证券研究报告／行业深度报告

钠电负极换新，新玩家入场，供给与需求有望形成共振

钠离子电池硬碳材料行业报告

报告摘要：

钠电产业链初步成型，负极材料换新，硬碳为当下主流。碳酸锂价格短期调整，影响钠电行业2023年定价水平，不改行业加速趋势。负极材料产能短缺构成目前行业发展瓶颈，随着佰思格2000吨产线投产，钠电产业链初步成型。碳基类负极材料最具商业化应用潜力，但是由于热力学原因，石墨难以作为钠电负极材料。当下钠离子电池性能基本满足两轮电动车及低续航电动车要求，下游客户需求明确。钠电高能量密度应用领域决定硬碳成为主流，极致成本追求并非行业当下主旋律。

发布时间：2023-01-09

八仙过海各显神通，生物质前驱体更胜一筹。硬碳前驱体与硬碳微观结构相关性较高，而硬碳的微观结构及表面状态直接影响硬碳材料性能。硬碳前驱体可大致分为化石燃料基、树脂基和生物质基。传统负极厂商三种路线基本均有布局，新进参与者以生物质基为主。各企业针对不同前驱体特点，分别在常规硬碳生产工艺基础上增加掺杂、包覆、CVD、交联反应、生物溶剂精炼等工序。其中，生物质基硬碳路线具备综合性价比，产业化进程居前。我们预估2023年由第三方硬碳供应商提供的有效产能合计达1.55万吨（对应约10GWh电芯），其中明确为生物质基技术路线的有1.3万吨。

性能、综合成本及量产可行性决定生物质前驱体选择，淀粉、毛竹、秸秆路线值得期待。椰壳、淀粉、竹子、秸秆路线产品性能、综合成本不存在显著差异。生物质前驱体产业化需解决供应稳定性以及一致性问题，保障材料结构一致性是保障电池系统循环寿命和安全性的基础。

》椰壳作为生物质废弃物，产量受限于椰子产量。国内椰壳产量难以满足硬碳产业化需求，未来存在原材料进口依赖；

》淀粉作为工业品，国内供给充足，纯度较高，能够保障产品一致性；

毛竹是生长周期短的可再生资源，由于活性炭与硬碳原材料、制备工艺相近，活性炭厂家入场。资源富集区企业凭借原材料渠道能力解决一致性问题值得期待;

秸秆作为农业废弃物，资源丰富。生物溶剂法有望通过分子重排形成生物质基树脂，解决秸秆原材料一致性问题。

与锂电负极不同，生物质基部分原材料非工业品，原材料供应渠道或构成行业壁垒。

风险提示：钠离子电池成本下降节奏及技术进步不及预期、钠离子电池产业链配套发展不及预期、下游储能、电动两轮车等发展不及预期

重点公司主要财务数据

重点公司	现价	EPS			PE			评级
重点公司	现价	2022E	2023E	2024E	2022E	2023E	2024E	评级
璞泰来	52.63	3.81	5.8	8.04	13.81	9.07	6.55	买入
元力股份	21.24	0.69	0.83	1.00	30.78	25.59	21.24	增持

优于大势

上次评级：优于大势

历史收益率曲线

涨跌幅 (%)	1M	3M	12M
绝对收益	0%	1%	-16%
相对收益	-1%	-4%	1%

行业数据

成分股数量（只）	330
总市值 (亿)	73199.78
流通市值 (亿)	37492.52
市盈率 (倍)	33.35
市净率 (倍)	4.02
成分股总营收(亿)	21795.24
成分股总净利润 (亿)	1911.84
成分股资产负债率(%)	58.73

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钠电产业链初步成型，负极材料换新，硬碳为当下主流.
1.1. 无惧碳酸锂价格调整，钠电产业链布局成型 .4
1.2. 两轮车&低续航电动车领域钠电先行，硬碳成为主流负极材料. .5
八仙过海各显神通，生物质前驱体更胜一筹 ..8
2.1. 前驱体与硬碳微观结构相关性高，关系硬碳材料性能 ..8
2.2. 生物质基硬碳路线具备综合性价比，产业化进程居前， ..9
性能、综合成本及量产可行性决定生物质前驱体选择.. ..14
3.1. 椰壳、淀粉、竹子、秸秆路线产品性能、成本不存在显著差异 .. 14
3.2. 原材料供应稳定及一致性构成生物质基硬碳量产瓶颈， ..15
3.2.1. 椰壳：农业废弃物，主要供给来自南亚、东南亚，或存进口依赖. .….15
3.2.2. 淀粉：工业品，纯度较高，能够保障产品一致性 ..17
3.2.3. 毛竹：生长周期短的可再生资源，活性炭厂家入场，毛竹路线值得期待. ..17
3.2.4. 秸秆：农业废弃物，资源丰富，“生物溶剂法"有望解决一致性问题 ..20
3.3. 原材料供应渠道或构成生物质基硬碳行业壁垒， .21
行业盈利空间测算. .22
风险提示... 22

