相較于磷酸鐵鋰和三元鋰電池,鈉離子電池在成本、安全、快充和低溫性能上有較大優(yōu)勢。以中科納海為代表的專業(yè)初創(chuàng)企業(yè),以及以寧德時(shí)代(300750.SZ)為代表的擁有成熟技術(shù)的鋰電產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)紛紛進(jìn)入這一賽道。
中南大學(xué)唐有根教授團(tuán)隊(duì)認(rèn)為,目前鈉離子電池產(chǎn)業(yè)鏈正處于完善過程中,三年或者更長一點(diǎn)時(shí)間可實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)、商業(yè)化應(yīng)用。富國基金經(jīng)理徐智翔則在接受第一財(cái)經(jīng)專訪時(shí)表示,基于多種應(yīng)用場景中鋰電池?zé)o法被替代,鈉電池未來市場可能在鋰電1%的水平。
安全性能優(yōu)異,能量密度有待提升
由于鈉、鋰元素物化性質(zhì)有所差異,兩種電池性能優(yōu)勢各異。
首先,鈉離子的離子半徑大于鋰離子,1個(gè)電荷中的鈉離子質(zhì)量是鋰離子的近4倍,導(dǎo)致鈉離子更難嵌入、脫出層狀正負(fù)極材料,因此,鈉離子正極材料在能量密度方面落后于鋰電池。
其次,鈉離子第一電離能更低,使得鈉離子更穩(wěn)定,安全性、穩(wěn)定性與低溫性能也更加優(yōu)異。鈉離子高低溫表現(xiàn)均優(yōu)于鋰電池,能夠在-40℃到80℃的溫度區(qū)間工作,同時(shí),在過充、過放、短路、針刺、擠壓等測試中也未出現(xiàn)起火或爆炸。
隨著技術(shù)的進(jìn)步與新材料的誕生,鈉離子電池的能量密度也在不斷提升。
普魯士藍(lán)類似物、層狀氧化物是兩種不同的鈉離子電池正極材料路線,都具備較高的理論能量密度。2021年7月,寧德時(shí)代在第一代鈉離子電池發(fā)布會上也表示,普魯士白(普魯士藍(lán)類化合物)和層狀氧化物兩類材料最具潛在商業(yè)化價(jià)值。
有研究表明,普魯士藍(lán)正極材料在實(shí)驗(yàn)室中可測得能量密度超111Wh/kg;另有一種新型鐵基普魯士白(NaMHCF)的能量密度至少可達(dá)182Wh/kg。同時(shí),普魯士藍(lán)原料易于制備,價(jià)格低廉,但需要增加導(dǎo)電高分子包覆等工藝。國海證券認(rèn)為,普魯士藍(lán)類似物加工工藝的改進(jìn)空間較大,未來尚有降本空間。
層狀氧化物方面,胡勇勝團(tuán)隊(duì)研究的P2-Na0.72[Li0.24Mn0.76]O2鈉離子電池正極材料具有高可逆氧變價(jià)特性,理論最高能量密度可達(dá)700Wh/kg,最高可逆比容量270mAh/g。層狀氧化物制備方法簡單且與三元正極制備方法類似,主要為燒結(jié)等熱處理工藝。
原料價(jià)格不足鋰的1%,成本優(yōu)勢突出
成本優(yōu)勢是鈉離子電池的一大亮點(diǎn)。
從原料儲備來看,鈉資源非常豐富,其在地殼中的豐度位于第6位。鈉離子電池正極常用的鈉、鐵、錳在地殼中的豐度分別為23000ppm(百萬分之一)、63000ppm、1100ppm,遠(yuǎn)高于鋰電池所需鋰、鈷、鎳的17ppm、30ppm、90ppm。
豐富的原料儲備保障了供給穩(wěn)定,因此價(jià)格波動也較小。WIND數(shù)據(jù)顯示,2022年以來碳酸鋰平均單價(jià)高于40萬/噸,而鈉離子電池所需的輕質(zhì)純堿價(jià)格還不足碳酸鋰的1%,僅維持在0.2萬-0.4萬元/噸。
從成本占比最高的正極材料來看,鈉離子電池的正極材料不僅無須使用昂貴的鋰鹽,還能采用銅基正極材料來避開價(jià)格較高的過渡金屬元素化合物。中科海鈉數(shù)據(jù)顯示,銅基正極相比磷酸鐵鋰正極成本可降低近60%。同時(shí),由于鈉與鋁不易發(fā)生合金化反應(yīng),集流體可以全部使用鋁箔代替銅箔,成本可降低近70%。負(fù)極材料可通過價(jià)格較低的無煙煤加工獲得,隔膜成本基本與鋰電池相近。
