Hard Carbon Anodes for Sodium-ion Batteries

1.1 基本定义

硬碳是难石墨化碳的统称，属于非晶碳材料：内部有大量无序孔洞和扭曲的石墨微晶层，即使经过约 2800℃高温处理也难以转变为石墨。在钠离子电池体系中，硬碳凭借丰富的闭孔与微孔结构容纳钠离子嵌入脱出，具备较高的可逆容量（主流产品 280–350 mAh/g，头部样品超 400 mAh/g）与合适的低电压平台，是现阶段产业化钠电池的主流负极选择。全球硬碳负极市场中，钠离子电池应用占比已达 64.9%。

硬碳、软碳与石墨构成碳材料石墨化难易的连续谱系，分野在于高温（约 2800℃）处理后能否转变为规整石墨：石墨与软碳（易石墨化碳，如石油焦、针状焦、中间相碳微球）可石墨化，硬碳则因前驱体热解时形成交联骨架、碳层被共价键“锁定”而难以重排，属难石墨化碳。这一结构特征带来两个直接后果：其一，层间距大于石墨（硬碳 d002 约 0.37–0.40 纳米，石墨为 0.335 纳米）；其二，内部保留大量纳米孔洞与无序区——恰好为离子半径较大的钠离子（0.102 纳米，远大于锂离子的 0.076 纳米）提供可逆存储空间。而石墨层间距过小、难以有效嵌钠，这正是钠电池负极必须采用无定形碳而非石墨的根本原因。

术语上，“硬碳”与“硬炭”同义，炭素行业的规范用字为“炭”（《硬炭》国家标准即采用“炭”字，本报告循行业习惯混用）。硬碳还需与两类近邻材料区分：活性炭同样由生物质等前驱体碳化活化制得，但以高比表面积（常达 1000 m²/g 以上）与表面吸附为主，容量虽高却首效极低、电压曲线全程倾斜而无平台，不适配电池负极；炭黑为气相生成的纳米级球形碳，仅用作导电剂。硬碳的辨识特征在于——低比表面积（量产产品通常低于 20 m²/g）、以闭孔与层间为储钠主体、具备可辨的低电位平台区。

1.2 工作原理与储钠机制

钠离子电池充电时，钠离子从正极脱出，经电解液穿过隔膜嵌入负极硬碳的储钠位点；放电时反向脱出。硬碳的储钠机制学界普遍接受“插层—填孔”两段式模型：低电压平台区对应钠离子在石墨微晶层间的插层，高电压斜坡区对应钠离子在孔洞、缺陷位点的吸附填充。这一机制决定了硬碳的容量与首效高度依赖微观结构调控——碳化温度、保温时间、保护气氛的微小波动都会显著改变孔洞分布与层间距，进而影响批次性能。

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硬碳储钠机制的学术认知经历了从单一到复合的演进。早期“插层模型”认为钠离子仅嵌入类石墨微晶层间，但该模型无法解释远超石墨理论值的高容量；随后“吸附—插层模型”提出——斜坡区容量来自表面与缺陷位点的吸附、平台区容量来自层间插层；当前主流为“吸附—插层—孔填充”复合模型：低电位平台由微晶层间插层与纳米闭孔填充共同贡献，高电位斜坡则由表面官能团与边缘缺陷的吸附主导。原位 XRD、原位拉曼与小角 X 射线散射等表征共同证实，闭孔内的孔填充是平台区额外容量的主要来源。

从充放电曲线看，硬碳呈“斜坡＋平台”两段特征：斜坡区（约 1.0–0.1V）对应吸附过程，平台区（0.1V 以下）对应插层与孔填充。平台容量占比是衡量硬碳品质的关键——优质产品的平台容量可占总可逆容量的六成以上；占比越高，放电平均电压越低，全电池的能量密度越高。反之，斜坡区容量虽计入总容量，却抬高平均工作电压、稀释能量密度，因此“提高平台容量、压缩斜坡容量”是高端硬碳的核心技术方向。

