在儲(chǔ)能領(lǐng)域,業(yè)界已經(jīng)對鈉電池“很上心”。
2月1日,?;履茉赐瞥龅谝淮c離子電池。抓緊研發(fā)鈉電池,儼然成為當(dāng)前眾多電池企業(yè)的“集體性行為”。
“鈉電池”讓鋰電池企業(yè)安心。寧德時(shí)代董事長曾毓群曾表示“以前鈷的價(jià)格炒得很兇,我們就拼命搞無鈷,鎳炒起來后我們做無鎳?,F(xiàn)在鋰的價(jià)格在炒,我就搞一個(gè)鈉,我覺得氯化鈉炒不起來,因?yàn)辂}很多。”
鈉電第一次公開亮相,來自于就是來自于鋰電池巨頭寧德時(shí)代。2021年5月28日,寧德時(shí)代發(fā)布了第一代鈉離子電池,電芯單體能量密度達(dá)到160Wh/kg,直逼磷酸鐵鋰。
寧德時(shí)代擘畫的鈉電池藍(lán)圖,吸引更多電池企業(yè)跟隨進(jìn)來,尤其是2023年開局,產(chǎn)業(yè)化提速明顯。
億緯鋰能于2022年12月15日發(fā)布第一代大圓柱鈉離子電池產(chǎn)品,能量密度為135Wh/kg,循環(huán)次數(shù)達(dá)到2500次。公司計(jì)劃到2026年將鈉離子電池能量密度提升至140-160Wh/kg,并實(shí)現(xiàn)萬次循環(huán),成本能夠降到0.2元/Wh的水平。
蜂巢能源于2022年12月22日公布第一代鈉離子電池原型樣件已經(jīng)完成開發(fā),能量密度110Wh/kg。公司第二代鈉離子電池產(chǎn)品正在開發(fā),預(yù)計(jì)2023年一季度完成設(shè)計(jì)定型,能量密度為135Wh/kg;2023四季度計(jì)劃完成160Wh/kg的鈉離子電池開發(fā),預(yù)計(jì)循環(huán)壽命超過2000次。
星恒電源于2023年1月12日發(fā)布具有超長壽命、超快充電、超遠(yuǎn)續(xù)航、超準(zhǔn)顯示、超級安全、超高性價(jià)比等優(yōu)勢的星恒第一代鈉離子電池—“超鈉F1”, 可常溫循環(huán)2000次。星恒電源已掌握鈉離子電池關(guān)鍵技術(shù)專利,已獲得5篇授權(quán)、16篇實(shí)審專利技術(shù),擁有鈉電自主知識產(chǎn)權(quán)。
2023年1月,總投資10億元在鎮(zhèn)江市大港保稅區(qū)投建5萬噸NFS鈉離子正極材料制造基地簽約落地,這是眾鈉能源打造的全球首個(gè)硫酸鐵鈉正極材料萬噸級量產(chǎn)基地,預(yù)計(jì)2023年下半年建成投產(chǎn)。此外,眾鈉能源旗下泰州海陵基地5GWh電池系統(tǒng)量產(chǎn)項(xiàng)目在建,以及5GWh鈉離子電池示范量產(chǎn)基地正在啟動(dòng)中,總計(jì)規(guī)劃產(chǎn)能10GWh,將于2023年下半年相繼建成投產(chǎn)。
短短1個(gè)多月內(nèi),億緯鋰能、蜂巢能源、眾鈉能源、?;履茉?、星恒電源等企業(yè)在鈉電池領(lǐng)域動(dòng)態(tài)不斷。此外,孚能科技也計(jì)劃于 2023 年推出其第一代鈉離子電池產(chǎn)品。
“2021年,鈉離子相關(guān)材料還很難供應(yīng)到公斤級;2022年,鈉離子材料已可供應(yīng)達(dá)數(shù)十公斤。”中南大學(xué)唐有根教授曾在2022高工儲(chǔ)能峰會(huì)上預(yù)判,鈉離子電池量產(chǎn)過程會(huì)在鋰電的“肩膀”上縮短很多,或許3-5年將迎來產(chǎn)業(yè)化。
