1、硅基负极材料技术发展
硅材料应用于锂电负极的研发始于上世纪90年代，直至13、14年才分别实现硅碳负极、硅氧负极的产业化。现阶段，动力电池领域主要用硅氧负极，虽然硅氧负极容量不如硅碳，但循环性能相对较好，而循环寿命对于动力电池更为重要。硅碳负极由于循环性能劣势，目前主要用于电动工具以及消费电子等领域。2013年成功应用到三星电动工具。2017年，松下将硅氧负极应用于特斯拉的Model3电池中，在传统石墨负极材料中加入10%的氧化亚硅，电池克容量增加到550mAh/g以上，单体能量密度达300wh/kg以上。
日韩企业在硅基负极材料领域处于行业领先地位，如日本信越化学、大阪钛业、日立化成、昭和电工和韩国大洲等。日本信越化学主营半导体、有机硅和高分子等产业，硅氧负极专利数行业领先。截至2019年，信越化学关于硅负极在全球申请了210项专利，其中硅氧负极187项，这说明信越的研究重心是硅氧。信越化学硅氧最早专利申请时间是在2000年，2007年开始加大专利申请速度，在2017年达到顶峰。信越化学主业在半导体领域，硅负极只是其细分板块有机硅一个应用下游，公司是发展多年的技术型公司，对应硅负极更多是技术领域内领先，且公司不做人造石墨，故我们认为公司产能扩张和出货量相对有限。
贝特瑞研发和量产供货领先同行。2010年取得硅基负极材料的技术突破，并于2013年实现批量出货，客户系松下、三星。贝特瑞硅碳、硅氧两手抓，且在持续更新迭代。截至20年，硅碳负极已开发至第三代产品，比容量从第一代的650mAh/g提升至第三代的1500mAh/g，正在开发第四代硅碳负极材料产品，硅氧负极部分产品比容量达到1600mAh/g以上。拟扩产4万吨硅基负极，加上现有的3000吨产能，总产能在4.3万吨。
硅负极的应用一般是和人造石墨复合（称作硅基负极），故可将生产工序分为：1）前端工序：硅材料处理。2）后端工序。硅基负极分为硅碳和硅氧两条路线，硅碳的核心是制备纳米硅，硅氧的核心是制备氧化亚硅。硅碳负极：纳米硅制备核心是研磨，此处一般耗能较大。硅氧负极：氧化亚硅可直接外购，也可通过购买硅粉和二氧化硅自行制备，但直接购买的氧化亚圭也无法直接和人造石墨复合制备硅氧负极，需进行处理。从制备方式上看，硅负极生产可分成机械球磨法、化学气相沉积法、高温热解法、溶胶凝胶法，我们认为机械球磨和化学气相沉积法在工业化量产中更为主流。
硅材料理论容量高达4000mAh/g，但膨胀率高达300%，商业化应用时一般采用以下方式缓解膨胀效应：
纳米化：硅纳米化后可明显缩小体积，提高循环性能，但纳米粒子合成工艺复杂，粒径大小和形貌不易控制。
与石墨复合：碳材料的体积变化较小、循环性能良好，硅材料体积膨胀大、循环性能差而比容量最大，将两种材料复合可得到具有高容量、体积变化较小、循环性能较好的硅碳复合材料。
采用氧化亚硅：硅氧材料较硅单质有效缓解了体积膨胀，提升了循环性能，但降低了首次效率。由于氧化亚硅（SiOx，0＜x＜2）首次嵌锂的过程中会生成金属锂氧化物LixO及锂硅化合物，可有效缓冲脱嵌锂产生的体积膨胀，从而提高循环性能，SiOx材料在嵌锂过程中的体积膨胀仅为118%左右，但带来的副作用是SiO使得Li在首次嵌入到材料的过程中会生成没有电化学活性的Li4SiO4材料，且该过程是不可逆的，导致SiOx材料的首次效率远远低于石墨和硅碳材料，并且比容量相对硅碳及纳米硅也较低，只有1700Ah/g，但仍然远高于石墨，而且相比而言，具有更小的体积膨胀和更好的循环稳定性对于动力电池更为重要，因此在动力电池领域该路线更具发展前景。p硅材料产业化时一般和石墨材料复合（也就是说均采用上述的与石墨复合，硅的选择纳米化或者采用氧化亚硅），根据硅来源的不同分为硅碳（Si/C）负极材料及硅氧（SiO/C）负极材料两种：