决定上述行为的关键结构参数有四类：层间距 d002（越大越利于钠离子插层，硬碳通常为 0.37–0.40 纳米）、微晶尺寸 La/Lc（反映石墨化有序度）、比表面积 BET（过高会加剧电解液副反应）以及闭孔体积（近似正比于平台容量）。其中“闭孔”（closed pore，孔道与外界不连通、电解液无法进入）是钠离子可逆存储的核心空间，区别于与表面连通的“开孔”（open pore）——后者利于电解液浸润与离子快速传输，却也提供不可逆副反应位点，普遍与低首效相伴。硬碳结构调控的本质，就是在保留足量闭孔的同时抑制开孔与表面活性缺陷。

首次库仑效率的损失主要来自三处：一是电解液在负极表面还原分解、构筑固体电解质界面膜（SEI）所消耗的不可逆钠；二是钠离子被表面官能团、边缘缺陷等深势阱位点不可逆捕获；三是被过深嵌入或滞留于闭孔深处、无法脱出的“死钠”（dead sodium）。其中 SEI 形成近似一次性消耗，而缺陷捕获与死钠则与材料的无序度、闭孔入口尺寸直接相关。由此，提升首效的路径集中于三条：表面钝化以减少活性缺陷、调控闭孔入口尺寸以阻止溶剂共嵌并便于钠脱出、以及通过电解液体系适配生成薄而稳定的 SEI（相关工程实践详见 6.2）。

1.3 主要分类：三大原料路线

按前驱体原料划分，硬碳制备路线主要分为生物质基、树脂基、煤/沥青基三大方向。2025 年国内前驱体使用比例中，生物质基占 54.3%（椰壳炭 31.6%、竹基炭 15.2%、秸秆基 7.5%），煤基路线快速升至 28.9%，树脂基约 16.8%。

三条路线的差异贯穿“前驱体—工艺—结构”全链条。生物质基以椰壳、竹材、秸秆等天然高分子为原料，木质素与纤维素在热解中形成天然交联骨架与丰富孔道，工艺含酸洗除灰、预碳化与 1200–1600℃碳化；结构上开孔较多、灰分受原料影响大，但成本低、资源可再生，是量产主力。树脂基以酚醛树脂等合成高分子为前驱体，分子结构可设计、纯度高、批次一致性最好，碳化后闭孔规整、首效领先，代价是原料昂贵。煤/沥青基以无烟煤、煤沥青、石油沥青为原料，碳收率高（50%–60%）、原料成本最低，但杂质与硫含量高、易石墨化，须以预氧化交联与深度提纯抑制有序化、锁定层间距。

从“性能—成本—场景”三维看，三条路线形成清晰分工：树脂基定位高端（车规快充、3C、出口），以一致性与高首效换取溢价；生物质基覆盖中端主流（储能、两轮车），以性价比取胜；煤/沥青基瞄准大储与低成本场景，其成败取决于能否把成本压到 2 万元/吨以下并解决批次稳定性。三者并非替代关系，而是随下游场景的差异化需求长期并存——高端要性能、中端要平衡、低端要成本，这一格局决定了三条路线各有其不可替代的生存空间。

1.4 产业链构成

硬碳位于钠电产业链上游材料环节，占钠电芯材料成本约 16%–18%，仅次于正极（约 43%）与电解液（约 12%），是第三大成本项。产业链一体化成为趋势：电芯厂向上绑定硬碳企业甚至参股自建产线，锁定供给、联合优化材料匹配性——传艺科技、汉行科技、中科海钠等均走“硬碳+正极+电芯”一体化路线。

