1. 项目背景

高性能储钠负极材料是实现钠离子电池商业化应用的关键之一。储钠硬碳的价格与性能主要取决于前驱体选取，不同前驱体制备的硬碳性能和工艺路线差异显著。生物质基硬碳产品综合性价比突出，是日本可乐丽、成都佰思格等国内外主流钠电负极厂商的首选。目前，进口硬碳负极材料价格较高（如日本可乐丽椰壳硬碳约20万元/吨）。国内负极企业的硬碳负极虽均有专利技术布局，但产品大多还处在中试或客户验证阶段，2023年累计产能仅1.5万吨，头部电池厂的硬碳储钠负极仍主要依赖进口。

尽管生物质基硬碳具有成本优势，但是对原料前驱体的选取、工艺调控和产品一致性上还存在较大的技术挑战。开发低成本、高均一性、高储钠性能的高端硬碳材料与相应工艺包，是实现钠电规模化推广的迫切需求，已经处于当前钠离子电池产业链的风口。

2. 技术优势

本团队针对生物质基前驱体在热处理过程中易产气发泡导致比容量及首效偏低、产品一致性差等瓶颈难题进行技术攻关，研发了系列生物质基硬碳与相应工艺路线。相比当前国内外标杆商业硬碳，本团队自主研发的硬碳至少具有以下三方面的优势：

①价格优势。对标国际最主要硬碳生产商——日本可乐丽，其硬碳采购价为20万元/吨。自研硬碳成本约为4万元/吨，价格降低近80%，批量化后其成本可控制在3.5万元/吨以内（国内主流产品为8万元/吨）。

②环保优势。主流商业化产品的制备工艺均包含生物质前驱体的化学改性，工艺复杂且产生大量废液和有毒气体。自研硬碳采用无溶剂氢键增强网络技术，能耗低且不额外使用任何化学试剂，几乎不排放废液和有毒气体。

③性能优势。主流商业化产品的储钠比容量约为300 mAh/g，首效88%~90%，循环1000次容量保持率>80%。自研硬碳比容量为310 mAh/g，首效达到92%，循环1000次容量保持率>85%，且倍率性能更为优异，2C下电池容量对比提升近10%。

上述自研硬碳已在实验室实现10公斤级制备，且原材料均为大宗工业品，工艺路线极易放大。采用辊窑式热处理中试工艺，可轻易实现年产千吨级规模。进一步地，将该工艺包稍加拓展即可引入硅源，制备出高性能碳硅储锂负极材料，可实现高比容量（>800 mAh/g）、高首效（>85%）和高稳定性（1000次循环容量保持率>80%），其成本约为9万元/吨，远低于当前主流硅碳负极材料售价（20~60万元/吨）。在制备成本、工艺环保和高储锂/钠性能三重优势加持下，本技术有望一举解决制约储能硬碳的行业痛点，真正实现“降本增效”目标，为钠离子电池技术的大规模产业化应用提供有力支撑。

3. 应用前景

项目研发的新一代低成本高性能锂/钠离子电池负极材料，预期可完全替代石墨或碳硅在储锂/储钠领域的主导地位，引领储锂/储钠技术的高质量发展。2026年，硬碳负极需求量预计达到16.23万吨，通过建设硬碳、硅碳千吨级示范工程，进一步与国内负极材料生产企业、下游电池厂商合作等模式介入市场，能够迅速切入现有的储能工业领域，五年内有望实现10000万元/年的利润。