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                智駕網 2022-11-30 13:41
                鈉離子電池量產元年來了?
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                鈉離子電池似乎正在成為電池業新的寵兒。

                日前,有媒體報道,比亞迪計劃于2023年二季度量產鈉離子電池。由弗迪電池承擔鈉離子電池的研發、量產任務,目前鈉離子電池處于樣品驗證階段。


                此前也有傳言稱,比亞迪全固態鋰電池在重慶生產即將裝車試驗。


                隨后,比亞迪官方回應——“近期對固態電池、鈉離子電池的傳言,經向公司確認后,均為不實信息?!?/p>


                雖已辟謠,但這一消息再次將鈉離子電池這一概念引發資本市場關注。


                除了弗迪電池,包括寧德時代、億緯鋰能、欣旺達等多家頭部動力電池企業均已布局鈉離子電池業務。


                有說法認為,2023年或將成為鈉離子電池量產元年。


                納離子電池能接續鋰電池開啟自己的時代嗎?


                01.

                鈉離子電池受到青睞


                鈉離子電池和鋰離子電池研究均起始于20世紀70年代,但因為鈉的質量和體積較大,鋰離子電池的能量密度更優,所以在兩者價格相差不大的情況下,人們更傾向于使用鋰電池。


                直到2010年后,鈉離子電池的研發取得進展,國內外鈉離子電池的商業化進程開始提速,相關創業公司涌現,2017年國內第一家鈉離子電池創業企業中科海鈉注冊成立。


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                而近期鈉離子電池重新興起,很大一部分原因是鋰電池原材料價格的飆升。SMM最新報價顯示,今日電池級碳酸鋰價格為55.8~57.5萬元/噸,均價56.65萬元/噸。而去年1月初其價格僅為6.2萬-6.7萬元/噸左右。


                此外,全球鋰資源儲量相對少且分布不均,美國地質勘探局調查數據顯示,全球超過一半(約53%)的可開發鋰資源儲量集中在南美洲,中國作為動力電池制造大國只占14%。


                相反,鈉資源的儲量豐富,是鋰元素的一千多倍,且資源分布平均,在地殼和海洋中即可獲得。


                在原材料價格和資源儲備的雙重作用下,鈉離子電池也自然成為未來電池又一發展方向。


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                但目前來看,鈉離子電池還處在產業化起步階段。


                而且,由于目前鈉離子電池還不具備規模效應,因而相較于鋰離子電池,也還不存在所謂的“性價比”,且還需要依靠國家出臺的補貼政策。但實現規?;?,其成本將明顯低于鋰離子電池。


                02.

                鈉離子電池構造


                構造上,鈉離子電池與鋰離子電池基本一致,均由正極、負極、電解液、隔膜等組成。鈉離子電池的正極材料有層狀過渡金屬氧化物、普魯士藍(白)類化合物、聚陰離子化合物三種主流技術路線,負極材料則以硬碳和軟碳為主。



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                層狀氧化物能量密度三者最高,制備工藝成熟,可逆比容量高,有望率先產業化,缺點在于穩定性較低,國內目前采用該材料的主要是中科海鈉。


                普魯士藍電化學性能好,成本優勢明顯,但技術門檻較高,目前寧德時代采用的是該路線,計劃23年實現產業化。


                聚陰離子化合物結構穩定但比容量較低、導電性偏低,較難大規模生產,國內尚無頭部企業布局該路線。


                目前暫時還沒有明確的技術路線。


                負極材料方面,無定形碳更有利于鈉離子的嵌入脫出,是鈉離子電池的首選負極材料。無定形碳按照石墨化難易程度可劃分為軟碳和硬碳,軟碳成本更低,硬碳具有較高的儲鈉容量,但成本較高。



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                其他方面,鈉離子電池電解液的溶劑和鋰離子電池相似,溶質為六氟磷酸鈉,隔膜則基本沿用鋰離子電池隔膜,正負極集流體則都可以使用鋁箔。


                此外,鈉離子電池生產工藝路線與鋰離子電池相似,設備具有一定兼容性。但是前段改造的成本隨技術方案不同變化較大,同樣外形下中后段影響較小。鈉離子電池相對來說,體積更大,如果外形不同,產線可能無法兼容。


                03.

                鈉離子電池特征


                相較于鋰離子電池,鈉離子電池具有成本低、高低溫性能優異、安全性高、具備快充能力等優點,主要缺點則是能量密度低。目前主流鈉離子電池廠商開發的一代產品能量密度區間為100-160Wh/kg,和磷酸鐵鋰的能量密度區間存在部分重合。



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                ▲各化學體系電池性能指標對比圖片來源:高工產研鋰電研究所(GGII)


                其性能決定了鈉離子電池在儲能領域更具競爭力,另外在兩輪車以及低速電動車領域也有一定市場。


                首先,從成本來看,相比較鋰電池而言,鈉離子電池所需的鈉資源廣泛,價格低廉穩定。


                據中科海鈉數據顯示,鈉離子電池銅基正極成本相比磷酸鐵鋰正極可降低近60%。同時,由于鈉與鋁不易發生合金化反應,鈉離子電池集流體全部可使用鋁箔代替銅箔,成本降低近70%。


                根據綜合測算,鈉離子電池成本相比性能接近的磷酸鐵鋰電池可降低約30%-40%。



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                數據來源:中科海鈉官網


                不過,由于目前鈉離子電池制造工藝尚未完全成熟,制造規模較小,其制造成本約為1 元/Wh,與三元鋰電池相當。但在規模效應的加持下,鈉離子電池成本有望進一步壓縮至0.2~0.3元/Wh。


