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從2年翻10倍的鋰、頻繁暴漲暴跌的鎳，到“承受不來”紛紛漲價的新能源車企、緊接著當局召開的行業(yè)摸底座談會，一個個不斷傳出的重磅消息讓人目不暇接。
不過，話題再多，歸根結底還是同一個核心：價格太貴。
目前較為普遍的共識是，供需關系的緊張是推高鋰、鎳、鈷等鋰電池原材料價格的重要因素。近年來，新能源汽車市場需求不斷擴大，而鋰鹽等資源開采供給受限，再疊加全球疫情影響，進一步放大了價格的波動。盡管近期受政府調節(jié)及后續(xù)產能逐步釋放的影響，鋰價已開始企穩(wěn)，但長期來看，由于鋰礦等材料屬于不可再生資源，價格最終仍將受制于供需關系。因此，在通過提高供給量調節(jié)市場價格的同時，還需尋找新的可替代電池材料來源，并做好現(xiàn)有材料的循環(huán)利用。
面對水漲船高的鋰價，市場自然不可能一直無動于衷。實際上對于鋰電池替代品的研究和布局早已開始，而近期鈉離子、氫燃料等各種新一代電池技術的產業(yè)化情況也再次受到了市場的高度關注。
那么，鋰電池真的有可能被取代嗎？動力電池產業(yè)未來的發(fā)展方向究竟如何？
· 鈉離子電池 ·
高性價比潛力足，有待技術提升規(guī)?；?br />
3月初，鈉離子電池研發(fā)公司眾鈉能源宣布，該公司獲得了由碧桂園創(chuàng)投獨家領投的新一輪融資。碧桂園創(chuàng)投表示，看好鈉離子電池未來成為儲能市場的主流產品之一，同時在低速電動車市場能夠實現(xiàn)部分的取代鋰電池和鉛酸電池。這也是目前市場對于鈉離子電池應用前景的代表性觀點。
上世紀70年代末，鈉離子與鋰離子電池研究幾乎同步開展。然而，由于在當時的技術條件下，鈉離子電池的能量密度和循環(huán)性能較為有限，鋰離子電池更受到人們的關注。而隨著近年鋰資源分布不均、開發(fā)利用困難等問題逐漸暴露，于是資源分布廣、利用成本低的鈉離子電池又重新回到了人們的視野。
成本方面，與存量稀少的鋰相比，鈉是地殼中含量較高的幾種元素之一，原材料碳酸鈉資源豐富、價格低廉穩(wěn)定，10年價格保持在1-4千元/噸。
鈉離子電池中正極材料多選用鐵、錳、銅等元素，負極所用硬碳工藝要求更低，幾乎擺脫對于價格昂貴的鎳、鈷等稀有元素的依賴，且選擇范圍更廣。
同時，還可使用更為廉價的鋁箔替代傳統(tǒng)鋰離子電池中的銅箔集流體，從而進一步降低電池成本。
據研究顯示，銅基鈉離子電池原材料成本為0.29元/Wh，磷酸鐵鋰電池材料成本為0.43元/Wh，鉛酸電池成本為0.40元/Wh，鈉離子電池材料具備顯著成本優(yōu)勢，比磷酸鐵鋰電池低約1/3。
資料來源：國泰君安證券研究
性能方面，鈉離子電池能量密度優(yōu)于鉛酸，基本與磷酸鐵鋰持平。目前，商業(yè)化鈉離子電池能量密度在100~160Wh/kg，顯著高于鉛酸電池的30~50Wh/kg，比發(fā)展成熟的磷酸鐵鋰電池低10%~20%，但實驗條件下已能做到200Wh/kg。
鈉離子電池所用電解液適用溫度區(qū)間更寬，可達到-40~80°C，在-20°C下容量保持率大于88%，遠高于其他電池，使其能夠解決冬季電動車充電難，以及高寒地區(qū)儲能電站效率低的問題，同時由于材料內阻高、熱穩(wěn)定性高、放熱功率低，相比鋰電池在安全穩(wěn)定性上更有優(yōu)勢。
最重要的是，鈉離子電池與鋰離子電池工作原理相同，組成結構類似，很大程度上二者的產線可以兼容，大大降低了產業(yè)化難度。
不過，理論雖然看起來很美好，但現(xiàn)實中的“硬傷”也同樣不容忽視。
從性質上來說，鈉的離子半徑比鋰更大，所以活性比鋰要低，這使得它在能量密度和循環(huán)特性上的表現(xiàn)都不如鋰。鈉電池能否與鋰電池一較高下，取決于它是否具備足夠經濟性，也就是說，是否能以更低的成本達到更接近鋰電池的性能。
國泰君安近期在研報中指出，盡管鋰電池制造成本相對較高，但它的能量密度提升空間同樣較大，投入商業(yè)化30年來，通過不斷的技術升級，鋰電池實現(xiàn)的降價幅度高達97%。據統(tǒng)計，鋰離子電池年降本幅度約為13%，考慮能量密度后，年降本幅度在原基礎上還能再提升4個百分點。
