項目”和“年產(chǎn) 10 萬噸環(huán)保用活性炭可轉債項目” 陸續(xù)擴大產(chǎn)能，優(yōu)化產(chǎn)品結構，將競爭優(yōu)勢規(guī)?；D化、擴大。

在鞏固活性炭領域龍頭地位的同時，元力股份也在積極拓展硅、碳產(chǎn)業(yè)業(yè)務。2015 年，公司新增控股子公司元禾化工主營硅酸鈉的生產(chǎn)與銷售，生產(chǎn)的硅酸 鈉絕大部分用于生產(chǎn)沉淀法白炭黑。2021 年，硅膠硅酸鈉營業(yè)收入 4 億元，同比 增長 53.3%；2021 年 9 月 28 日，公司完成受讓三元循環(huán) 100%股權的工商變更登 記，自 2021 年 10 月 1日列入公司合并報表，負責公司硅膠業(yè)務的開展，2021 年 硅膠營業(yè)收入已達到 1.36 億元。另一方面，公司通過研發(fā)和生產(chǎn)硬碳和超級電容炭積極布局儲能領域。公司快 速擴充超級電容炭生產(chǎn)線，超級電容炭募投擴產(chǎn)項目正在正常實施中，第二條年 產(chǎn) 150 噸超級電容炭生產(chǎn)線于 2021 年投入運行；2022 年，公司開啟鈉電負極硬 碳研發(fā)，主要采取毛竹和椰子殼生物基路線，目前已進行到初試階段并向客戶送 樣。

活性炭制備工藝與硬碳制備前段工序重合度較高，生物基硬碳負極產(chǎn)品可借鑒 公司生物基材料處理經(jīng)驗。硬碳負極材料制作工藝通常包括前期改性處理、裂解 和縮聚和后期改性處理等過程。公司主要采用化學法生產(chǎn)工藝、物理法化學法一 體化生產(chǎn)工藝生產(chǎn)各專用木質(zhì)活性炭，主要工序為（1）原料預處理；（2）炭化、 活化階段；（3）成品處理，與硬碳前段工序高度重合。

在生產(chǎn)木質(zhì)活性炭的過程中，公司積累了多項生物基材料處理創(chuàng)新技術，包括 木質(zhì)功能性吸附材料制造關鍵技術和生物質(zhì)連續(xù)炭化制造關鍵技術，并對應申請 多項專利。目前公司硬碳負極產(chǎn)品主要采用毛竹和椰子殼生物質(zhì)基路線，其研發(fā)和生產(chǎn)過程可利用木質(zhì)活性炭生產(chǎn)設備及技術有效降低成本，充分發(fā)揮元力股份 的技術和資源優(yōu)勢。

毛竹作為硬碳負極產(chǎn)品原材料具有顯著優(yōu)勢，目前公司主要采用毛竹和椰子殼作 為硬碳前驅體材料，相較于椰子殼，毛竹具有以下優(yōu)勢：

1）所在地原料較為豐 富，具備區(qū)位優(yōu)勢，可就近取材，降低成本：公司所在地南平市是中國*大的竹 產(chǎn)業(yè)基地，國家林業(yè)和草原局評出的“中國十大竹子之鄉(xiāng)”（縣級市）中，南平 市占了 2 家（南平市順昌縣、南平市建甌市）。硬碳負極生產(chǎn)所需椰子殼依賴東 南亞進口，國內(nèi)椰殼產(chǎn)量難以支持硬碳負極生產(chǎn)，長期來看缺乏可持續(xù)性。

2） 公司環(huán)保用木質(zhì)活性炭的主要原材料是竹材下腳料等“林產(chǎn)三剩物”竹屑，已具 備毛竹處理技術，針對以竹屑/竹刨花為主要材料，研發(fā)了木質(zhì)功能性吸附材料 制造關鍵技術、生物質(zhì)連續(xù)炭化制造關鍵技術等核心技術，實現(xiàn)了竹基顆?；钚?炭的大規(guī)模自動化生產(chǎn)。

3）竹基材料符合“碳中和”的政策導向，屬于國家重 點鼓勵的發(fā)展方向。竹材屬于可再生資源，生長周期快，一般 3-5 年即可成材， 屬于可持續(xù)采伐資源。竹屑主要是竹家具、竹板材生產(chǎn)過程中剩余的“下腳料”， 本來要被丟棄掉或作為竹柴燒掉，現(xiàn)在用于生產(chǎn)硬碳負極不會新增碳排放。若未 來元力股份采用毛竹作為硬碳負極前驅體，相比其它硬碳負極企業(yè)具備區(qū)位優(yōu)勢和生物質(zhì)材料處理技術優(yōu)勢，能夠充分利用一體化降低成本。