根據(jù)中科海鈉的綜合測算,鈉離子電池成本相較于磷酸鐵鋰電池可降低約30%-40%;目前,鈉離子電池尚處于發(fā)展階段,制造成本約為1元/Wh,與三元鋰電池相當(dāng)。中科海鈉預(yù)測,若行業(yè)迎來大規(guī)模量產(chǎn),鈉離子電池成本有望降至0.2元-0.3元/Wh。
“寧王”領(lǐng)銜,產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加速
總體來看,當(dāng)前鈉離子電池技術(shù)還不是特別成熟。但唐有根教授認(rèn)為,鈉離子電池可以借鑒鋰電池的發(fā)展經(jīng)驗(yàn),避免走彎路,可能3-5年就能達(dá)到鋰電池20年的效果。
目前,在非上市公司中,中科海鈉技術(shù)為最領(lǐng)先。公司成立于 2017 年,依托于中國科學(xué)院物理研究所,是國內(nèi)首家專注鈉離子電池開發(fā)與制造的高新技術(shù)企業(yè)。
技術(shù)方面,中科海鈉正負(fù)極材料分別選用成本低廉的鈉銅鐵錳氧化物和無煙煤基軟碳,具備明顯的成本優(yōu)勢。經(jīng)過不懈努力,公司鈉離子電池的能量密度已達(dá)到145Wh/kg。
2021年,由中科院物理所與中科海鈉聯(lián)合推出的全球首座1MWh鈉離子電池儲能系統(tǒng)投運(yùn)。同時(shí),公司與三峽能源(600905.SH)正在合作建設(shè)全球首條鈉離子電池1GWh級規(guī)?;慨a(chǎn)線。
產(chǎn)業(yè)鏈布局方面,公司專利涉及電池、正負(fù)極、電解液、隔膜等全領(lǐng)域,預(yù)計(jì)到2025年鈉離子電池材料產(chǎn)能將達(dá)到40GWh。
中科海鈉以專業(yè)的技術(shù)獲得了資本的青睞。2022年4月,公司進(jìn)行了A+輪融資,投資方包括哈勃投資、海松資本、深圳聚合資本。其中,哈勃投資由華為技術(shù)有限公司持股69%。企查查顯示,融資后華為成為中科海鈉第三大股東,持股比例為13.33%。
上市公司中,寧德時(shí)代持續(xù)保持領(lǐng)先地位。
2021年7月,寧德時(shí)代發(fā)布第一代鈉離子電池,電芯單體能量密度達(dá)到160Wh/kg,為全球最高水平;常溫下充電15分鐘電量可達(dá)80%。在公司材料體系創(chuàng)新成果加持下,據(jù)悉公司下一代鈉離子電池能量密度有望突破200Wh/kg。
同時(shí),寧德時(shí)代還開發(fā)出了AB電池系統(tǒng)解決方案,即鈉離子電池與鋰電池混合集成共用的解決方案。該方案可以彌補(bǔ)鈉離子電池的能量密度短板,也發(fā)揮出了它高功率、低溫性能的優(yōu)勢,為進(jìn)入高端電池領(lǐng)域創(chuàng)造有利條件。
7月11日,公司在互動平臺表示,致力于推進(jìn)鈉離子電池2023年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。有滬上新能源基金經(jīng)理表示,該舉措或旨在打壓高居不下的鋰價(jià)。
除電池外,另有多家上市公司覆蓋正極、負(fù)極等多個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。
正極材料方面,振華新材(688707.SH)已具備層狀氧化物材料千噸級生產(chǎn)能力;容百科技(688005.SH)也已具備納電正極噸級生產(chǎn)能力,正在配合下游客戶規(guī)劃開發(fā)的鈉離子電池。負(fù)極材料方面,杉杉股份(600884.SH)的硬碳石墨復(fù)合材料已進(jìn)入中試階段;璞泰來(603659.SH)在硬碳負(fù)極、鈉電涂覆薄膜等方面均有技術(shù)積累。
原標(biāo)題:鈉電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加速,市場空間僅鋰電1%?