图表目录

图1：磷酸铁锂电池与电池级碳酸锂含税价格变动情况..
图2：2018-2023E中国碳酸锂供需比变化情况， ...
图3：钠离子电池负极材料容量、工作电压情况... ...
图4：NaCP10/64/165软包钠离子电池各部分材料质量占比. ...7
图5：硬碳储钠示意..
图6：硬碳储钠机理.. ...
图7：无定形碳形成过程情况... ...
图8：软木塞、核桃壳、枫叶、樱花瓣衍生硬碳图像. ...9
图9：各类碳前驱体性价比情况.. ...10
图10：沥青、酚醛树脂、秸秆、椰壳、淀粉、竹子等前驱体制备硬碳生产工艺对比. ....2
图11：2023年第三方硬碳供应商有效产能预估情况.. ....4
图12：椰子结构情况 ....16
图13：椰壳主要应用领域情况
图14:2017-2021年全球椰壳产量情况（万吨）
图15：2017-2021年中国椰子产量及估计椰壳产量情况（万吨）
图16：马铃薯淀粉（a）及其制备的球形硬碳（b）的FESEM图.. ....7
图17：2016-2020年中国淀粉产量情况（万吨.
图18：第九次全国森林资源清查竹林面积(百公顷）
图19：中国竹林资源性质结构占比. ....8
图20：2016-2020年中国竹材产量及增速（亿根） ..8
图 21:2020年中国各省市竹材产量TOP10（亿根） ...18
图 22：硬碳、人造石墨、活性炭制备工艺对..
图 23：2013-2019年福建省南平市竹材产量及增速情况（亿根） ...200
图24：元力股份周边毛竹产区示意图... ...20
图 25：2016-2020年中国农作物秸秆产生量及可收集资源量规模（亿吨） ..20
图 26：2020年中国秸秆利用方式占比情况 ...20
图27：2011-2018年针状焦应用市场需求量（万吨) ...1
图 28：2011-2018年针状焦应用市场需求占比.. ...21
图 29：2021年我国石油焦下游需求分布. ..22
图30：2021年1-9月华东地区低硫焦下游需求分布.. ..22
表1：钠离子电芯企业量产进度情况.. ...5
表2：软碳、硬碳性能对比情况... ...6
表3：钠离子电池下游需求及应用情况.. ...7
表4：在售硬碳产品性能情况.
表5：不同前驱体制备钠电硬碳性能情况.. ....10
表6：钠电负极厂商技术路线及产业化进展.. ..3
表7：椰壳、淀粉、竹子、秸秆化学成分、硬碳产品性能及作为钠电硬碳前驱体优劣势. ...4
表8：各类前驱体规模化制备钠电负极材料单吨成本估算.. ...
表9：全球各地区椰壳炭化料对比情况.. ...6
表10：佰思格硬碳产品性能指标.. ...7
表11：中国部分省市竹林资源情况.. ...200
表12：不同的秸秆利用方式对比.. ..1
表13：行业盈利空间测算... ..22

1．钠电产业链初步成型，负极材料换新，硬碳为当下主流

1.1．无惧碳酸锂价格调整，钠电产业链布局成型

碳酸锂价格短期调整，影响钠电行业2023年定价水平，不改行业加速趋势。受动力电池行业需求季节性波动影响，近期碳酸锂价格持续回落，2022年底电池级碳酸锂含税价降至51.75万元/吨。但碳酸锂供需关系并未显著转变，2023年价格或仍运行在 40万元/吨以上。参考历史数据，在电池级碳酸锂价格为 40 万元/吨时，方形储能LFP电芯、方形动力LFP电芯、电动自行车LFP48V24Ah 模组单价分别为0.98/0.78/0.95元/Wh。假设钠电定价比LFP低20%，粗略估算各场景下对应钠电电芯（模组）定价分别为0.78/0.62/0.76元/Wh，定价具备可行性。

图1：磷酸铁锂电池与电池级碳酸锂含税价格变动情况

数据来源：鑫罗资讯，东北证券

图2：2018-2023E中国碳酸锂供需比变化情况

数据来源：鑫罗资讯，东北证券

表1：钠离子电芯企业量产进度情况

钠离子电芯企业	量产进度	规模量产时间规划
宁德时代	装车验证中	2023
中科海钠	100 MW级钠离子电池储能系统示范推广应用	2023
鹏辉能源	中试，小批量生产	2023
传艺科技	中试线量产，下游样品验证	2023
亿纬锂能	中试
孚能科技	集中送样	2023
亮见钠电	客户送样实测	2023
蜂巢能源	第一代钠离子电池原型样件已完成开发，第二代钠电池产品正在开发中
派能科技	小试
维科技术	中试	2023
多氟多	小试
圣阳股份	已经通过实验室阶段，进入样品测试
雄韬股份	前期研发
欣旺达	样品验证
拓邦股份	已多次试产
立方新能源	中试，客户送样阶段
江苏众钠	战略客户送样实测
上海璞钠	钠离子电池正极材料中试及电芯实验线项目5月签约
山西华钠芯能	电芯产品已下线
上海汉行科技	汉行钠离子电池项目今年8月签约
盘古新能源	中试
蔚蓝锂芯		2023年下半年
创明电池	中试

数据来源：起点研究院，东北证券

负极材料产能短缺构成目前行业发展瓶颈，随着佰思格2000吨产线投产，钠电产业链初步成型。锂离子电池产业链除负极材料外，基本兼容钠离子电池。面对强劲需求，负极材料存在产能短板。行业内日本可乐丽硬碳材料单吨售价20万以上，不支撑钠电行业发展。2022年3月，中科海钠&华阳股份低成本无烟煤基负极材料2000吨产能投产，但主要为自供。2022年11月底，佰思格2000吨硬碳产线投产，高端/低端产品售价分别为8/6万元/吨，公司订单饱满，补齐产业链短板。

1.2．两轮车&低续航电动车领域钠电先行，硬碳成为主流负极材料

碳基类负极材料最具商业化应用潜力。钠离子电池负极材料主要有碳基材料、钛基化合物、合金材料、金属化合物等。其中合金材料和金属氧化物材料循环过程中会出现较大体积变化，循环性能有待提高；钛基化合物负极电池能量密度相对有限。碳基材料中，传统石墨作为商业化锂离子电池体系最常用的负极材料，由于热力学原因，钠离子无法嵌入到石墨层间与碳形成稳定的化合物，因此石墨难以作为钠电负极材料。层间距较大的无定形碳（软碳、硬碳）具有较高储钠容量、较低储钠电位、优异循环稳定性，应用前景良好。