                在安全性方面,由于鈉離子電池的電阻比鋰離子電池高,當發生短路等現象時,鈉離子電池的安全性能也相對更高。而且,鈉離子電池的電解液也被證明比鋰離子電池更穩定,在儲存、運輸方面比鋰電池更方便。


                在能量密度上,寧德時代去年7月份發布的第一代鈉離子電池能量密度達160Wh/kg,為目前全球最高水平。常溫下充電15分鐘,電量可達80%以上。


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                寧德時代表示第一代鈉離子電池的能量密度略低于目前的磷酸鐵鋰電池,但在低溫性能和快充方面具有明顯的優勢,特別是在高寒地區,在-20°C低溫環境中,鈉離子電池也具有90%以上的放電保持率。


                在乘用車應用方面,寧德時代認為鈉離子電池普遍可以滿足續航400公里以下的車型需求。同時,寧德時代計劃將下一代鈉離子電池能量密度提高至200Wh/kg。


                至于鈉離子電池能否替代鋰離子電池,由于二者在能量密度上的差距明顯,鈉離子電池不會完全取代鋰離子電池,但鈉離子電池的發展也會倒逼鋰離子電池持續降本增效。


                此外,寧德時代也計劃通過AB電池系統集成技術,實現鈉鋰混搭,優勢互補,提高電池系統的能量密度,使鈉離子電池應用有望擴展到500公里續航車型。


                04.

                目前發展情況


                總體來說,目前國內鈉離子電池產業正處于產業化初期階段,多家電池企業正在研發鈉離子電池,其相關的上游材料配套也在逐步建設,同時技術路線還存在一定的不確定性。


                目前,國內布局鈉離子電池業務的企業大致可以分為兩大類。一類是以寧德時代、欣旺達和億緯鋰能等為代表的鋰電巨頭企業,另一類則是以中科海鈉、眾鈉能源等為代表專注于鈉離子電池領域的初創企業。


                對于鋰電池一線廠商而言,發展鈉離子電池業務主要是出于搶占新興市場先機的考量。而鈉離子電池初創企業則主要背靠國家研究院、高??蒲袌F隊,業務方向更加聚焦,且產品進程相較于鋰電池廠商沒有明顯的落后。


                從發展進度來看,目前中科海鈉已經擁有自己的量產線。而據業內人士估計,明年應該會有比較多的中試線。從實驗線到中試線到量產線,就是逐步把電芯的性能指標穩定下來的過程。


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                不過目前鈉離子電池材料形式多,還未形成統一的發展趨勢,仍處于由國家推動的階段,其自身的成本和售價還不足以取得優勢,需要靠一定的補貼。


                但一方面由于鈉離子電池的后發優勢,另外一方面是它可以兼容整個鋰離子電池的生產工藝,鈉離子電池未來商業化的進程,一定會比鋰離子電池要快很多但是商業化至少也需要2-3年的時間。


                在具體企業方面,寧德時代去年7月份發布的第一代鈉離子電池能量密度達160Wh/kg,為目前全球最高水平。常溫下充電15分鐘,電量可達80%以上。第一代鈉離子電池的能量密度略低于目前的磷酸鐵鋰電池,但在低溫性能和快充方面具有明顯的優勢,特別是在高寒地區,在-20°C低溫環境中,鈉離子電池也具有90%以上的放電保持率。


                欣旺達電子股份有限公司創立于1997年,是鋰離子電池領域的領軍企業,目前擁有鈉離子電池補鈉的方法、鈉離子電池及其制備方法等多項專利,與南開大學合作設立院士工作站,共同研究新型鈉離子電池等關鍵材料及技術。目前暫未量產鈉離子電池。


                中科海鈉科技有限責任公司成立于2017年2月,技術來自中科院物理所成果轉化,在關鍵材料方面已獲國內外專利近三十個,處于國內領先地位。今年4月,公司獲得A+輪融資,華為此輪入股成為中科海鈉第三大股東。其鈉離子電池的能量密度目前已達到145 Wh/kg,循環壽命達4500次以上,工作溫度為-40℃-80℃,具備快充能力,160Wh/kg以下為目標應用場景。


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                目前中科海鈉在建兩條規模量產線,第一條與三峽能源、三峽資本和安徽省阜陽市政府合作,規劃鈉離子電池產能5GWh,第一期規模為1GWh已于今年7月落成;第二條產線與華陽股份合作,規劃1GWh鈉離子電池pack產能計劃今年投產。


                江蘇眾鈉能源科技有限公司成立于2021年1月,由蘇州大學、南京大學、廈門大學、福州大學、浙江大學及中科院納米所等高校的聯席科學家團隊組建,今年3月獲由碧桂園創投獨家領投的新一輪融資。


                眾鈉能源的核心專利技術為高性能正極材料制備方法,正極為聚陰離子型鐵基材料與碳基復合材料,負極為商業化硬碳,產品為硫酸鐵鈉電池,應用場景包括大規模儲能、低速電動工具等領域。


                眾鈉能源現處于中試驗證階段,已與多家下游客戶達成戰略合作,第一代量產產品將于年內啟動交付,計劃在2023年進入量產階段,2023年電芯產能規劃達GWh級。


                電動汽車的高速發展,正催熟納離子電池產業,雖然業內不認為鈉離子電池會完全取代鋰離子電池,但隨著汽車產業的全面電動化,不同的出行工具對電池性能的要求不同,納離子電池的商業化應用具有巨大的想像空間。


                而納離子電池一旦量產商業化,動力電池對電動汽車成本的制約會進一步減弱,相信電動汽車的售價將有進一步下探的空間。

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