从上游到下游，硬碳产业链可分为三环：上游为前驱体（生物质收储、树脂单体、煤/沥青）与核心装备（碳化窑炉、提纯设备）；中游为硬碳材料制备，涵盖前驱体预处理、碳化、改性、提纯与筛分，是技术与价值最集中的环节；下游为钠电芯制造与终端应用（储能、两轮车、乘用车、启停电源）。价值分配上，硬碳占钠电芯材料成本约 16%–18%，位列正极与电解液之后；而在硬碳自身成本中，前驱体与碳化能耗合计占大头，因此“前驱体自供＋连续化碳化”成为头部企业构筑成本优势的共同选择（详见第四章）。

产业链的瓶颈与价值传导同样需要厘清：真正制约供给的不是规划产能，而是“有效产能”——受窑炉调试、批次合格率与客户认证周期（6–12 个月）约束，大量名义产能短期无法转化为合格交付；同时上游椰壳原料依赖东南亚进口、煤基原料受环保与杂质约束，原料端的稳定性直接决定成本与一致性上限。因此评估硬碳企业的产业链竞争力，须穿透“规划吨位”看有效产能、看原料自给率、看客户放行比例，三者共同决定其实际地位（口径提示见 2.3 与 7.10）。

2.1.1 行业发展现状

据 SPIR（2026 年 7 月），2025 年全球钠电行业负极材料出货约 1.2 万吨，同比增长 140%；预计 2030 年达 141.9 万吨，其中硬碳负极占比超 85%。2026 年一季度全球钠电池负极出货 4680 吨，预计 2026 年全年出货 3.6 万吨，同比增长 200%。2025 年中国钠电池出货约 3.7–5.25 GWh（不同机构口径），2026 年预计突破 15 GWh（东吴证券，同比+127%），SPIR 全球口径预测达 29.2 GWh。

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理解上述数据，口径差异是关键：“全球负极材料出货”（含各类负极）与“硬碳负极出货”并非同一概念——本节 SPIR 口径的 1.2 万吨指钠电行业负极材料、其中硬碳占比超 85%，而 2026 年一季度 4680 吨、全年 3.6 万吨则为全球钠电负极口径。增速方面，2025 年出货同比增长 140%、2026 年预计再增 200%，主要驱动力来自储能场景集中并网与两轮车钠电车型放量，而非单一细分场景。需注意：出货量对应电芯厂采购口径，与“产能”“产量”分属不同统计维度，不宜混用。

2.1.2 区域布局情况

全球硬碳供给高度集中于中国。日本可乐丽是经典树脂基硬碳标杆（FS-200 产品比容量 315 mAh/g、首效 82.1%），长期占据高端市场，但扩产保守（产能约 1.2 万吨、聚焦高端）、价格高企（2026 年进口硬碳均价约 9.08 万元/吨）；中国依托生物质资源、煤炭禀赋与锂电碳材料产业基础，已形成全球最大的硬碳产能与出货规模，国产中低端产品均价仅为进口的三分之一。

中国主导全球硬碳供给的根源有三：一是资源禀赋——生物质（椰壳、竹材、秸秆）与煤炭资源丰富，前驱体可得性全球最优；二是产业基础——锂电负极十余年积累的石墨化、碳化、改性工艺与装备体系可直接迁移；三是规模效应——万吨级产线摊薄固定成本，使国产中低端产品均价仅为进口的三分之一。进口方面，日本可乐丽仍在高端树脂基领域保有技术与品牌壁垒，其产品主要供应对一致性要求苛刻的车规与高端消费电子场景，短期内国产难以完全替代；但从产能与出货总量看，中国已形成压倒性规模优势。

2.1.3 企业布局情况

国内已有超过 30 家企业布局钠电负极材料（绝大部分为硬碳）：既包括贝特瑞、杉杉股份等锂电负极龙头跨界，也包括佰思格、国科炭美、容钠新能源、极电特能、富钠能源、果曼钠电等专业化新势力，还有华阳股份、陕煤泾久、中煤华利等煤炭系企业依托资源禀赋切入。详见第七章逐家分析与图表 17 全景表。