图3：钠离子电池负极材料容量、工作电压情况

数据来源：《Sodium-ion batteries:present and future》，东北证券

表2：软碳、硬碳性能对比情况

项目	软碳	硬碳
定义	易石墨化碳材料，2500℃以上可以石墨化的无定形碳	难石墨化碳材料，2500℃以上难以石墨化，一般是500℃- 1200C范围内热处理得到
产品	石油焦、针状焦、碳纤维、碳树脂碳、有机聚合物热解碳、微球	碳黑、生物质碳
放电容量	相对较差	相对较好
首次充放电效率	相对较差	相对较好
电位平稳性	相对较差	相对较好
应用	一般不直接用作负极材料，是制造人造石墨的原料，或者掺杂、包覆改性天然石墨等	商用化负极

数据来源：中国粉体网，东北证券

当下钠离子电池性能基本满足两轮电动车及低续航电动车要求，下游客户需求明确。目前钠电行业中试电芯性能，大体范围落在能量密度100-160Wh/kg（接近磷酸铁锂电芯140-180Wh/kg），循环寿命1500-5000次区间。下游需求方面，低速电动车循环寿命>1300次，电动车主机厂要求循环寿命>2000次，储能寿命>8000次（户储及国内强制配储一般4000-5000次）。基于电芯性能情况及产品认证进展，钠电有望率先在两轮车上量产应用。电动车方面，部分厂商正在/即将进行整车冬测，两轮车钠电量产成本影响车企实际装机需求。

表3：钠离子电池下游需求及应用情况

应用领域	相关公司	需求/应用情况
两轮电动车	华宇新能源（雅迪全资子公司)	预计2023年会有几十万辆搭载钠电池的电动两轮车推向市场
	小牛电动	2023 年推出配置钠离子电池的两轮车
	爱玛科技	联合钠创新能源发布钠离子电动车
	孚能科技	赣州基地会改造部分钠电池产线，小批量在两轮车上装车
电动车	孚能科技	与江铃集团新能源就 EV3 车型开展钠离子电池前期适配性预研工作，根据客户生产、销售计划，该应用钠离子产品车型将在 2023年上市销售
	传艺科技	中祥航业2023年向公司采购电芯量不少于1.3GWh，用于民航辅助车辆
	宁德时代	通过首创的 AB电池系统集成技术，实现钠锂混搭，优势互补，提高电池系统的能
	三峡能源	量密度，使钠离子电池应用有望扩展到500 公里续航车型三峡能源安徽阜阳南部风光储基地项目储能系统拟建设60MWh 钠离子电池储能项
储能		目，预计2023年6月投用在公司产品达到德博新能源提出的技术指标和双方确认的商务条款后，2023年度德
储能	传艺科技	博新能源承诺向公司采购电芯量不少于2GWh

数据来源：公司公告，微信公众号，东北证券

钠电高能量密度应用领域决定硬碳成为主流，极致成本追求并非行业当下主旋律。目前钠电产业化重点落在两轮车和低续航电动车领域，缩小钠电电芯与LFP电芯能量密度差距为行业首要任务。主流材料厂商量产的层状氧化物正极材料克容量约为140 mAh/g（LFP克容量150 mAh/g），量产的软碳/硬碳克容量分别为 220 mAh/g（首效约82%）和280-320mAh/g（首效85-88%）（石墨克容量310-360mAh/g）。以 NaCP10/64/165软包为例，将负极材料克容量从300\~310mAh/g简单替换为220mAh/g后，能量密度从约153Wh/kg降至约136Wh/kg（下降约11%），假设两种负极材料售价分别为8/3.5万元/吨，软碳电芯Wh成本下降约0.01元，较低首效影响正极容量发挥，Wh成本下降有限。

图4：NaCP10/64/165软包钠离子电池各部分材料质量占比

数据来源：《钠离子电池科学与技术》，东北证券

注：电芯基本参数：容量6Ah，平均电压3.2V，质量0.126kg，能量密度约153Wh/kg；正极材料125\~128mAh/g，首次效率91\~92%；负极材料300\~310mAh/g，首次效率 88%\~90%

2．八仙过海各显神通，生物质前驱体更胜一筹

2.1．前驱体与硬碳微观结构相关性高，关系硬碳材料性能

硬碳重要性能参数包含比容量、首次效率、压实密度、循环性能等，硬碳主要通过在平行碳层之间嵌入、微孔中填充、碳层表面&边缘或缺陷位置吸附储钠，硬碳的微观结构及表面状态直接影响硬碳材料性能。