2022年以來,業(yè)界也不斷釋放鈉離子電池量產(chǎn)信息。中科海鈉·阜陽全球首條GWh級鈉離子電池生產(chǎn)線于2022年11月29日產(chǎn)品下線;寧德時(shí)代表示要在2023年實(shí)現(xiàn)鈉電池產(chǎn)業(yè)化;傳藝科技在2022年9月中試產(chǎn)線投產(chǎn),在2022年底至2023年初正式投產(chǎn)2GW;華陽股份通過與中科海鈉合作,在2022年9月底電芯廠投產(chǎn),預(yù)計(jì)2023年初開始量產(chǎn);維科技術(shù)通過與浙江鈉創(chuàng)合作,計(jì)劃在2022年底完成中試,2023年6月投產(chǎn)2GW……
2023年,鈉離子電池量產(chǎn)呼之欲出。
鈉離子正極:三種路線各有所長
備受產(chǎn)業(yè)關(guān)注的鈉離子電池正極材料,目前基本上包括三種類型:層狀過渡金屬氧化物(簡稱“層狀氧化物”)、普魯士藍(lán)類、聚陰離子型化合物。
目前鈉離子能夠最先實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用是層狀氧化物正極材料。目前該種路線材料的制備與鋰電池體系部分相通,相較其他路線,更容易實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)應(yīng)用。而業(yè)界認(rèn)為,聚陰離子型化合物正極材料相對能量密度最有希望突破。
中南大學(xué)唐有根教授認(rèn)為,目前這三種體系各有所長,層狀氧化物技術(shù)成熟,普魯士藍(lán)類化合物成本低,聚陰離子型化合物功率密度高,適用于高功率輸出設(shè)備需求。
從目前市場上幾個(gè)受關(guān)注公司的角度來看,鵬輝能源、眾鈉能源、山東章鼓、鈉創(chuàng)新能源等在聚陰離子材料上布局明顯。普魯士藍(lán)材料布局公司則包括寧德時(shí)代、湖南立方、浙江星空鈉電和超鈉新能源。中科海鈉和鈉創(chuàng)新能源采用了層狀氧化物的技術(shù)路徑。
寧德時(shí)代第一代鈉電池便采用了普魯士藍(lán)類材料,這種材料能量密度上限高,但循環(huán)性能稍差。普魯士藍(lán)類材料最致命的問題是生產(chǎn)加工過程中處理不當(dāng)極易形成結(jié)晶水,該問題目前仍是行業(yè)難點(diǎn)。寧德時(shí)代同時(shí)布局層狀氧化物,以鞏固龍頭地位。
布局鈉離子電池的鵬輝能源,目前有3個(gè)團(tuán)隊(duì)在做鈉離子電池的研發(fā)工作,包括層狀氧化物、聚陰離子體系等正極路線,還延伸至負(fù)極硬碳。當(dāng)前鵬輝能源重點(diǎn)攻堅(jiān)的聚陰離子產(chǎn)品具備較高的能量密度、穩(wěn)定性及循環(huán)壽命。負(fù)極方面,鵬輝能源持有成都佰思格8.33%股權(quán),后者負(fù)極硬碳已實(shí)現(xiàn)小批量出貨,縱向延伸有助于保障關(guān)鍵材料供應(yīng)、提升盈利水平。
眾鈉能源以硫酸鐵鈉電池研發(fā)制造為主。在鈉電池性能上,眾鈉能源已實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室電池能量密度160wh/kg,工程電芯120wh/kg,兼具極佳的高低溫及倍率性能。當(dāng)前眾鈉能源已實(shí)現(xiàn)首批鈉電儲(chǔ)能模組和低速兩輪車PACK下線。
欣旺達(dá)與南開大學(xué)合作設(shè)立院士工作站共同研究新型鈉離子電池等關(guān)鍵材料及技術(shù)。公司擁有鈉離子電池補(bǔ)鈉、鈉離子電池及制備的多項(xiàng)專利,公司鈉離子電池專利工藝多為將金屬鈉或者鈉鹽以液態(tài)形式添加至負(fù)極極片,補(bǔ)鈉后的鈉電池在循環(huán)穩(wěn)定性、倍率性能、和能量密度等方面有部分改善。
有觀點(diǎn)認(rèn)為,聚陰離子材料則是公認(rèn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、循環(huán)壽命高。釩基聚陰離子材料潛力更大,但由于釩也是制備液流電池的主要原材料,近幾年價(jià)格也有所上漲,且具備毒性,產(chǎn)量并不穩(wěn)定,相對而言,鐵基目前更具性價(jià)比。