从进入路径看，国内布局者可分为三类：一是锂电负极龙头跨界（贝特瑞、杉杉股份），凭借既有客户关系与制造体系快速切入；二是专业新势力（佰思格、国科炭美、容钠新能源等），以硬碳为唯一主业、技术聚焦度最高；三是资源系企业与一体化玩家（华阳股份、陕煤泾久、中煤华利、汉行科技），以煤炭或前驱体资源自给构筑成本壁垒。三类玩家的竞争逻辑不同——跨界者拼规模与客户、新势力拼技术与迭代速度、资源系拼成本与原料保障，这决定了行业不会出现单一模式的赢家。

2.1.4 关键技术突破

• 克容量突破 400 mAh/g：佰思格 2024 年研发出克容量≥400 mAh/g、首效≥92%的硬碳材料，NHC-4 产品首效 84.2%，优于日本可乐丽 FS-200 的 82.1%；

• 煤基路线产业化破冰：中煤华利 2025 年 6 月完成千吨级煤基硬碳工业示范线验收，成为国内首家实现煤基硬碳稳定量产的央企背景供应商；国科炭美千吨级线 2025 年 6 月量产出货；

• 高压实产品迭代：杉杉 SC-1200 压实密度达 1.49 g/cm³；华阳无烟煤基产品压实 1.25 g/cm³、首效 92%。

上述突破的技术内涵各有侧重：克容量突破 400 mAh/g 的意义在于逼近硬碳的容量上限，主要靠闭孔结构调控与缺陷工程实现；煤基路线产业化的难点在于低灰低硫原料筛选与预氧化交联工艺，其千吨级线验收标志着“资源系”路线的工艺可行性获验证；高压实产品（1.49 g/cm³）则通过粒径级配与形貌控制实现，直接提升极片体积能量密度，是车规级的入门门槛。三者分别代表“容量—成本—能量密度”三条突破主线，共同构成 2026 年硬碳技术迭代的主轴（研发前沿详见 6.1）。

2.2.1 相关政策发布

核心政策为 2026 年 7 月 16 日财政部、海关总署、税务总局联合发布的《关于调整部分电池消费税政策的公告》（2026 年第 20 号）：钠离子电池自 2026 年 9 月 1 日起至 2028 年 12 月 31 日全额免征消费税，锂离子蓄电池 2026 年 9 月起征 2%、2027 年 9 月起征 4%（详见第五章与图表 25）。此外，新国标 GB17761-2024（电动自行车）切换窗口加速两轮车领域铅酸替代，间接拉动钠电需求。

消费税调整的产业逻辑在于“以税差引导技术路线选择”：钠电池全额免征、锂电分步起征，使两者在 2027 年 9 月后形成最高 4 个百分点的名义税差，直接改变储能项目的选型经济性。但须厘清三点：一是免税对象为符合条件的钠电池产品（电池组、储能系统按征管口径核定），并非硬碳等上游材料本身；二是名义税差不等于系统成本同比例变化，实际影响取决于材料成本占比与传导机制；三是政策设有明确窗口（至 2028 年 12 月 31 日），企业须在窗口期内完成国标合规与客户认证以锁定红利。此外，电动自行车新国标 GB17761-2024 的切换窗口，从需求端间接拉动两轮车钠电渗透。

2.2.2 行业发展历程

2021 年前后硬碳以进口可乐丽产品为主、价格约 12 万元/吨；2022–2023 年国内企业中试线陆续落地、国产化起步（元力股份 2023 年 12 月建成投产千吨级煤基线）；2024–2025 年佰思格、贝特瑞、圣泉等实现千吨级至万吨级量产，价格降至 8.6 万元/吨（2025 年均价）；2026 年进入规模化元年——万吨级产线集中投产、煤基路线产业化破冰、消费税免税落地，行业从“技术验证”迈入“规模交付”。