表4：在售硬碳产品性能情况

供应商	应用	产品型号	比容量（mAh/g）	首次效率（%）	振实密度（g/cm3)	压实密度（g/cm3)	比表面积（m2/g）	特点	适用领域
佰思格		PHC-1	≥350	≥80	0.6±0.1		≤6.0	超快充、高安全、超低温、超长寿命超高比容量、	启动电源、HEV、军事领域
	锂电	BHC-550	≥550	≥75	0.6±0.1		≤4.0	超快充、高安全、超低温、超长寿命	高端快充消费电池、EV、军事领域
		BHC-3A	≥280	≥83	≥0.7	1.0±0.1	≥3.0		48V启动电源电池、HEV 电池、军工电池、储能电池和低温电池
	钠	YHC-1	≥280	≥88	0.6±0.1		≤8.0		低成本钠离子电池
	电	NHC-330	≥330	≥88	0.75±0.1		≤5.0		高能量密度钠离子电池
贝特瑞		BHC-240	240±5.0	84.0±1.0	■	1.0±0.05	≤5.0
	锂	BHC-300	300±10.0	83.0±1.0	-	1.0±0.05	≤5.0	高/低温性能优异、高功率、	功率型、低温型、低膨胀型锂离子电
	电	BHC-400	400±10.0	83.5±1.0	1	1.0±0.05	≤5.0	快充	池
		BHC-450	450±10.0	80.0±1.0	-	1.0±0.05	≤5.0
	钠	BSHC-260	260±5.0	≥88.0	0.9±0.1		≤5.0	高安全、耐低温、长寿命	ESS 和三轮车等用
	电	BSHC-300	295±5.0	≥88.0	0.8±0.1		≤5.0		钠离子电池

数据来源：公司官网，东北证券

图5：硬碳储钠示意图

数据来源：《Hard carbon anodes: fundamental understanding and commercial perspectives for Na-ion batteries beyond Li-ion and K-ion counterparts》，东北证券

图6：硬碳储钠机理

数据来源：《Hard carbon anodes: fundamental understanding and commercial perspectives for Na-ion batteries beyond Li-ion and K-ion counterparts》，东北证券

硬碳前驱体同硬碳微观结构相关性较高。硬碳形成过程通常经过热解（芳构化、缩聚）和炭化（石墨层形成、碳层长大）过程。高温热解过程中发生的反应跟硬碳的微观结构密切相关，前驱体中的大分子结构在热处理时会持续存在，不会像石墨化碳一样转化为流体相，形成的硬碳与母体具有类似的微观结构和形态。

图7：无定形碳形成过程情况

数据来源：《钠离子电池无定形碳负极材料研究》，东北证券

图8：软木塞、核桃壳、枫叶、樱花瓣衍生硬碳图像

数据来源：《钠离子电池无定形碳负极材料研究》，东北证券

2.2．生物质基硬碳路线具备综合性价比，产业化进程居前

硬碳前驱体部分决定硬碳材料性能，前驱体分为化石燃料基、树脂基、生物质基。

树脂基硬碳性能优异、一致性好，得益于能够精细调控孔径结构、表面化学性质以及活性位点；缺点是成本偏高；

化石燃料基前驱体来源广泛、炭产率高，原材料成本端占优；但是直接碳化容易得到软碳，制备硬碳时，需要在碳化前预氧化，目前工艺不成熟、克容量偏低；

生物质基前驱体具备独特微观结构，本身具备自掺杂效应（煅烧后含少量氮、磷、硫元素），活性点位多，成本、性能居中。生物质衍生硬碳分为植物器官类衍生物、生物提取物衍生物和生物废料类衍生物。

图9：各类碳前驱体性价比情况

数据来源：《Advanced nanostructured anode materials for sodium-ion batteries》，东北证券

表5：不同前驱体制备钠电硬碳性能情况

类别	前驱体	碳化温度（℃）	容量-首效（mAh/g)	循环次数	容量保持率（mAh/g）
生物质基	再生棉	1300	315-83%	100	305(97%)
	核桃壳	1000	257-71%	300	170(70.8%)
	橡树叶	1000	360-74.8%	200	243(90%)
	樱桃瓣	1000	310.2-67.3%	500	131.5(89.8%)
	海藻	1300	334-64.1%	200	205(93%)
	木质素	1100	299-68%	300	298(98%)
	蜂巢	900	221.5-59.8%	200	203(91.6%)
	柚皮	700	314.5-27%	220	181(99.3%)
	莲花茎	1400	351-70%	450	330(94%)
	壳聚糖	800	245-32.3%	100	155(63.3%)
	卤虫卵鞘	850	325-32%	200	174(53.3%)
	蛋壳膜	1300	310-89%	250	236(99%)
	动植物细胞组织	1300	338.2-91.2%	1000	286.5(93%)
	软木塞	1600	358-81%	200	312(87%)
	Mg(C6H1107)2	1500	478-88%	35	450(94.1%)
	木糖	1200	363.8-84.93%	400	337(92.6%)
	沥青基	沥青 1400	300.6-88.6%	200	279.8(93.1%)
		滤纸/沥青	1000 282-80%	100	191(74%)
石墨烯类	氧化石墨烯	1000	417-57.3%	100	133(83%)
高分子化合物	酚醛树脂	1400	410-84%	40	393.6(96%)
	PVP	1000	393.4-89%	100	399.5(97.2%)
	聚苯胺	1150	270-51.6%	500	207(77%)