唐有根則表示,磷酸釩錳鈉正極材料技術(shù)可引入電負(fù)性大的F元素取代,提升工作電壓和能量密度;增大Mn含量或引入Cu,F(xiàn)e等進(jìn)一步降低釩含量,降低成本。
中科海鈉對外表示,目前鈉離子電池技術(shù)路線百花齊放,有聚陰離子、普魯士藍(lán)還有層狀氧化物,最終會(huì)通過市場驗(yàn)證,就像磷酸鐵鋰和三元材料的爭論。
鈉離子負(fù)極:國內(nèi)硬碳性能緊追海外
與鋰離子電池一樣,鈉離子電池的負(fù)極材料同樣是碳材料。主要分為硬碳和軟碳,軟碳成本比較低但是它的性能不足,現(xiàn)在軟碳技術(shù)尚在進(jìn)一步改進(jìn)提升,硬碳技術(shù)探索已經(jīng)初見成效??梢哉f,生物質(zhì)基硬碳最具優(yōu)勢。但行業(yè)尚處于發(fā)展初期,個(gè)別企業(yè)具備技術(shù)優(yōu)勢。
高工產(chǎn)業(yè)研究院(GGII)調(diào)研發(fā)現(xiàn),硬碳前驅(qū)體路線多樣,又可以分為生物質(zhì)類、樹脂類、化工原料類等,其中生物質(zhì)前驅(qū)體因?yàn)閬碓磸V泛、性價(jià)比高成為主流前驅(qū)體路線。生物質(zhì)前驅(qū)體生產(chǎn)工藝難度小,但篩選合適前驅(qū)體和穩(wěn)定批量供應(yīng)難度大。此外,目前已有樹脂和無煙煤混合硬碳研發(fā)技術(shù),該技術(shù)產(chǎn)品性能好、成本低,供應(yīng)穩(wěn)定,未來有望成為市場主流應(yīng)用技術(shù)路線之一。
GGII分析認(rèn)為,當(dāng)前鈉離子硬碳負(fù)極材料仍具有一定產(chǎn)業(yè)化難度,主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn):
1)生產(chǎn)工藝適配性差:不同的原材料需要不同的工藝適配,工藝適配難度大;
2)原材料批次一致性差:不同原材料年份、產(chǎn)地、甚至部位不同,都會(huì)影響硬碳質(zhì)量,例如:椰殼的年份和產(chǎn)地不同,采用椰殼的內(nèi)層和外層,得到的硬碳也不同,批次一致性難保證;
3)成本高企,國內(nèi)硬碳材料依賴日本進(jìn)口,而進(jìn)口硬碳材料價(jià)格約15-20萬/噸,若選擇國外硬碳產(chǎn)品為鈉離子電池負(fù)極材料,則相對成熟的磷酸鐵鋰電池沒有成本優(yōu)勢,進(jìn)而影響鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
值得注意的是,從參數(shù)上看,目前國內(nèi)硬碳材料參數(shù)與國外硬碳材料參數(shù)相當(dāng)。但是根據(jù)國內(nèi)電池企業(yè)測試結(jié)果反饋看,國外硬碳材料的循環(huán)穩(wěn)定性、倍率性能更好。但是國內(nèi)產(chǎn)品成本優(yōu)勢明顯,再加上國內(nèi)企業(yè)更貼近客戶,國內(nèi)企業(yè)有望加速硬碳產(chǎn)品技術(shù)研發(fā),國內(nèi)硬碳產(chǎn)品性能有望追上國外產(chǎn)品性能。
隨著硬碳負(fù)極材料成本逐步下降,技術(shù)不斷發(fā)展,有望促進(jìn)鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化,鈉離子電池2023年有望實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)騰飛。
鈉電儲(chǔ)能勝算幾何?