硅碳负极：采用纳米硅和石墨材料混合，目前商业化容量在450mAh/g以下，首效高，但体积膨胀系数过大，导致其循环差，一般在500-600周，无法达到国标规定的动力电池循环1000周的标准，一般用于消费电池。
硅氧负极：采用氧化亚硅和石墨材料混合，目前商业化应用容量主要在450-500mAh/g，成本较高，首效相对较低，但循环性能相对较好，既可用于消费也可用于动力。
2、硬炭负极材料技术发展
由于Na+半径较大，传统的石墨材料无法满足高储钠能力，石墨作为钠离子电池负极材料时，由于钠-石墨化合物热力学不稳定，形成的钠碳化合物仅提供31mAh/g的容量。
软硬碳：无定型碳根据是否能被石墨化分为软硬碳，软碳（可石墨化）拥有短程有序的石墨化微晶结构利于插层储钠，优势在于价格低，安全性能好，但由于高电压平台使得电池能量密度低，同时存在可逆钠容量不足短板；硬碳（不可石墨化）得益于较大的层间距离和晶格缺陷，拥有更多可逆储钠点位，表现出较高的可逆容量、稳定的结构以及长的循环寿命，但倍率性能及首次效率较差，目前对硬碳的储钠机制仍有争议，主流厂商多使用硬碳材料作为钠电池负极材料。
无定形碳通常由有机前驱体在500-1500℃温度下热解产生，无需石墨化过程，热解后的最终产物是硬碳还是软碳，主要取决于前驱体的性质。热固性前驱体（富氧或是缺氢），例如聚偏二氯乙烯、木材、纤维素、羊毛、酚醛树脂、棉花、糖类或环氧树脂等，在热解过程中发生固相碳化，容易形成硬碳。热塑性前驱体（富氢或者缺氧），例如聚氯乙烯、聚苯胺、石油化工原料及其下游产品（煤碳、沥青和石油焦等），在热解过程中发生熔融碳化，有机高分子发生重排，容易形成软碳。
中科海钠科技有限责任公司是一家专注于新一代储能体系-钠离子电池研发与生产的高新技术型企业。中科海钠现拥有以中科院物理研究所陈立泉院士，胡勇胜研究员为技术带头人的研究开发团队，拥有多项钠离子电池核心专利，是国际少有的拥有钠离子电池核心专利与技术的电池企业之一。低成本钠离子电池有望在低速电动车、电动船、家庭储能、电网储能等领域获得应用。
无烟煤是优秀的钠离子电池负极材料原料。无烟煤是一种致密坚硬且具有高光泽的煤矿品种，是煤化程度最高的煤，不仅具有固定碳含量高、灰分和挥发分低等特点，而且其在性能与结构上与针状焦和石油焦具有较高的相似性。尤其是低灰优质无烟煤，在经过高温处理后灰分可以降到3%以下。无烟煤由于煤化程度较高，直接热解的收率高达90%。最后，无烟煤可以提高负极材料碳的收率，从而降低成本。
中科院物理研究所采用无烟煤作为前驱体，通过简单的粉碎和一步碳化得到一种具有优异储钠性能的碳负极材料。裂解无烟煤得到的软碳材料，在1600°C以下仍具有较高的无序度，产碳率高达90%，储钠容量达到220mAh/g，循环稳定性优异，性能优于来自于沥青的软碳材料。
中科海钠推出的全球首套1MWh钠离子电池储能系统即利用无烟煤作为前驱体制备钠离子电池负极材料，具有成本低、安全性能高等特点。无烟煤软碳负极材料是目前所有碳基负极中性价比最高的，用无烟煤制备无定形碳负极材料将有利于大幅降低电池成本。相比于生物质硬炭，无烟煤在规模化生产上更有优势。生物质硬碳产能率较低，只有20%~30%，无烟煤的煤化程度最高，直接热解会有90%的收率，使得碳产量可以短期内迅速提升，因此无烟煤在负极材料中具有极高的性价比。