数据来源：《钠离子电池硬碳基负极材料的研究进展》，东北证券

碳储钠性能提升策略趋同。简单制备硬碳材料通常具备较低的电极电位和首次库伦效率以及较差的循环稳定性和倍率性能。主要通过以下策略提升硬碳储钠性能：

》通过调控前驱体的合成以及热解过程，在微观上调控硬碳的孔隙结构和层间距；

》与其他材料的包覆和复合、杂原子掺杂等来调控材料的缺陷程度和层间距；

》电解液的调控以及预钠化的处理。

硬碳制备工艺通常分为前驱体预处理、碳化、后处理三部分，针对不同前驱体独有特点，硬碳生产工艺略有区别：

沥青直接碳化易于形成软碳，杉杉股份专利采用了交联剂使沥青发生交联聚合反应，然后进行碳化处理；

》酚醛树脂固化后进行碳化，贝特瑞专利增加了包覆工序，提高首次库伦效率；

》秸秆直接碳化碳收率偏低，圣泉集团加入生物溶剂进行分子重排，提升碳收率；

》椰壳在碳化后，可乐丽增加了CVD处理工序，产品首次库伦效率提升显著，同时极大增加了生产成本；

》淀粉纯度较高，佰思格专利包含杂原子掺杂工序，增加产品克容量，前驱体碳化后同可乐丽一样，增加了表面改性工序；

》毛竹较椰壳灰分含量高，预烧成竹炭后进行酸洗，随后碳化出处理。

图10：沥青、酚醛树脂、秸秆、椰壳、淀粉、竹子等前驱体制备硬碳生产工艺对比

杉杉股份：

贝特瑞：

圣泉集团：

可乐丽：

佰思格：

数据来源：《一种复合硬碳负极材料及其制备方法和用途》、《锂离子电池复合硬碳负极材料及其制备方法》、《一种负极材料、制备方法及钠离子电池》、公司公告、公开资料整理、东北证券

钠电负极材料多种技术路线并行，生物质基硬碳产业化进程居前。传统负极材料厂商在生物质基、化石燃料基、树脂基硬碳基本均有布局，起步较早，技术储备雄厚。新进参与者以生物质基为主，充分发挥自身资源、渠道端优势。此外，华阳股份&中科海钠布局低成本无烟煤基软碳（同样具备较高无序度）。目前生物质基路线产业化进程较快，已量产的可乐丽和佰思格均为该路线，我们预估2023年由第三方硬碳供应商提供的有效产能合计达1.55万吨（对应约10GWh电芯），其中明确为生物质基技术路线的有1.3万吨。

表6：钠电负极厂商技术路线及产业化进展

公司类型	公司名称	技术路线及前驱体选择	产业化进展及产能	产品价格
负极厂商			量产；现有产能 2000吨/年量产；现有产能 2000 吨/年，预计 2023	20万元/吨
	佰思格	生物质：淀粉、蔗糖、椰子壳化石燃料	年上半年 8000 吨/年，2024-2025年 3-5	低端：6万元/吨高端：8万元/吨
	贝特瑞	生物质：椰子壳、植物原料花粉、稻谷壳、甘蔗杆、核桃壳、竹子、酒糟和木屑	万吨/年
		化石燃料：沥青树脂基：酚醛树脂生物质：淀粉、花生壳、椰子壳、核桃壳、	建设中；现有产能 50吨/年，在建千吨级	8万元/吨
	杉杉股份璞泰来	开心果壳化石燃料：沥青树脂基：环氧树脂或酚醛树脂	中试阶段，批量出货；2023年产能达千吨级
	翔丰华	生物质：软木化石燃料：高温煤系沥青树脂基：酚醛树脂、聚碳酸	有相应的研发和技术布局送样中
	中科电气	酯、环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氯乙烯和聚甲醛中的任意一种或多种生物质：蔗糖、淀粉；生物质焦油
	比西迪	树脂基：酚醛树脂树脂基：酚醛树脂	有长时间的研发投入和技术储备，并在持续开发有产品
	圣泉集团跨界参与者	生物质：秸秆：小麦秸、玉米秸、芦苇		实验室开发阶段，生物炭、硬碳材料均送样交流；大庆基地50 万吨秸秆生产15- 16 万吨生物炭，2022 年试生产生物炭 4500吨，产线正在改造，预计 2023年2- 3月份满产；硬碳方面，2023年上半年
一体化厂商传艺科技	元力股份	生物质：椰子壳、毛竹	依托旧厂房建设并满产1万吨实验室开发阶段，送样交流；2023 年规
一体化厂商传艺科技	华阳股份& 中科海钠	化石燃料：木沥青、石油焦化石燃料：无烟煤基软碳	划千吨级产能量产；现有产能 2000吨/年，与中科海钠签订了万吨级材料合作

数据来源：公开资料整理，东北证券

图11：2023年第三方硬碳供应商有效产能预估情况

数据来源：公司公告，公开资料整理，东北证券

3．性能、综合成本及量产可行性决定生物质前驱体选择

3.1．椰壳、淀粉、竹子、秸秆路线产品性能、成本不存在显著差异

椰壳、淀粉、竹子、秸秆四种生物质前驱体制备的硬碳材料产品性能优异。当下缩小钠电电芯与LFP电芯能量密度差距为行业首要任务，高克容量、高首效、高压实为硬碳材料开发目标。从产品性能看，椰壳、淀粉、竹子、秸秆制备的硬碳材料产品克容量普遍高于300mAh/g，首效高于85%。通过CVD法表面处理，日本可乐丽椰壳基硬碳产品首效、压实密度、充放电倍率性能良好。通过元素均匀掺杂，淀粉克容量提升显著。

表7：椰壳、淀粉、竹子、秸秆化学成分、硬碳产品性能及作为钠电硬碳前驱体优劣势

前驱体	化学成分	产品性能	优点	缺点
椰壳	含灰分0.61%，木质素 36.51%，纤维素 53.06%	可乐丽：容量>300 mAh/g，首效>89%，压实密度1.2 g/cm3 佰思格	灰分含量相对较低，硬碳孔隙均匀，工艺成熟，易于加工	产量少，供给集中在东南亚、南亚
淀粉	由葡萄糖分子聚合而成的多糖，分子式为(C6H1005)n	一代产品：容量290-300 mAh/g; 首效 88-90%；压实0.9-1.0 g/cm3 二代产品：容量330-350 mAh/g；首效 90-92%；压实 1.0-1.15 g/cm3	国内供给充足，生产厂家分散；纯度高，有利于做好一致性；固有球形形貌，振实密度好	加工难度略高，需要可控的方法进行脱氢脱氧
竹子	纤维素、半纤维素、木质素的总含量在 70%左右，剩余为水、灰分，其中纤维素和半纤维素的含量为48~55%	容量348.5 mAh/g，首效 84.1%	生长周期短，再生成本低、资灰分含量高；酸洗有环源丰富；比表面积低，首效高保压力
秸秆	纤维素约 34%，半纤维素约圣泉集团：		资源丰富，价格低	灰分含量高；酸洗有环