回顾这一历程，可清晰划分为四个阶段：2021 年前的“进口依赖期”，以可乐丽等进口产品为主、价格高企；2022–2023 年的“国产替代起步期”，企业中试线陆续落地、工艺路线跑通；2024–2025 年的“规模化量产期”，千吨级至万吨级产线投产、价格快速下探；2026 年起的“规模交付期”，万吨级产能集中释放、煤基路线破冰、政策红利兑现。驱动力从早期的“进口替代”转向中期的“成本竞争”，再到当前的“场景拉动＋成本竞赛”并重，行业竞争的核心变量也从“能不能做”变为“能不能稳定、便宜地做”。

2.2.3 行业发展态势

供给端：截至 2026 年 4 月全国规划产能 28.7 万吨/年，稳定量产有效产能 6.3 万吨/年；2026 年名义建成产能约 8 万–9 万吨。需求端：2026 年钠电池出货预计 15–29 GWh，对应硬碳需求约 2.2 万–4.4 万吨（按每 GWh 约 1500–2500 吨不同口径系数估算）。价格端：2026 年预计降至 3.5 万–4 万元/吨。行业整体呈现“产能快速扩张、价格持续下行、高端结构性短缺”三大态势。

对本节数据需作三点解读：其一，规划产能（28.7 万吨/年）与稳定量产有效产能（6.3 万吨/年）差距巨大，反映的是“设备调试—批次合格—客户认证”的长周期约束，而非简单的产能过剩；其二，需求测算的区间差异（2.2 万–4.4 万吨）主要源于单耗系数口径不同（每 GWh 约 1500–2500 吨），本报告 8.2 节给出可复算的统一口径（约 1200 吨/GWh）供交叉验证；其三，“高端结构性短缺”指高首效、高压实产品仍供不应求，而低端同质化产品已现价格战——态势的本质是结构性错配，而非总量失衡。

2.2.4 行业发展动力

• 政策催化：消费税“一征一免”形成最高 4 个百分点税差，直接改变储能项目选型逻辑；

• 成本驱动：钠电相对磷酸铁锂的成本逼近临界点，硬碳降价是最后一块拼图；

• 场景放量：储能（2026 年占比预计 60%以上）、两轮车（2026Q1 渗透率 35%）、乘用车（2026 年量产元年）三线并进；

• 资本加持：2026 年以来硬碳赛道融资超 17 起、规模估算突破 20 亿元（佰思格、国科炭美、天目先导、珈钠能源、钠科新材、华开新能源等）。

四重动力的作用机制各不相同：政策催化通过税差改变选型经济性，属“外生冲击”、见效快但有时限；成本驱动是“内生变量”，硬碳降价是钠电成本反超磷酸铁锂的最后一块拼图，决定中长期竞争力；场景放量提供“需求拉动”，储能占六成以上、两轮车与乘用车构成增量极；资本加持则加速产能与技术迭代，2026 年以来 20 亿元级融资集中于头部与新势力，有助于缓解研发与扩产的资金约束。四者形成“政策开路—成本铺路—场景拉动—资本助推”的正向循环，但任一环滞后都可能拖累整体节奏。

2.2.5 市场竞争格局

头部集中度快速提升：佰思格（出货量连续三年第一）、贝特瑞（绑定宁德时代、比亚迪）、杉杉股份（2025 年出货 4120 吨）、中科星城（树脂基性能标杆）、圣泉集团（万吨级率先落地）构成第一梯队；华阳股份、国科炭美、中煤华利、元力股份、汉行科技等煤基/资源系企业快速上量。头部企业满产满销与尾部产线闲置并存，2026–2027 年将是洗牌关键期。

当前格局呈现“头部集中＋尾部出清”并行：头部企业满产满销、订单锁定，中部企业依靠细分场景或成本优势寻找生存空间，尾部缺乏技术、资本与客户的中小产线则面临设备闲置。判断竞争走向的关键变量有三：一是产品一致性（决定能否进入头部电芯厂供应链），二是成本曲线（决定价格战中能否存活），三是客户绑定深度（长协订单提供确定性）。据此，2026–2027 年的洗牌将淘汰大部分低端同质产能，行业集中度有望进一步向“技术＋资源＋客户”三位俱全的企业收敛。

