8月13日，在由上海有色网信息科技股份有限公司（SMM）主办的2026 SMM电池技术大会——钠电专场：材料、电芯与量产论坛上，中南大学教授唐有根分享了“生物质硬碳负极材料的研究开发”。
01研究背景
碳达峰、碳中和目标
其对双碳目标的背景以及内容进行了阐述。此外，其提及高能量密度、高安全性储能体系的建立是实现碳中和的关键。
锂离子电池市场发展
受益于全球节能减排趋势及欧盟达成碳排放协议，全球锂电市场在2018年后进入高速发展时期。
2025年全球新能源汽车渗透率约为21.4%，中国新能源乘用车渗透率达53.9%，占全球新能源车份额的68.4%。
预计2030年全球新能源乘用车渗透率达50%，市场规模接近4000万辆；中国新能源乘用车渗透率将超70%，销量达1800万辆。2040年全球电动汽车渗透率达61%，销量达7300万辆。2040年中国新能源汽车渗透率将超80%。
2025年全球锂离子电池出货量达2280.5GWh，同比增长47.6%；2026年预计突破3016GWh，其中储能电池需求成为核心增长动力。动力电池占比仍超60%，但储能电池增速显著，形成“动力电池+储能电池” 双轮驱动格局。
2025年中国锂离子电池出货量1888.6GWh，全球占比达82.8%，同比+55.5%。其中，动力电池1100GWh(占全球73.6%)，储能电池600GWh(同比+50%)，消费电池188.6GWh(同比+7.9%)。
锂离子电池的现状
市场急需资源不受限，安全有保障的新型电池。
钠离子电池比较优势
相对铅酸电池，钠离子电池有绝对优势；相对于磷酸铁锂电池和三元锂电池，钠离子电池在成本、安全、快充和低温性能上存在较大优势。
钠电池的资源、成本与性能优势
01.资源优势：储量丰富，无垄断风险
地壳中钠元素的丰度约为锂的数千倍，且全球分布广泛，主要集中在盐湖、矿石中，不存在类似锂资源的供应垄断与地缘政治风险，为产业长期稳定发展提供了坚实的资源保障。
02.成本优势：无贵金属依赖，降本空间显著
电池正极材料不含钴、镍等贵金属，负极可采用硬碳，集流体可全程使用铝替代铜箔，大幅降低原材料成本。规模化量产之后，钠电池成本有望较磷酸铁锂电池低20%-30%。
03.性能优势：低温高耐，适配多元场景
在-30℃的低温环境下容量保持率仍可超过80%，远优于磷酸铁锂:同时具有更高的安全性和快充性能，非常适合储能、低速电动车、高寒地区动力电池等应用场景。
04.战略定位：铅酸替代，锂电补充
钠电池将颠覆铅酸电池，并在锂电池短板领域形成有效补充，与锂电共同构建“高能量密度+低成本+高适配性”的多元化电化学能源体系，支撑“双碳目标”的全面实现。
其还从应用领域和应用场景对钠离子电池市场前景进行了分析。
02钠电硬碳负极材料概述
钠离子电池负极材料
常见钠离子电池负极材料包括碳基材料，钛基材料，合金材料，过渡金属化合物等。
钠离子电池负极材料：尽可能低的氧化还原电位；高的容量和较好的循环稳定性；良好的电子和离子导电率；主体材料不与电解液发生副反应等。
碳基材料资源丰富、结构可调控、工作电位低、循环寿命长，是最有潜力的负极材料。
不同碳基材料结构与储钠电化学性能对比
在几种碳基材料中，硬碳材料在工作电位、容量、首次库仑效率等方面具有优势，是目前最有竞争力和应用前景的负极材料。
其还从硬碳储钠结构模型等角度对硬碳独特的结构，使其成为储钠的理想载体进行了阐述。
硬碳负极的核心优势
高储钠容量：硬碳材料具有独特的无序碳层结构，可提供丰富的储钠位点，理论容量可达300mAh/g以上，显著优于石墨类负极材料。
优异倍率性能：硬碳的层间间距较大(约0.37nm)，有利于钠离子的快速嵌入/脱嵌支持高电流密度充放电，满足动力电池需求。
长循环稳定性：硬碳在充放电过程中体积膨胀率低(<5%)结构稳定性强，可实现3000次以上循环寿命，远超合金类负极材料。
原材料成本占比超60%，是硬碳负极降本的核心
03生物质硬碳负极材料的研究
硬碳负极材料面临的问题与对策
通过对生物质硬碳的孔结构、界面进行调控，解决硬碳负极材料所面临的成本、性能等问题。
此外，其还列举了生物质基硬碳材料的研究的有关内容。
生物质基硬碳材料的核心技术
针对生物质硬碳负极容量低、首次库伦效率不佳和一致性差的问题，通过前驱体交联固化、预碳化、形貌调控、表面预氧化改性、表面包覆和纯化等技术，有效提升生物质硬碳负极的储钠性能，改善产品的一致性。
此外，其还分享了低成本生物质基硬碳材料的制备技术。
04生物质硬碳负极材料的产业化
硬碳负极材料技术路线
硬碳常见工艺路线
不同原材料的硬碳生产工艺存在较大差异，前驱体的选择影响硬碳材料的性价比和产业化进程。
生物质基路线具有成本、性能优势，成主流选择
综合来看通过生物质基路线制备硬碳具有性能优异、成本低廉、产业化难度低的优势。
其从椰壳、工业淀粉、秸秆、楠竹等对常见生物质前驱体比较进行了阐述。
椰壳硬碳负极材料的瓶颈
硬碳材料供应链不稳定、价格高和产品性能一致性差等问题制约钠离子电池规模化发展。
竹基硬碳负极材料的优势
竹材产量大、成本低、供应稳定；结晶纤维素含量高、性能优；灰分低，难除性杂质少，易纯化。
资源与成本优势：竹材生长迅速、资源丰富，成本低廉，且具有可再生性，符合绿色可持续发展要求。
独特微观结构：竹材硬碳天然的孔隙结构，有利于钠离子嵌入/脱嵌，从而改善电池循环稳定性和倍率性能。
契合“以竹代塑：竹基硬碳产业完美契合国家“以竹代塑”和绿色低碳发展的宏观战略，是竹资源高值化利用的典范。
获取政策支持：由于其绿色、低碳、资源自主的属性，竹基硬碳项目易获得各级政府的政策倾斜与支持。随着钠离子电池低成本替代方案的逐步商业化，硬碳负极材料需求将快速增长。国家对新能源、储能及绿色材料的政策扶持为竹基硬碳产业发展提供了有利环境。
其还对竹基硬碳负极材料的产业化进行了详细地阐述。
05总结
钠离子电池相比于磷酸铁锂电池在倍率和低温性能方面有显著优势，产业链逐渐成熟，已实现规模化生产应用；预测2030年有望突破1000 GWh。
硬碳材料占电芯总成本的20%-25%，其容量、首效(ICE)、压实密度等性能指标直接决定电池能量密度与循环寿命，是当前钠电产业化的瓶颈。
生物质硬碳闭孔结构的形成与纤维素结晶度、“纤维素、半纤维素木质素”成分占比和高温碳化温度相关。前驱体成分调控能有效提升硬碳储钠性能；
生物质基、树脂基、煤基三大硬碳技术路线中，生物质基路线原料来源广泛、综合成本低、电化学性能均衡，成为硬碳产业化的主流技术路线。
竹基硬碳在原料供应、成本控制、性能指标等方面具有优势，是极具潜力的钠离子电池负极材料。