而鈉離子電池目前由于未開始量產，電芯材料成本較理論更高，仍在0.4-0.5元/Wh，同磷酸鐵鋰成本相當。加上折舊等制造成本，總成本超過1元/Wh，同鋰電池比尚不具備經濟性。待大規(guī)模量產后，隨著制造成本被攤薄，鈉離子電池將具備顯著成本優(yōu)勢。
目前，大多數(shù)商業(yè)化鈉離子電池能量密度集中在140-150Wh/kg，如果電芯能量密度能提升至180Wh/kg，鈉離子電池能夠真正打破磷酸鐵鋰競爭格局。磷酸鐵鋰電池電芯密度的改進方法主要集中在改進工藝和電解液配方，進一步采用刀片結構、JTM結構、大圓柱等創(chuàng)新結構方案，不斷突破應用上限。鈉離子電池也可以通過類似的方法對電芯和系統(tǒng)能量密度進行改進。
另一方面，電池循環(huán)壽命也可以通過材料體系和制造工藝的成熟不斷改進。鈉離子電池在產業(yè)化初期的壽命也僅有500-600次左右，提升到如今的4000次以上僅用了不到5年的時間。如果鈉離子電池壽命能夠達到10000次，將在儲能應用上顯示出優(yōu)異的競爭實力。
圖：電池循環(huán)壽命比較
資料來源：公司官網、國泰君安證券研究
長期來看，鈉離子擁有同磷酸鐵鋰比肩的潛力，疊加其低成本、高安全優(yōu)勢，有望在能量密度要求不高的低速電動車和儲能領域占據一席之地。
國泰君安認為，由于鈉電產業(yè)鏈結構同鋰電高度類似，中游鋰電廠商具備先發(fā)優(yōu)勢。其中以寧德時代為首的鋰電龍頭企業(yè)具備規(guī)?；鹆垦杆佟⑸舷掠慰蛻艚Y構穩(wěn)定兩大優(yōu)勢，而中科海鈉等專注鈉離子的企業(yè)研發(fā)基礎雄厚、量產走在世界前列，有利于其先行開拓儲能市場。由于上游所需原材料不同，預期屆時還將助力一批傳統(tǒng)化工企業(yè)向新能源方向轉型。
目前，包括寧德時代、中科海鈉、鈉創(chuàng)新能源、鵬輝能源、欣旺達在內的多家公司均已布局鈉離子電池，中科海鈉、鈉創(chuàng)新能源、眾鈉能源已經開始量產。隨著2021年7月鋰電龍頭寧德時代公布第一代商業(yè)化鈉離子電池，鈉離子產業(yè)化進程加速，預計2023年鈉電產業(yè)鏈基本形成。
與鋰電池相比，鈉離子電池的定位傾向于更經濟的高安全儲能電池，作為動力電池更適用于對能量密度要求較低的中低速電動車，未來規(guī)模化落地后，將有望以鉛酸電池的價格，實現(xiàn)鋰電池的性能。
· 氫燃料電池 ·
政策大力扶持，增速有望爆發(fā)
3月23日，國家發(fā)改委、能源局聯(lián)合發(fā)布《氫能產業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）》，對我國氫能產業(yè)做出分析和規(guī)劃，對氫能發(fā)展提出了方向性指導和政策上明確的支持。
值得注意的是，規(guī)劃中強調了氫燃料與鋰電池純電動汽車的互補發(fā)展。氫能基燃料電池車的發(fā)展與鋰電池純電動汽車不是競爭關系，而是各自適應不同的領域，燃料電池車將在中重型的客車、貨車中發(fā)揮優(yōu)勢，與鋰電形成互補，推動交通領域的綠色轉型發(fā)展。
中泰證券指出，短期內氫能及燃料電池車、氫氣作為儲能手段在調峰、分布式發(fā)電、工業(yè)等領域的示范應用將是目前具備條件并將優(yōu)先發(fā)展的領域。
氫燃料電池實際上是基于氫氣和氧氣/其他氧化劑進行氧化還原反應而制作的發(fā)電裝置。如果說鋰電池是儲能的充電寶，那么氫燃料電池就是以氫為原料的微型發(fā)電機。
由于氫電池是直接將化學能轉化為電能，中間不經過燃燒過程，因而能量轉化效率高，一般在45%～ 60%，高于汽車發(fā)動機的熱效率，也高于火力發(fā)電和核電的約30%～40%的效率。
與鋰電池相比，氫燃料電池的加氫速度和充放電速度更快，續(xù)航能力更強，因此首先主要被應用在巴士、物流車等商用車輛領域。同時，適用于氫燃料電池汽車的質子交換膜燃料電池以高分子質子交換膜為傳導媒介，發(fā)電過程無需加壓或減壓，也不使用任何化學液體，安全性和環(huán)保性相對更高。