28%，木质素约15% 容量>300 mAh/g，首效>88%，压保压力

数据来源:《Regulation of surface oxygen functional groups and pore structure of bamboo-derived hard carbon for enhanced sodium storage performance》，公开资料整理，东北证券

生物质前驱体综合成本居中，椰壳、淀粉、秸秆、竹子制备硬碳成本不存在显著差异。

制造费用&直接人工成本端，前驱体预处理及碳化工序制造费用较低，由于各类前驱体（无烟煤除外）均存在特殊工序，假设制造费用+人工成本均为2.5万元，采用CVD法进行表面处理成本较高，假设制造成本额外增加5万元。

》原材料成本端，除酚醛树脂、无烟煤外，其余路线原材料成本差异有限。

表8：各类前驱体规模化制备钠电负极材料单吨成本估算

	椰壳	淀粉	秸秆	竹子	酚醛树脂	无烟煤（软碳）	沥青
原材料单价 (万元/吨)	0.15	0.3	0.04	0.08	1.2	0.15	0.35
耗用量 (吨/每吨硬碳)	5.0	2.5	8.0	8.0	2.5	1.2	2.5
主要原材料成本 (万元)	0.75	0.75	0.32	0.64	3.00	0.18	0.88
特殊工序	CVD	元素掺杂	生物溶剂精炼	酸洗	沥青包覆	1	交联聚合
制造费用+人工成本 (万元)	2.5 (7.5)	2.5	2.5	2.5	2.5	1.5	2.5
单吨负极材料成本 (万元)	3.25 (8.25)	3.25	2.82	3.14	5.50	1.68	3.38

数据来源：百川盈孚，公开资料整理，东北证券

3.2．原材料供应稳定及一致性构成生物质基硬碳量产瓶颈

生物质前驱体产业化需解决供应稳定性以及一致性问题，保障材料结构一致性是保障电池系统循环寿命和安全性的基础。不同产地和批次的生物质往往不具有一致性，而硬碳材料的结构依赖于前驱体的状态和碳化工艺，只有保障前驱体具有高度一致性，碳化过程中受热非常均匀，才能保障最终硬碳材料产物的一致性。

3.2.1．椰壳：农业废弃物，主要供给来自南亚、东南亚，或存进口依赖

椰壳为椰子的内果皮，质地坚硬，一般被用于生产制作器皿、工艺品和活性炭。椰壳基硬碳孔隙结构发达，灰分含量及H/C与O/C比低，是一种较理想的负极材料，目前产业化进度较早，且性能较好。

图12：椰子结构情况

数据来源：公开资料整理，东北证券

图13：椰壳主要应用领域情况

数据来源：公开资料整理，东北证券

椰壳作为一种生物质废弃物，产量受限于椰子产量。椰子的主要产区为斯里兰卡、马来西亚、印度和菲律宾等，我国海南、台湾等地区有少量种植，其中海南省栽种面积国内占比超过99%。根据联合国粮农组织数据，2021年全球椰壳产量128.76万吨；2021年国内椰子产量39.23万吨，按椰壳12%的质量占比推算，我国椰壳产量不超过4.71万吨。

国内椰壳产量难以满足硬碳产业化需求，椰壳路线未来存在原材料进口依赖。一般认为椰壳生产硬碳的得率为20%-25%,1GWh电池的硬碳负极需求量约为1500吨，所以国内椰壳的年生产潜力最多满足约6GWh电池的使用量。此外我国海南省相较于菲律宾、印尼等椰子产区，纬度更高，日照时间及强度较弱，所产椰壳较薄，硬度偏低，并不是制造椰壳炭化料的最佳材料，东南亚产椰壳一般为企业首选。

图14：2017-2021年全球椰壳产量情况（万吨）

数据来源：联合国粮农组织，东北证券

图15：2017-2021年中国椰子产量及估计椰壳产量情况 (万吨)

数据来源：联合国粮农组织，东北证券

表9：全球各地区椰壳炭化料对比情况

产地	固定炭含量	强度	椰壳厚度	杂质含量	挥发分及水分含量	价格及其他
海南	60%左右	较低	较薄	较高	较高	较低，资源量小，炭化工艺原始，炭化料指标差异较大
越南	50%左右	1	较厚	1	较高	较低，质量和指标不稳定
菲律宾	1	高	较厚	少	较低	高，资源量小
印尼	73%-76%	高	较厚	少	较低	高，产地关税和运费较高，炭化和破碎工艺比较先进，质量稳定

数据来源：公开资料整理，东北证券

3.2.2．淀粉：工业品，纯度较高，能够保障产品一致性

淀粉是最丰富的可再生生物材料之一，广泛存在于多种植物中。作为一种典型的多糖，淀粉成分简单，含碳量高，价格低廉，同时，相较于其他生物质前驱体，淀粉表现出的天然球形型态使其成为制备硬碳极具竞争力的前驱体材料。佰思格量产路线选择淀粉、蔗糖为前驱体，产品克容量及首效等指标优异，性能位居行业前列。