2022 年 10 月,中國能建中標(biāo)三峽能源安 徽阜陽市 300MW/600MWh 儲(chǔ)能項(xiàng)目,其中包括 30MW/60MWh 鈉離子電池儲(chǔ)能單元,是當(dāng)前國內(nèi)最大規(guī)模的鈉離子電池儲(chǔ)能項(xiàng)目,相較此前投運(yùn)的中科海鈉 1MWh 鈉離子電池 儲(chǔ)能示范項(xiàng)目,在規(guī)模大幅提升,將加速鈉離子電池從示范走向運(yùn)用。
全球鋰價(jià)從2021年7月一路飆升,直到2022年末,才稍稍下跌,止住暴漲趨勢。鋰價(jià)高企,鈉離子電池得到國家政策支持,優(yōu)勢開始顯現(xiàn)。
2022 年 7 月,國家能源局下發(fā)征求意見稿中強(qiáng)調(diào),中大型電化學(xué)儲(chǔ)能電站不得選用三元鋰電池、鈉硫電池,不宜選用梯次利用動(dòng)力電池;選用梯次利用動(dòng)力電池時(shí),應(yīng)進(jìn)行一致性篩選并結(jié)合溯源數(shù)據(jù)進(jìn)行安全評估。
發(fā)展鈉離子電池不僅有望緩解因鋰資源短缺及分布不均引發(fā)的儲(chǔ)能發(fā)展受限的問題,還有眾多業(yè)界人士認(rèn)為,鈉離子電池與鋰離子電池相比,除了能量密度外, 在成本、低溫性能、安全性方面或更具優(yōu)勢。
相較鋰電儲(chǔ)能,鈉離子電池正負(fù)極材料、集流體均更具成本優(yōu)勢。其中鈉離子電池將集流體從銅箔換成鋁箔,正極可以放電至 0V 而不會(huì)影響后續(xù)使用,使其在運(yùn)輸和保存過程中更安全,降低了電池的儲(chǔ)運(yùn)成本。
據(jù)相關(guān)測算,當(dāng)前鈉離子電池的初始容量投資在 500-700 元/kWh, 若循環(huán)次數(shù)在 6000 周時(shí),鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)度電成本可實(shí)現(xiàn) 0.217-0.285 元/kWh;當(dāng)循環(huán) 次數(shù)在 8000 周時(shí),鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)度電成本可下探至 0.2 元/kWh 以內(nèi)。據(jù)中科海納估計(jì),Cu-Fn-Mn 基鈉離子電池原材料最終成本相對磷酸鐵鋰 / 石墨體系將降低 30%-40%。
目前,寧德時(shí)代鈉離子電池能量密度最高已達(dá)160Wh/kg,直逼磷酸鐵鋰電池,為鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
高工儲(chǔ)能分析,未來若能進(jìn)一步改進(jìn)鈉電池生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和工藝,提高正負(fù)極材料利用率,降低材料成本和生產(chǎn)制造成本,則可提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的循環(huán)壽命,并進(jìn)一步降低儲(chǔ)能電站度電成本,在大規(guī)模儲(chǔ)能商業(yè)化應(yīng)用有較大前景。
原標(biāo)題: 鈉電量產(chǎn)倒計(jì)時(shí) 加速“卡位”儲(chǔ)能