表：氫燃料電池關鍵技術指標
資料來源：中國氫能聯(lián)盟《中國氫能及燃料電池產業(yè)手冊（2020）》、天風證券研究所
另一方面，目前氫電池最大的問題在于制造成本較高。氫燃料電池成本結構中，占比最高的為燃料電堆，成本達30%；而燃料電堆中成本占比最高的為催化劑，占比達36%，因為燃料電堆催化劑主要為鉑金屬，與鋰、鎳等金屬相比，成本更加高昂。氫燃料電動車中，電池和儲氫系統(tǒng)占據整車成本的65%，遠高于鋰離子純電動汽車的電池成本占比。
圖：氫燃料電池系統(tǒng)的成本構成
資料來源：產業(yè)信息網 、天風證券研究所
天風證券分析指出，近年來，隨著氫燃料電池產業(yè)鏈核心材料和關鍵部件國產化水平持續(xù)提升，氫電池的價格快速下降。根據GGII在2021年初的分析，2020年我國燃料電池系統(tǒng)和電堆的價格已經實現(xiàn)20%-50%幅度的下調， 2021年燃料電池電堆及系統(tǒng)有望繼續(xù)降價30%左右。
隨著電池系統(tǒng)及儲氫技術關鍵技術和材料的突破，規(guī)?；a、技術成熟度的提高，氫電池成本下降的趨勢有望持續(xù)。根據中國氫能聯(lián)盟預計，2035年我國氫燃料電池系統(tǒng)的生產成本將降至800元/kW，為當前的五分之一，2050年進一步降至300元/kW。目標是2035年，氫燃料電池汽車成本將具有與內燃機汽車同等的競爭力并基本接近國外先進水平。
此外，有專業(yè)人士指出，與鋰電池相反，隨著規(guī)?；陌l(fā)展，燃料電池的邊際成本將會越來越低。鋰電池電動車越多，對充電樁等配套基礎設施的需求增加，對電網的負擔就越重；對鋰和鈷等貴金屬的需求量也越大，還要考慮回收等問題，因此邊際成本實際上會越來越高。但是氫燃料電池不同，隨著氫電動車的增加，加氫站的建設成比例增長，就像加油站，一旦形成規(guī)模化的固定網絡后，邊際成本也會隨之降低。
交通運輸領域作為目前關注度最高的氫燃料電池應用領域，預計將成為氫能和燃料電池下游應用市場發(fā)展的突破口，并逐漸向儲能、工業(yè)、建筑領域拓展。過去的十多年里，在產業(yè)補貼和國家支持政策等措施激勵下，中國氫燃料電池客車、物流車等商用車的應用已經 領先于其他氫燃料電池汽車。未來的20-30年，隨著技術突破與規(guī)模效應帶來的成本下降， 氫燃料電池重卡、乘用車等車型的市場化進程將加快。
圖：截至2019年底我國氫燃料電池汽車運行情況
資料來源：車百智庫《中國氫能發(fā)展報告2020》、新能源汽車國家檢測與管理平臺、天風證券研究所
預計在一段時間內，氫燃料電池和鋰電池的應用將處于并行互補的狀態(tài)。而在近期國家政策大力扶持下，氫燃料電池的增長速度有望迎來一波爆發(fā)。
目前國內多個汽車品牌已參與到氫燃料電池汽車的研發(fā)生產中，包括上汽集團、長城汽車、廣汽集團、長安汽車、宇通客車、福田汽車等，均是布局氫燃料電池整車研發(fā)與應用，掌握核心技術的整車企業(yè)。
布局氫燃料電池系統(tǒng)及關鍵零部件，具備技術領先優(yōu)勢的零部件企業(yè)，包括上汽集團旗下擬上市的捷氫科技、億華通、濰柴動力、威孚高科、泛亞微透等，同樣也值得關注。
· 結語 ·
在減碳減排、可持續(xù)發(fā)展的全球大趨勢下，尋找更高效、更環(huán)保的動力能源無疑將成為必然的選擇。
無論是鈉離子電池還是氫燃料電池，都是未來極具潛力的產業(yè)發(fā)展方向，同時也都擁有自身的獨特定位，在實際應用上與鋰離子電池互為補充；
鋰離子電池在固態(tài)化等技術升級上也仍存在很大的提升空間，短期內鋰電在乘用車領域的應用很難被取代。
或許有一天，氫燃料能帶領新能源應用產業(yè)邁向新的紀元，不過這將是一個長期緩慢的過程，還需要不斷的去嘗試和探索。
誰才是動力電池的明日之星，你是怎么認為的呢？
原標題：鋰電池真的能被取代嗎？
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