淀粉作为工业品，国内供给充足，纯度较高。我国淀粉年产量大，2020年国内淀粉产量达3389万吨，且生产厂家数量较多，市场供应充足稳定，不存在单一供应商风险。淀粉是有机高分子碳水化合物，纯度较高。有机高分子化合物作为硬碳碳源时，可以结合特定的合成方法得到具有特殊形貌的硬碳材料，合成工艺往往较为复杂，但能够避免杂质，保障结构的一致性。

图16：马铃薯淀粉(a）及其制备的球形硬碳(b)的FESEM图

数据来源：《Spherical hard carbon prepared from potato starch using as anode material forLi-ion batteries》，东北证券

图17：2016-2020年中国淀粉产量情况（万吨）

数据来源：中国淀粉工业协会，东北证券

表10：佰思格硬碳产品性能指标

应用	产品型号	克容量（mAh/g)	首次效率(%)	粒度分布D50（um)	比表面积(m2/g)
锂电硬碳	PHC-1	≥350	≥80	2.0-4.0	≤6.0
	BHC-550	≥550	≥75	4.0-7.0	≤4.0
	BHC-3A	≥280	≥83	4.0-7.0	≤3.0
钠电硬碳	YHC-1	≥280	≥88	8.0-12.0	≤8.0
钠电硬碳	NHC-330	≥330	≥88	8.0-12.0	≤5.0

数据来源：佰思格公司官网，东北证券

3.2.3．毛竹：生长周期短的可再生资源，活性炭厂家入场，毛竹路线值得期待

毛竹是禾木科刚竹属植物，竿型粗大，生长快，经5-8年生长材质即可稳定，是竹类中经济价值最高的竹种，广泛应用于建筑业、造纸业及其他领域。

中国竹林资源丰富。中国是毛竹的故乡且产量最丰，第九次全国森林资源清查结果显示，我国竹林面积为641.16万公顷，其中毛竹林占比72.96%。毛竹在我国主要分布于秦岭汉水流域和长江流域以南地区,其中福建省 2020年竹材产量以9.57亿根，占比29.51%位居第一。根据《中国林木剩余物数量估算》，以150吨/万株的平均重量为标准，推测国内2020年竹材产量为4864.5万吨。

图18：第九次全国森林资源清查竹林面积(百公顷）

数据来源：林业专业知识服务系统，东北证券

图19：中国竹林资源性质结构占比

数据来源：华经产业研究院，东北证券

图20：2016-2020年中国竹材产量及增速（亿根）

数据来源：国家统计局，东北证券

图21：2020年中国各省市竹材产量TOP10（亿根）

数据来源：国家统计局，东北证券

活性炭与硬碳原材料、制备工艺相近，钠电行业空间广阔，活性炭龙头企业入场。硬碳制备工艺通常分为前驱体预处理、碳化、后处理三部分，其中以硬碳前驱体为原材料（椰壳炭、竹炭、生物炭等）的工艺路线与人造石墨相接近，但无需石墨化工序。活性炭制备工艺通常包含原材料处理、活化、碳化等工序，与硬碳制备前段工序重合度较高，但无需造孔的活化工序。通常竹子等生物质基硬碳制备过程不含后处理工序，活性炭与硬碳制备工艺相近。国内活性炭龙头元力股份宣布已攻克毛竹基硬碳路线，公司未来硬碳生产将以毛竹为主。

图22：硬碳、人造石墨、活性炭制备工艺对比

人造石墨：

硬碳：

活性炭（化学法）：

活性炭（物理法）：

数据来源：翔丰华招股书、佰思格官网、鑫森炭业公开转让说明书、东北证券

资源富集区企业凭借原材料渠道能力解决一致性问题值得期待。元力股份位于福建南平，周围多毛竹产区（建瓯、顺昌、尤溪等）。相似地理环境下毛竹供应充足，可以有效缓解硬碳前驱体原材料的一致性问题。

图 23：2013-2019年福建省南平市竹材产量及增速情况 (亿根)

数据来源：南平市统计局，东北证券

图24：元力股份周边毛竹产区示意图

数据来源：Bing地图，东北证券

表11：中国部分省市竹林资源情况

省市	面积占比	竹资源种类	竹资源分布
福建省	15.48%	19 属 200 余种，主要有毛竹，其次是篓竹、钢珠、花竹等	顺昌、建瓯、武夷山、永安、沙县、尤溪等
江西省	14.66%	19属180 余种，主要有毛竹、雷竹、淡竹、桂竹、水竹等	宜丰、崇义、奉新、安福、资溪、弋阳、万年等县市
四川省	12.78%	18 属160种，主要有慈竹、绵竹、黄竹、西风竹、毛竹等	泸州、宜宾、乐山、雅安、眉山、成都、达州和广安8市
湖南省	12.59%	19 属136种，主要有策竹、慈竹、牡竹、大节竹、刚竹等	桃江、绥宁、安化、桃源
浙江省	12.37%	24 属158种，主要有刚竹、苦竹、箬竹、箭竹、短穗竹等	安吉、杭州、丽水、义务、龙游
广东省	9.68%	主要有毛竹、粉单竹、麻竹、青皮竹、茶杆竹等	以广宁县为主

数据来源：中商情报网，东北证券

3.2.4．秸秆：农业废弃物，资源丰富，“生物溶剂法”有望解决一致性问题

秸秆作为农业废弃物，资源丰富。中国是农业大国，小麦、玉米和水稻等高产量农作物每年提供巨量的生物质秸秆资源。2020年国内农作物秸秆生产量为7.92亿吨，其中可收集资源量达6.67亿吨。秸秆作为农业废弃物，长期以来主要被应用于取暖能源、家畜饲料和有机肥料等方面，其中肥料化利用占比最高，2020年占比51.2%。