2.2.6 区域布局情况

产能呈现“资源就近+集群配套”特征：四川（遂宁、巴中—佰思格，自贡—容钠）、山东（济南—圣泉）、黑龙江（大庆—圣泉前驱体）、新疆（吉木萨尔—汉行 6 万吨一体化）、安徽（淮南—贝特瑞）、湖南（湘潭—超威 3 万吨、宁钠）、广东（江门—域锦 15 万吨二期）、广西（河池—中科钠基 1 万吨）、内蒙古（包头—湖碳 10 万吨、杉杉基地）、江西（宜春—中科星城、正拓）等。

区域布局呈现“资源就近＋集群配套”的双重逻辑：一方面，产能向原料产地集聚以压缩运输成本——生物质线靠近竹木/椰壳产区（四川、福建、广西），煤基线靠近煤炭基地（山西、陕西、内蒙古、新疆）；另一方面，向下游电芯集群靠拢以缩短供应链——华东、华南、成渝等电池产业集群周边形成配套产能。这一逻辑决定了未来产能分布不会均匀，而是沿“原料—制造—电芯”的地理轴线集中。此外，前驱体与成品产能常分置两地（如圣泉大庆前驱体—济南成品），评估企业布局时须区分“前驱体吨位”与“硬碳成品产能”两种口径。

2.3 中国钠电硬碳负极企业布局情况分析

口径说明：本报告所列产能、出货数据均为钠电硬碳负极专线口径，已尽量剔除企业锂电石墨 / 人造石墨负极产能及其中试共用产线；贝特瑞、杉杉等锂电负极龙头的负极总产能（数十万吨级）与其钠电硬碳专线产能是两个完全不同的口径，请勿混用。跨口径数据以公司公告与 SPIR 统计为准。

三点提示。① 图表 6 中各企业吨位所处阶段不一（已投产、满产、规划、市场调研口径等），阅读时应结合第七章企业小节与图表 18 证据观察表；② 产能利用率（实际产量÷名义产能）、合格率（合格品÷检验量）、客户放行比例（被客户接受量÷交付/送检量）分母不同，不能互换；③ 前驱体吨位、活性炭产能与企业锂电负极总产能，均不等同于钠电硬碳成品产能。

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2.4 中国钠电硬碳负极发展存在的问题

• 技术成熟度与产业化瓶颈：硬碳微观结构对工艺极其敏感，同样原料碳化温度波动几度，成品性能明显变化；小规模中试稳定，扩产到万吨级后批次波动是普遍难题；

• 产能利用率偏低：2026H1 行业平均产能利用率仅 25.9%（2025 年 33.3%、2024 年 27.2%），大量“规划产能”处于设备调试或试生产阶段；代工模式普遍，代工产品首效偏低、一致性弱，无法转化为有效高端供给；

• 原料供给风险：椰壳高度集中于华南及东南亚产区，农林废弃物收储分散；树脂原料价格昂贵；煤基面临杂质/硫控制与环保约束；

• 成本竞争性与认证周期困境：即便降至 3.5 万元/吨，仍高于人造石墨负极（约 2 万–3 万元/吨）；客户认证周期长达 6–12 个月，新建产能短期难以转化为订单。

2.5 中国钠电硬碳负极发展对策建议

• 加速技术突破与量产转化：重点攻关连续碳化装备与批次一致性控制，将中试 know-how 系统化、数字化移植到万吨级产线；

• 构建稳定原料基地：头部企业向上游锁定椰壳/竹基收储网络或煤炭资源（华阳、陕煤模式），以原料护城河对冲价格战；

• 借力政策窗口抢认证：2028 年底免税期截止前完成国标（CMA 检测）合规与头部电芯厂认证，锁定长协订单；

• 差异化定位：避免在低端储能红海正面价格战，向高首效、高压实、长循环的高端产品与细分场景（启停、低温特种）要溢价。