图 25：2016-2020年中国农作物秸秆产生量及可收集资源量规模 (亿吨)

数据来源：前瞻产业研究院，东北证券

图26：2020年中国秸秆利用方式占比情况

数据来源：华经产业研究院，东北证券

表12：不同的秸秆利用方式对比

秸秆利用途径	利用方法	经济效益 (元/吨秸秆)
肥料化	秸秆还田 (化肥+稻麦+秸秆)	30-64
饲料化	水稻秸秆代替饲料	256
饲料化	小麦秸秆代替饲料	99
燃料化	玉米秸秆发酵生产乙醇	约36
基料化	秸秆代替木屑种植蘑菇	1540
原料化	秸秆质乳酸、聚乳酸	暂未产业化，取决于产品价格

数据来源：CNKI，华经产业研究院，东北证券

生物溶剂法有望解决秸秆原材料一致性问题。圣泉集团利用“圣泉生物溶剂法”生物质精炼技术，将秸秆中碳含量高且易于成炭的木质素、部分半纤维素和纤维素组分有选择性的溶剂到生物溶剂中，在生物溶剂中发生分子间重排及分子内重排，在重排中，迁移分子或基团完全游离并脱离原来的体系，然后与新体系进行重新排列连接。通过重排等分子设计手段按照工艺要求进行树脂化形成生物基树脂，进一步加工成生物炭作为硬碳前驱体。经过重新合成的生物基树脂，分子量组成均一，物理化学性质稳定，形成的生物炭结构及成分一致。

3.3．原材料供应渠道或构成生物质基硬碳行业壁垒

与锂电负极不同，生物质基部分原材料非工业品，原材料供应渠道或构成行业壁垒。锂电负极主要原材料为针状焦（适用中高端电池）和低硫焦（适用低端电池），行业发展初期，成熟的上游原材料市场为锂电负极材料产业化提供便利。但是生物质基硬碳原材料多为植物器官、生物提取物和生物废料。像秸秆、木材、竹子涉及运输半径问题，企业需要贴近资源地区，以保证合理采购成本；同时需要在长期采购积累中建立稳定供应商和原材料供应体系。

图 27：2011-2018年针状焦应用市场需求量(万吨）

数据来源：中国产业信息网，东北证券

图 28：2011-2018年针状焦应用市场需求占比

数据来源：中国产业信息网，东北证券

图 29：2021年我国石油焦下游需求分布

数据来源：百川盈孚，东北证券

图30：2021年1-9月华东地区低硫焦下游需求分布

数据来源：隆众资讯，东北证券

4．行业盈利空间测算

2023年钠电负极材料行业从“0”到“1”，未来空间广阔。参考《储能经济性诉求驱动，钠离子电池开启量产之旅》中对钠离子电池出货量测算，预计2023-2025年钠离子电池出货分别为10.2/66.2/166.6GWh。假设1GWh负极材料耗用量为0.15万吨，负极材料单吨净利为 0.8万元，我们预计 2023-2025 年行业利润空间分别为1.2/7.9/17.5 亿元。

表13：行业盈利空间测算

	2023E 2024E	2025E
钠离子电池出货量(GWh)	10.2 66.2	166.6
1GWh 负极材料耗用量（万吨）	0.15 0.15	0.15
负极材料需求 (万吨)	1.5 9.9	25.0
负极材料单吨净利 (万元)	0.8 0.8	0.7
行业利润空间 (亿元)	1.2 7.9	17.5

数据来源：东北证券

5．风险提示

(1) 钠离子电池成本下降节奏及技术进步不及预期

(2) 钠离子电池产业链配套发展不及预期

（3）下游储能、电动两轮车等发展不及预期

研究团队简介：

周颖：伯明翰大学国际商业学硕士，现任电力设备新能源组证券分析师，2019年加入东北证券。

胡易琛：曼彻斯特大学高级工程材料硕士，中国科学技术大学物理学本科，2021年加入东北证券，现任东北证券新能源车组研究助理。曾任国联汽车动力电池研究院有限责任公司技术主管职位。

重要声明

本报告由东北证券股份有限公司（以下称"本公司"）制作并仅向本公司客户发布，本公司不会因任何机构或个人接收到本报告而视其为本公司的当然客户。

本公司具有中国证监会核准的证券投资咨询业务资格。

本报告中的信息均来源于公开资料，本公司对这些信息的准确性和完整性不作任何保证。报告中的内容和意见仅反映本公司于发布本报告当日的判断，不保证所包含的内容和意见不发生变化。

本报告仅供参考，并不构成对所述证券买卖的出价或征价。在任何情况下，本报告中的信息或所表述的意见均不构成对任何人的证券买卖建议。本公司及其雇员不承诺投资者一定获利，不与投资者分享投资收益，在任何情况下，我公司及其雇员对任何人使用本报告及其内容所引发的任何直接或间接损失概不负责。

本公司或其关联机构可能会持有本报告中涉及到的公司所发行的证券头寸并进行交易，并在法律许可的情况下不进行披露;
可能为这些公司提供或争取提供投资银行业务、财务顾问等相关服务。

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分析师声明

作者具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格，并在中国证券业协会注册登记为证券分析师。本报告遵循合规、客观、专业、审慎的制作原则，所采用数据、资料的来源合法合规，文字阐述反映了作者的真实观点，报告结论未受任何第三方的授意或影响，特此声明。

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	同步大势	未来6个月内，行业指数的收益与市场基准持平。
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钠离子电池硬碳材料行业报告：钠电负极换新，新玩家入场，供给与需求有望形成共振-20230109-东北证券-24页